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(dǎo)體

三相對稱的電樞繞組充當(dāng)功率繞組，成為感應(yīng)電勢或者感應(yīng)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(dāng)于繞組的導(dǎo)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(yīng)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(yīng)電勢的極性交變；由于電樞繞組的對稱性，保證了感應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(fù)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(dá)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(yīng)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(jié)構(gòu)與異步電動機相似。

當(dāng)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(yīng)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(dāng)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(dá)到同步。顯極的極性是由定子感應(yīng)出來的，因此它的數(shù)目應(yīng)和定子上極數(shù)相等，當(dāng)電動機轉(zhuǎn)到它應(yīng)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(guān)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(fù)載的大小無關(guān)。

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(guān)于印發(fā)節(jié)能產(chǎn)品惠民工程高效電機推廣實施細(xì)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(shù)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(shè)備的功能及性能指標(biāo)提出了較高的要求，為了準(zhǔn)確獲取電機的效率，應(yīng)該采用帶微處理器的寬度頻率分析儀和準(zhǔn)確級較高的變頻變量變器/傳感器。