异步电机与同步电机工作原理原理区别

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2020-02-15 01:26 标签： 同步电机工作原理

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同步发电机也就是说转子旋转嘚速度，和发电频率有绝对的正比例联系，即他们有一个磁场同步速和转速持平的联系 也就是比方2极励磁绕组发电机想发50HZ电，那么有必要转速为1500转否则就不是50HZ了。 所以这种发电机一般用在水电火电，柴油机后备供电以及其他能够比较安稳提供动力的发电场所，同步发电机功率是很高很高的并且能够自己建立电压。 此外异步发电机，其实就是和咱们看到的异步三相电动机那样 他仅有的长处就是比方用在风力发电，转速不断变化但他的频率却永远是50HZ，电压也保持着一个源电压（这里留意）而电流不断随转速而改动 这就是合適了他用在不断变化的发电场所 他发电之前，有必要用电网或许一台同步发电机连接他的绕组，然后发生旋转磁场再由外力带动转子運转而反向送电 事实上他和异步电动机没有差异，就是同一个东西但我简单概括一下他与异步电动机在什么时候不同，也就是何时他为發电机何时他为电动机 假定他作为电动机时，输入线圈绕组频率为50HZ电压380V（总共三相，线电压380V三角接法）磁场同步速假定为1000转 那么，當他 转子转速小于1000转即小于同步速时为电动机，耗费有功电能 转子转速大于1000转即大于同步速时，为发电机耗费无功电能，宣布有功電能 当转子等于1000转即等于同步速时，是作为电动机的但电动机不耗费有功，只耗费很多无功并且不宣布有功电能。 他们就是在这些當地差异也就是让他转子遭到外力牵引转速大于他的磁场同步速他就能够发电了，并且电压频率都会自己和电网同步，这就是他的长處同步发电机失磁后，进入异步运转相当于一个滑差为s的异步发电机，一方面向体系送出有功功率另一方面自体系吸收很多的无功功率用于励磁，发电机的无功功率表指示负值功率因数表指示进相。 发电机失磁后电磁功率减小，在转子上呈现转矩不平衡促进发電机加快，转子被加快至超出同步转速运转以致最终失步。 异步运转时发电机从体系吸收很多的无功功率，所以发电机电压以及邻近鼡户处的电压将要下降 汽轮发电机短时内处在这种情况下作异步运转是容许的，不会使发电机遭到损害当励磁康复后，汽轮发电机又鈳平稳拉入同步可是长期异步运转是不容许的，会引起定子和铁心端部过热转子绕组也因感应电流发生相当大的热量，引起发热和损害 一般规则，汽轮发电机的异步运转时刻为15~30min 不同的体系无功功率储藏、机组类型各不相同，有的发电机答应异步运转有的则不答应異步运转，因而处理的方法也不同 关于100MW汽轮机组，经很多失磁运转实验标明在30s内将发电机的P减至额外值的50%可持续运转15min；若将P减至额外徝的40％可持续运转30min。但对Q储藏不足的电力体系考虑电力体系电压水平缓体系安稳，不答应某些容量的汽轮发电机异步运转 1)体系有满足無功电源储藏。应能承认发电机失磁后能确保电压不低于额外值的90％才干确保体系的安稳。 2)定子电流不超越发电机运转规程所规则的数徝一般不超越额外值的1.1倍。 3)定子端部各构件的温度不超越答应值 4)外冷式发电机的转子损耗不超越额外励磁损耗，内冷式发电机的转子損耗不超越0.5倍额外励磁损耗 关于调相机和水轮发电机，无论体系无功功率储藏怎么均不答应异步运转。因调相机自身是无功电源失掉励磁就失掉了无功调理的效果。而水轮发电机其转子为凸极转子失磁后，转子上感应的电流很小发生的异步转矩小，故输出有功功率也小异步运转便无实际意义。 不答应发电机异步运转的处理： 1)依据表计和信号显现赶快判明失磁原因。 2)失磁机组可利用失磁维护带時限动作于跳闸若失磁维护未动作，应立即手动将机组与体系解列 3)若失磁机组的励磁可切换至备用励磁，且其余部分仍正常在机组解列后可敏捷切换至备用励磁，然后将机组重新并网 4)在进行上述处理的一起，应尽量添加其他未失磁机组的励磁电流以进步体系电压咹稳才能。 5)紧密监督失磁机组的高压厂用母线电压在条件答应且必要时，可切换至备用电源供电以确保该机组厂用电的可靠性。 答应發电机异步运转的处理： 1)发电机失磁后若发电机为重载，在规则时刻内将有功功率减至答应值(削减对体系和厂用电的影响)；若发电机為轻载，则不用减有功功率；在答应运转时刻内查找机组失磁的原因 2)添加其他机组的励磁电流，保持体系电压 3)监督失磁机组定子电流應不超越1.1倍额外电流，定子电压应不低于0.9倍额外电压并一起监督定子端部温度。 4)在答应运转时刻内设法敏捷康复励磁电流。如AVR不能正瑺作业应切换至备用励磁装置。 5)如果在答应持续运转的时刻内不能康复励磁应将失磁发电机的有功功率转移至其他机组，然后解列

近些年永磁同步电动机得到较快發展其特点是功率因数高、效率高，在许多场合开始逐步取代最常用的交流异步电机其中异步起动永磁同步电动机的性能优越，是一種很有前途的节能电机

永磁同步电动机的定子结构与工作原理与交流异步电动机一样，多为4极形式本课件电机定子铁芯有24个槽，图1是咹装在机座内的定子铁芯

电机绕组按3相4极布置，采用单层链式绕组通电产生4极旋转磁场。图2是有线圈绕组的定子示意图

图2--同步电动機定子绕组

永磁同步电动机与普通异步电动机的不同是转子结构，转子上安装有永磁体磁极永磁体在转子中的布置位置有多种，下面介紹几种主要形式

永磁体转子铁芯仍需用硅钢片叠成，因为永磁同步电动机基本都采用逆变器电源驱动即使产生正弦波的变频器输出都含有高频谐波，若用整体钢材会产生涡流损耗

第一种形式：图3左图就是一个安装有永磁体磁极的转子，永磁体磁极安装在转子铁芯圆周表面上称为表面凸出式永磁转子。磁极的极性与磁通走向见图3右图这是一个4极转子。

图3--表面凸出式永磁转子

根据磁阻最小原理也就昰磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，利用磁引力拉动转子旋转于是永磁转子就会跟随定子产生的旋转磁场同步旋转。

第二种形式：图4左圖是另一种安装有永磁体磁极的转子永磁体磁极嵌装在转子铁芯表面，称为表面嵌入式永磁转子磁极的极性与磁通走向见图4右图，这吔是一个4极转子

图4--表面嵌入式永磁转子

第三种形式：在较大的电机用得较多是在转子内部嵌入永磁体，称为内埋式永磁转子（或称为内置式永磁转子或内嵌式永磁转子）永磁体嵌装在转子铁芯内部，铁芯内开有安装永磁体的槽永磁体的布置主要方式见图5。在每一种形式中又有采用多层永磁体进行组合的方式

图5--内埋式永磁转子的形式

下面就径向式布置的转子为例做介绍。图6是转子铁芯为防止永磁体磁通短路，在转子铁芯还开有隔磁空槽槽内也可填充隔磁材料。

图6--内埋式永磁转子铁芯

把永磁体插入转子铁芯的安装槽内见图7左图。磁极的极性与磁通走向见图7右图可看出隔磁空槽减小漏磁的作用。这是一个4极转子

图7--内埋式永磁转子磁通

在安装好永磁体的转子铁芯插入转轴，并在转子铁芯两侧安装好散热风扇见图8。

图8--内埋式永磁转子

把转子插入定子内安装好端盖，组装成整机见图9。

图9--永磁同步电动机剖视图

永磁同步电动机不能直接通三相交流的起动因转子惯量大，磁场旋转太快静止的转子根本无法跟随磁场启动旋转。永磁同步电动机的电源采用变频调速器提供启动时变频器输出频率从0开始连续上升到工作频率，电机转速则跟随变频器输出频率同步上升改变变频器输出频率即可改变电机转速，是一种很好的变频调速电动机

在电动汽车中广泛采用永磁同步电动机作为驱动动力，图10是网絡上的照片是比亚迪电动大巴的轮边电机，为永磁同步电动机最大功率90kW。

图10—电动大巴永磁同步电动机

永磁同步电动机已在高铁动车組作为牵引电机使用功率在600kW以上。在永磁同步牵引电机课件介绍了这种电机的基本结构

异步起动永磁同步电动机

采用变频调速器大大增加了电机成本，在不需要调速的场合直接用三相交流电供电的方法是在永磁转子上加装笼型绕组有笼型绕组的永磁转子在接通电源旋轉磁场一建立，就会在笼型绕组感生电流转子就会像交流异步电动机一样起动旋转，当转速接近旋转磁场时就会跟上同步旋转这就是異步起动永磁同步电动机，是近些年开始普及的节能电机

为了安装笼型绕组，在转子铁芯叠片圆周上冲有许多安装导电条的槽（孔）槽的形状可为方形、圆形或类似普通转子的嵌线槽，见图11

图11--笼型绕组永磁转子铁芯

在转子铁芯内部嵌装永磁体，永磁体安装方式为切向式当然也可以采用其他形式安装。图12左图是切向安装永磁体的笼型绕组转子这也是一个4极转子，为了防止永磁体的磁通通过转轴短路在转轴与转子铁芯间加装有隔磁材料，转子的磁通走向见图12右图

图12--笼型绕组的永磁转子磁通

焊接式笼型转子在转子每个槽内插入铜条，铜条与转子铁芯两端的铜端环焊接形成笼型转子铸铝式笼型转子与普通交流异步电动机一样采用铸铝方式制作，将熔化的铝液直接注叺转子槽内并同时铸出端环与风扇叶片，在端环上要留插入永磁体的缺口铸铝式笼型转子是廉价的做法，图13是一个铸铝式笼型转子

圖13--笼型绕组永磁转子

把转子与定子、机座等部件进行组装，组装成的整机剖视图见图14

图14--异步起动永磁同步电动机剖视图

异步起动永磁同步电动机可以直接接通三相交流电源使用，方便又节能

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