同步電機和異步電機都可以歸為交流電機的范疇。
在電機設計上,交流異步電機的轉(zhuǎn)子一般為鼠籠型的,還有繞線型的,定子上繞組也有不同的繞制方法。而同步電機設計上定子轉(zhuǎn)子可能都是繞線的。
電機的工作上,同步電機工作時,電機的轉(zhuǎn)子通入直流電,產(chǎn)生類似永磁體產(chǎn)生的磁場,而定子上通入三相交流電,此時定子隨磁場變化同步旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速n=60f/p,這里f是電源頻率,p是電機的極對數(shù)。
異步電機工作時候,只有定子通電(三相交流電),轉(zhuǎn)子由于受到感應電流產(chǎn)生磁場(原理同變壓器),由于是感應電流,所以,產(chǎn)生磁場旋轉(zhuǎn)時候要滯后定子磁場一個角度,在定子側(cè)看,是定子磁場拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)速要低于同步轉(zhuǎn)速,所以就稱之為異步電機。
應用上,同步電機一般用于發(fā)電,也用于比較精確的控制,異步電機一般造價低廉,用于要求不高的場合,也更加廣泛。至于感應電機就是異步電機,同一個東西的不同名字而已。
原理:
同步電機和異步電機的區(qū)別,主要一點,就是同步電機能達到同步轉(zhuǎn)速,異步電機轉(zhuǎn)速達不到定子磁場的同步轉(zhuǎn)速。同步電機主要用于發(fā)電,比如水電廠,火電廠的發(fā)電機,異步電機主要用于電動,比如風機什么的。
同步電機和異步電機,這兩個東西都是交流電機,利用了三相交流電的比較有意思的一個特性:簡單的說如果把三個線圈像攪拌器(就是家里用來打雞蛋的那種東西)那樣布置,三個線圈相互不接觸,分別加上abc三相電壓,于是產(chǎn)生三相電流,接著好玩的事情就發(fā)生了,線圈所圍的空間內(nèi)出現(xiàn)了與所加電壓同頻的旋轉(zhuǎn)磁場(若要更深入的解釋,就得說駐波的分解,疊加,比較麻煩).所以人們把線圈按照上述所說的辦法,嵌進定子,于是轉(zhuǎn)子所在的那個空間就產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)的磁場
有了這個磁場就好辦了,我們就可以想象定子處有一個看不見的磁鐵在轉(zhuǎn),此時如果轉(zhuǎn)子是個磁鐵的話,那么轉(zhuǎn)子不就被帶動起來了么,就是電動機了,反之如果轉(zhuǎn)子帶動那個看不見的磁鐵,就成了發(fā)電機了,此時可能不好理解,不過你應該知道,產(chǎn)生的是電,為什么呢?首先轉(zhuǎn)子帶動那個虛擬磁鐵,轉(zhuǎn)子肯定受個阻力矩吧,虛擬磁鐵受個動力矩吧,注意!力是能量轉(zhuǎn)換的中介(或者說是標志),虛擬磁鐵畢竟是虛擬的,定子又不動,那么定子肯定地獲得電動勢嘍。如定子帶負載的話,就會有電流,還是三相的,有電流就會有磁場,干擾轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場,這個叫做電樞反應。于是帶上負載后定子處獲得的電動勢與空載時的不一樣。
在上面的原理指引下,把轉(zhuǎn)子做成個電磁鐵,外部單獨用個電源給它電,那么這個電機就叫做同步電機,之所以叫同步電機是轉(zhuǎn)子的磁性是獨立產(chǎn)生的,于是轉(zhuǎn)子能達到那個虛擬磁鐵的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子磁性獨立產(chǎn)生是個大好事,使得同步電機調(diào)整很容易,比如說調(diào)無功功率。
后來人們發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子不用電磁鐵也行,把轉(zhuǎn)子做成個裝松鼠的籠子,由于虛擬磁鐵的磁力線會切割鼠籠的籠棍,于是由偉大的右手定則,就會產(chǎn)生電流,仔細研究一下你會發(fā)現(xiàn)這個電流也是個三相的,于是與定子的產(chǎn)生磁場的原理類似,轉(zhuǎn)子也產(chǎn)生個圍繞他旋轉(zhuǎn)的虛擬磁鐵,再研究一下你會發(fā)現(xiàn),定轉(zhuǎn)子的虛擬磁鐵在空間上轉(zhuǎn)速一樣。于是鼠籠子起到了與電磁鐵類似的效果,不過鼠籠的電流是由于其與定子虛擬磁鐵相對運動產(chǎn)生的,鼠籠的虛擬磁鐵也就不是獨立的了,鼠籠轉(zhuǎn)速總是要比定子虛擬磁鐵轉(zhuǎn)速慢點,達不到同步速(否則就無相對運動,電流就無從產(chǎn)生,鼠籠磁場也就無從產(chǎn)生)。
大致就這些了,當然要科學分析起來還要麻煩,還有許多實際因素要考慮,比如說鐵心有磁飽和,鐵心內(nèi)有渦流損耗等等。在分析上,同步電機由于有個轉(zhuǎn)子獨立的磁場,像電路里的有源負載,所以多用相量圖分析。而異步電機,由于轉(zhuǎn)子的一切都是由定子產(chǎn)生的,所以就相當于無源負載,可把異步電機等效成一個電路來分析。
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