第四章-第六节：同步电动机（课件）-《电机与电气控制技术》同步教学（高等教育出版社）

第四章 特殊电机 第六节：同步电动机 目 录 目录 Content 仪用互感器 同步电动机的工作原理 01 同步电动机的分类与结构 02 同步电动机的启动 03 微型同步电机 04 同步电机 同步电机是交流旋转电机中的一种，它主要用作发电机，也可用作电动机和调相机，图4-44为一台三相永磁同步电机。在现代电力工业中，无论是火力发电、水力发电，还是原子能发电，几乎全部采用同步发电机；在内燃机车上，柴油机启动后带动三相同步牵引发电机发电给机车牵引电动机供电。同步调相机专门用来改善电网的功率因数，以提高电网的运行经济性及电压的稳定性。同步电动机主要用于功率较大、转速不要求调节的生产机械，如大型水泵、空气压缩机、矿井通风机。随着永磁材料性能的提高和成本的降低，永磁同步电动机以其调速范围宽、效率高、功率因数高和功率密度高等优点，正逐渐成为电动汽车、城市轨道机车牵引系统的主流电机之一。 一、同步电动机的工作原理 1.同步发电机的工作原理 同步发电机是将机械能转换为电能的电磁装置。三相同步发电机的工作原理示意图如图4-45所示。在由硅钢片叠成的同步发电机定子铁芯槽内嵌放有在空间相隔120°电角度的三相对称绕组U1U2、V1V2、W1W2。转子主要由磁极铁芯和励磁绕组组成。当励磁绕组通入直流电流后，建立恒定的转子磁场。转子由原动机拖动以转速n匀速旋转时，转子磁场不断切割定子三相对称绕组，在三相绕组中感应出三相交变电动势，其方向可用右手定则确定。由于定子三相绕组在空间位置上互差120°电角度，所以三相电动势在时间上互差120°相位。如果同步发电机接上负载，将有三相电流输出，即同步发电机把机械能转换成了三相交流电能。 一、同步电动机的工作原理 2.同步电动机的工作原理如图4-46所示，在同步电动机三相定子绕组内通入对称三相交流电时，对称的三相绕组中就产生一个旋转磁场。当转子的励磁绕组加上励磁电流时，转子就好像一个磁铁，于是旋转磁场就带动这个磁铁并按旋转磁场转速旋转，这时转子转速n等于旋转磁场的同步转速m₁,即 综上所述，同步电机无论作为发电机还是作为电动机运行，其转速与频率之间都将保持严格不变的关系，即同步电机在恒定频率下的转速恒为同步速度，这是同步电机和异步电机的基本差别之一。 五、同步电动机 作用 ： 将不变的交流信号变换为转速恒定的机械运动，在自控系统中作执行元件。 结构 ： 定子结构与异步电动机相同。转子的极数与定子极数相同，转子上无绕组，不需励磁，因而没有电刷与滑环，所以结构简单，维护方便。 二、同步电动机的分类与结构 反应式（磁阻式） 永磁式 分类： 磁滞式 五、同步电动机 二、同步电动机的分类与结构 定子产生的旋转磁场吸牢转子一起旋转，转速为定子旋转磁场的转速，亦即同步转速n1 （一）永磁式微型同步电动机 二、同步电动机的分类与结构 （一）永磁式微型同步电动机 负载转矩增大时，定子磁场磁极轴线与转子磁极轴线之间的夹角相应增大；负载转矩减小时，夹角相应减小，转速则始终恒定不变 二、同步电动机的分类与结构 “失步” 负载转矩超出一定限度（最大同步转矩），电动机停转的现象。 异步起动法 在转子上加装笼式绕组，利用异步电动机的原理使转子转起来，当转速接近同步转速时，定子旋转磁场会将转子牵入同步，与定子旋转磁场一起同步旋转. （一）永磁式微型同步电动机 二、同步电动机的分类与结构 转子冲片 由铁磁性材料制成，本身没有磁性，但必须有直轴和交轴之分，直轴磁阻小，交轴磁阻大 凸极结构 外反应式 圆形 内反应式 内外反应式 （二）反应式微型同步电动机 二、同步电动机的分类与结构 转子典型结构 硬磁材料制成的圆柱体或圆环，装配在非磁性材料制成的套筒上 （三）磁滞式微型同步电动机 二、同步电动机的分类与结构 罩极式磁滞同步电动机 功率极小的磁滞式同步电动机中，定子采用罩极式结构，转子由硬磁薄片组成 （三）磁滞式微型同步电动机 工作原理 ： 定子绕组通电时，气隙中建立圆形或椭圆形旋转磁场 转子，产生磁阻转矩或称反应转矩，使转子与定子旋转磁场一起以同步转速n1旋转 和永磁式微型同步电动机一样存在失步问题。 同样也采用转子上装笼形起动绕组的异步起动法 三、同步电动机的启动 工作原理 ： 硬磁材料制成的实心转子 定子产生的旋转磁场以一对等效磁极表示 定子磁场固定不转时，转子磁畴（磁分子）受磁化，排列方向与定子磁场方向相一致 定子磁场与转子之间只有径向力，切向力和转矩T=0 定子磁场以同步转速 n1逆时针方向旋转 转子处于旋转 磁化状态 磁畴之间很大的摩擦力， 使磁分子不能立即跟随 定子旋转磁场转过同样 的角度，而始终要落后 一个空间角度θc， θc称为磁滞角。 三、同步电动机的启动 工作原理 ： 磁