同步電機(jī)和異步電機(jī)都可以歸為交流電機(jī)的范疇。
在電機(jī)設(shè)計(jì)上,交流異步電機(jī)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(jī)設(shè)計(jì)上定子轉(zhuǎn)子可能都是繞線的。
電機(jī)的工作上,同步電機(jī)工作時(shí),電機(jī)的轉(zhuǎn)子通入直流電,產(chǎn)生類似永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng),而定子上通入三相交流電,此時(shí)定子隨磁場(chǎng)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(jī)的極對(duì)數(shù)。
異步電機(jī)工作時(shí)候,只有定子通電(三相交流電),轉(zhuǎn)子由于受到感應(yīng)電流產(chǎn)生磁場(chǎng)(原理同變壓器),由于是感應(yīng)電流,所以,產(chǎn)生磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)時(shí)候要滯后定子磁場(chǎng)一個(gè)角度,在定子側(cè)看,是定子磁場(chǎng)拖動(dòng)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(jī)。
應(yīng)用上,同步電機(jī)一般用于發(fā)電,也用于比較精確的控制,異步電機(jī)一般造價(jià)低廉,用于要求不高的場(chǎng)合,也更加廣泛。至于感應(yīng)電機(jī)就是異步電機(jī),同一個(gè)東西的不同名字而已。
原理:
同步電機(jī)和異步電機(jī)的區(qū)別,主要一點(diǎn),就是同步電機(jī)能達(dá)到同步轉(zhuǎn)速,異步電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)不到定子磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速。同步電機(jī)主要用于發(fā)電,比如水電廠,火電廠的發(fā)電機(jī),異步電機(jī)主要用于電動(dòng),比如風(fēng)機(jī)什么的。
同步電機(jī)和異步電機(jī),這兩個(gè)東西都是交流電機(jī),利用了三相交流電的比較有意思的一個(gè)特性:簡(jiǎn)單的說(shuō)如果把三個(gè)線圈像攪拌器(就是家里用來(lái)打雞蛋的那種東西)那樣布置,三個(gè)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(chǎng)(若要更深入的解釋,就得說(shuō)駐波的分解,疊加,比較麻煩).所以人們把線圈按照上述所說(shuō)的辦法,嵌進(jìn)定子,于是轉(zhuǎn)子所在的那個(gè)空間就產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)
有了這個(gè)磁場(chǎng)就好辦了,我們就可以想象定子處有一個(gè)看不見(jiàn)的磁鐵在轉(zhuǎn),此時(shí)如果轉(zhuǎn)子是個(gè)磁鐵的話,那么轉(zhuǎn)子不就被帶動(dòng)起來(lái)了么,就是電動(dòng)機(jī)了,反之如果轉(zhuǎn)子帶動(dòng)那個(gè)看不見(jiàn)的磁鐵,就成了發(fā)電機(jī)了,此時(shí)可能不好理解,不過(guò)你應(yīng)該知道,產(chǎn)生的是電,為什么呢?首先轉(zhuǎn)子帶動(dòng)那個(gè)虛擬磁鐵,轉(zhuǎn)子肯定受個(gè)阻力矩吧,虛擬磁鐵受個(gè)動(dòng)力矩吧,注意!力是能量轉(zhuǎn)換的中介(或者說(shuō)是標(biāo)志),虛擬磁鐵畢竟是虛擬的,定子又不動(dòng),那么定子肯定地獲得電動(dòng)勢(shì)嘍。如定子帶負(fù)載的話,就會(huì)有電流,還是三相的,有電流就會(huì)有磁場(chǎng),干擾轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場(chǎng),這個(gè)叫做電樞反應(yīng)。于是帶上負(fù)載后定子處獲得的電動(dòng)勢(shì)與空載時(shí)的不一樣。
在上面的原理指引下,把轉(zhuǎn)子做成個(gè)電磁鐵,外部單獨(dú)用個(gè)電源給它電,那么這個(gè)電機(jī)就叫做同步電機(jī),之所以叫同步電機(jī)是轉(zhuǎn)子的磁性是獨(dú)立產(chǎn)生的,于是轉(zhuǎn)子能達(dá)到那個(gè)虛擬磁鐵的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子磁性獨(dú)立產(chǎn)生是個(gè)大好事,使得同步電機(jī)調(diào)整很容易,比如說(shuō)調(diào)無(wú)功功率。
后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子不用電磁鐵也行,把轉(zhuǎn)子做成個(gè)裝松鼠的籠子,由于虛擬磁鐵的磁力線會(huì)切割鼠籠的籠棍,于是由偉大的右手定則,就會(huì)產(chǎn)生電流,仔細(xì)研究一下你會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)電流也是個(gè)三相的,于是與定子的產(chǎn)生磁場(chǎng)的原理類似,轉(zhuǎn)子也產(chǎn)生個(gè)圍繞他旋轉(zhuǎn)的虛擬磁鐵,再研究一下你會(huì)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(guò)鼠籠的電流是由于其與定子虛擬磁鐵相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的,鼠籠的虛擬磁鐵也就不是獨(dú)立的了,鼠籠轉(zhuǎn)速總是要比定子虛擬磁鐵轉(zhuǎn)速慢點(diǎn),達(dá)不到同步速(否則就無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng),電流就無(wú)從產(chǎn)生,鼠籠磁場(chǎng)也就無(wú)從產(chǎn)生)。
大致就這些了,當(dāng)然要科學(xué)分析起來(lái)還要麻煩,還有許多實(shí)際因素要考慮,比如說(shuō)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(jī)由于有個(gè)轉(zhuǎn)子獨(dú)立的磁場(chǎng),像電路里的有源負(fù)載,所以多用相量圖分析。而異步電機(jī),由于轉(zhuǎn)子的一切都是由定子產(chǎn)生的,所以就相當(dāng)于無(wú)源負(fù)載,可把異步電機(jī)等效成一個(gè)電路來(lái)分析。
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