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MRO-同步电动机的同步和失步分解

2023-01-13

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      同步电动机(synchronous motor)是由直流供电的励磁磁场与电枢的旋转磁场相互作用而产生转矩,以同步转速旋转的交流电动机。同步电动机也被称为同步速度旋转的马达。转子被施加的交流电产生的周围旋转磁场吸引并旋转。


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同步电动机结构


      同步电动机的结构和同步发电机基本相同,转子也分凸极和隐极。但大多数同步电动机为凸极式。安装形式也分卧式和立式。为了解决同步电动机的启动问题,在其转子上一般装有起动绕组。它还可以在运行中抑制振荡,故又称阻尼绕组。除了上述传统结构外,还有一种无滑动接触的爪极式转子结构。 以6极电机为例,在转轴上相向地装上两组爪形磁极。一组在爪盘上沿轴向向右伸出3个极身;另一组反向安装在右边,使爪盘上沿轴向向左伸出3个极身。 两组磁极的极性相反。磁极的外圆周表面装配后,不再象一般凸极电机那样呈圆瓦面,而是楔形瓦面,即一端的极弧较另一端长,整个转子形状如图1。励磁绕组装在两侧磁轭外缘。它产生的磁通经过N、S极间的侧向主气隙gm、转子和定子间的轴向气隙g1和g2,再经端盖和机座而闭合。为防止磁通经转轴短路,转轴应采用非磁性钢;或把转轴分成3段,中间一段为非磁性钢。这种结构的主要优点是旋转部分没有绕组,也无集电环和电刷之间的滑动接触,故运行可靠,绝缘结构简单,维修也方便。但它的主磁路长且有较多气隙,使励磁所需功率增大;电机外壳有强磁性,这会引起轴承发热;而转轴也必须采用隔磁措施。因此这种电机并未获得普遍推广,只在某些特殊场合下使用,一般容量不超过几百千瓦。


同步电动机同步原理


      对于异步电机,转差是电机运行的必要条件,即转子转速始终小于旋转磁场的转速。而对于同步电机,定子与转子磁场始终保持相同的步调,即电机的旋转速度与磁场速度相一致,当两者出现步调不一致,有差异时,即为失步。


      从结构上分析,同步电动机的定子结构与异步机没有区别。当通入三相的电流时,将产生一个同步旋转磁场;电机的转子部分也有一个直流励磁的正弦分布的磁场,这个励磁磁场也可以通过永磁体产生。


      当电机正常运行时,转子磁场的旋转速度与定子磁场的旋转速度一致,即定子与转子磁场在空间位置上是相对固定的,这也就是同步电机的同步本质,一旦两者出现不一致,则认为是电机失步。


     以转子的旋转方向为参照,当转子磁场超前定子磁场时,可以理解为转子磁场为主导,即以动力作用下的能量转换,该同步电机就是发电机状态;相反,还是以电机转子的旋转方向为参照,当转子磁场滞后于定子磁场时,我们可以理解为定子磁场拉动转子运动,电机处于电动机状态。电动机运行过程中,当转子所拖动的负载增加时,转子磁场相对于定子磁场的落后程度就会增加,两者的前后关系大小,通过周角表征,也习惯称之为功角,功角的大小可以体现电机的功率,即在额定电压、额定电流相同的情况下,功率越大对应的功角也越大。


     无论是电动机状态还是发电机状态,当电机空载时,理论上功角为零,即两个磁场完全重合,但实际情况是,缘于电机的一些损耗,两者之间还是有一个功角存在,只是较小而已。


同步电动机失步后果


     当转子与定子磁场不同步时,电机功角就会变。当转子落后定子磁场时,定子磁场对转子产生的是驱动力;当转子磁场超前定子磁场时,定子磁场对转子产生的是阻力,所以平均力矩为零。由于转子没有得到力矩和功率,因此就慢慢停下来了。


     同步电动机运行时,定子磁场拖动转子磁场旋转。两个磁场之间存在着一个固定力矩,两者的转速要相等。一旦两者的速度不相等,则同步力矩就不存在了,电机就会慢慢停下来。这种转子速度与定子磁场不同步,而造成同步力矩消失,转子慢慢停下来的现象,称为“失步现象”。发生失步现象时,定子电流迅速上升,是很不利的,应尽快切断电源,以免损坏电机。





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