同步電機

工作原理

主磁場的建立

勵磁繞組通以直流勵磁電流，建立極性相間的勵磁磁場，即建立起主磁場。

載流導體

三相對稱的電樞繞組充當功率繞組，成為感應電勢或者感應電流的載體。

切割運動

原動機拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（給電機輸入機械能），極性相間的勵磁磁場隨軸一起旋轉(zhuǎn)并順次切割定子各相繞組（相當于繞組的導體反向切割勵磁磁場）。

交變電勢的產(chǎn)生

由于電樞繞組與主磁場之間的相對切割運動，電樞繞組中將會感應出大小和方向按周期性變化的三相對稱交變電勢。通過引出線，即可提供交流電源。

交變性與對稱性

由于旋轉(zhuǎn)磁場極性相間，使得感應電勢的極性交變；由于電樞繞組的對稱性，保證了感應電勢的三相對稱性。

運行方式

同步電機的主要運行方式有三種，即作為發(fā)電機、電動機和補償機運行。

作為發(fā)電機運行是同步電機最主要的運行方式。

作為電動機運行是同步電機的另一種重要的運行方式。同步電動機的功率因數(shù)可以調(diào) 節(jié)，在不要求調(diào)速的場合，應用大型同步電動機可以提高運行效率。小型同步電動機在變頻調(diào)速系統(tǒng)中開始得到較多地應用。

同步電機還可以接于電網(wǎng)作為同步補償機。這時電機不帶任何機械負載，靠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子中的勵磁電流向電網(wǎng)發(fā)出所需的感性或者容性無功功率，以達到改善電網(wǎng)功率因數(shù)或者調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓的目的。

分類

根據(jù)勵磁方式不同，同步電機可以分為電勵磁同步電機和永磁同步電機。

電勵磁

它的轉(zhuǎn)子做成顯極式的，安裝在磁極鐵芯上面的磁場線圈是相互串聯(lián)的，接成具有交替相反的極性，并有兩根引線連接到裝在軸上的兩只滑環(huán)上面。磁場線圈是由一只小型直流發(fā)電機或蓄電池來激勵，在大多數(shù)同步電動機中，直流發(fā)電機是裝在電動機軸上的，用以供應轉(zhuǎn)子磁極線圈的勵磁電流。由于這種同步電動機不能自動啟動，所以在轉(zhuǎn)子上還裝有鼠籠式繞組而作為電動機啟動之用。鼠籠繞組放在轉(zhuǎn)子的周圍，結構與異步電動機相似。

當在定子繞組通上三相交流電源時，電動機內(nèi)就產(chǎn)生了一個旋轉(zhuǎn)磁場，鼠籠繞組切割磁力線而產(chǎn)生感應電流，從而使電動機旋轉(zhuǎn)起來。電動機旋轉(zhuǎn)之后，其速度慢慢增高到稍低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，此時轉(zhuǎn)子磁場線圈經(jīng)由直流電來激勵，使轉(zhuǎn)子上面形成一定的磁極，這些磁極就企圖跟蹤定子上的旋轉(zhuǎn)磁極，這樣就增加電動機轉(zhuǎn)子的速率直至與旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)為止。

永磁

轉(zhuǎn)子不勵磁的同步電動機能夠運用于單相電源上，也能運用于多相電源上。這種電動機中，有一種的定子繞組與分相電動機或多相電動機的定子相似，同時有一個鼠籠轉(zhuǎn)子，而轉(zhuǎn)子的表面切成平面。所以是屬于顯極轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子磁極是由一種磁化鋼做成的，而且能夠經(jīng)常保持磁性。鼠籠繞組是用來產(chǎn)生啟動轉(zhuǎn)矩的，而當電動機旋轉(zhuǎn)到一定的轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子顯極就跟住定子線圈的電流頻率而達到同步。顯極的極性是由定子感應出來的，因此它的數(shù)目應和定子上極數(shù)相等，當電動機轉(zhuǎn)到它應有的速度時，鼠籠繞組就失去了作用，維持旋轉(zhuǎn)是靠著轉(zhuǎn)子與磁極跟住定子磁極，使之同步

特點

穩(wěn)態(tài)運行時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率之間有不變的關系n═ns═60f/p，ns成為同步轉(zhuǎn)速。若電網(wǎng)的頻率不變，則穩(wěn)態(tài)時同步電機的轉(zhuǎn)速恒為常數(shù)而與負載的大小無關。

試驗

2010年6月2日，財政部、國家發(fā)展改革委聯(lián)合出臺《關于印發(fā)節(jié)能產(chǎn)品惠民工程高效電機推廣實施細則的通知》，將高效電機納入節(jié)能產(chǎn)品惠民工程實施范圍，采取財政補貼方式進行推廣。

研制高效電機的同時，采用變頻調(diào)速技術是另一項行之有效的節(jié)能措施。高效電機和變頻電機試驗對測試設備的功能及性能指標提出了較高的要求，為了準確獲取電機的效率，應該采用帶微處理器的寬度頻率分析儀和準確級較高的變頻變量變器/傳感器。