同步电动机基础知识(图解)
同步电动机基础知识

同步电动机和同步发电机结构相同，和dz3w网站讲过的直流发电机可作为直流电动机使用一样．同步发电机也可以作为同步电动机使用。

同步电动机有以极数、频率所确定的同步转速，因而转速恒定。

从同步电动机的特性可知，其功率因数可以调节．能在功率因数100％下运行。

同步电动机的励磁电流和电枢电流之间的特殊关系可以用所谓的 V 形特性曲线衰示。

同步电动机无包动转矩，起动麻烦。

因为有这些特性．所以这种电动机一般用于需要恒定速度的特殊场合。



6.1 同步电动机的原理和结构



同步电动机和感应电动机的区别






6 . 1 . 1 同步电动机的原理

（a）空载时不产生转矩

在旋转磁场和转子以同步速度旋转且完全空载的情况下，转子的 S 极和旋转磁场的N 极在旋转中保持相同位置。

旋转磁场 N 极左右导体（C'',b ）的电磁力方向可用左手定则确定，由图 6 . 2 ( a ）可知左右导体受力方向相反，但大小相同。因此，力互相抵消，不产生转矩。

( b ）负荷时旋转磁场和转子之间的位置偏移

δ为旋转磁场磁极和转子磁极之间的位置偏移角，因随负荷功率而变化，故称功率角。

转子滞后旋转磁场δ角，各最大为∏/2[rad]。与空载时不同，因转子的位置偏移，左右两边的导体受力的大小就有差别，虽然电磁力和旋转磁场方向相反，但这一力的反作用使转子产生转矩。

6 . 1 . 2 同步电动机的结构

与同步发电机结构相同，为了产生起动转矩，在转子上装有类似于感应电动机的笼型绕组的阻尼绕组。




6.2同步电动机的性质和特性





6.2.1 同步电动机的向量图

6.2 . 2 输出功率和 sinδ成正比

若忽略电动机的损耗，则一相输出功率 P 为



6.2.3 转矩和sinδ成正比

电动机功率 P[W]和转矩T[N*m]间的关系如下：



故转矩和功率一样也正比于sinδ.

6 . 2 .4 电动机转矩特性曲线

特性曲线的横坐标为功率角sinδ，纵坐标为转矩。

由于转矩与sinδ成正比，故在siδ=90度为最大。

功率角是电角度，极数若多，则空间角小。实际运行时的占约为 20度 左右。



6 . 2 . 5 失步停转

同步电动机总是以同步转速旋转，负荷增加时功率角变大，转矩减小，当不能承担负荷转矩时，电动机停转。这称为失步，此时的转矩称为失步转矩。实际的失步转矩在功率角为 50度-70度 的范围。这是指电动机在额定频率和电压下以正常的励磁运行时，能够在 l 分钟时间内继续运行的最大转矩。

6. 2 . 6 励磁和相位的关系

6.2.7 V形曲线（相位特性曲线）

转子励磁弱（欠励）时，电枢电流滞后电压，而励磁强（过励）时，电流超前。

表明电枢电流和励磁电流关系曲线就是相位特性曲线，也称 V 形曲线。这根据曲线的形状而得名。

功率因数为 100 ％的点为曲线的谷。



6.3 同步电动机的起动方法

同步电动机无起动转矩，转子有惯量，不能追从旋转磁场旋转。转子、定子互相之间的磁场 NS 作用在转子的力的左右两个方向相等，电机不能旋转（参看图 6 . 11 ）。

(l)异步起动法利用阻尼绕组（阻尼的作用见下一节）的起动方法，

应用三相感应电动机笼型转子考虑方法。在转子磁极表面装设用短路环（端环）和导条做成的阻尼绕组。起动转矩虽然小，但笼型感应电动机还是有起动转矩的。

起动时电枢不施加全电压，通过起动补偿器、串联电抗器、起动变压器等把电压降低后起动。

为了防止起动时过高的感应电压将绕组损坏，在励磁电路中接人了电阻r0.

先作为感应电动机起动，等接近同步转速时，再

给励磁绕组施加直流电压（参看图 6 . 12 ）。

(2)辅助电动机起动法用于大容量电动机，

把起动用的三相感应电动机或直流电动机直接接于被起动电机上。先用辅助电动机将主机拖到接近于同步速度时，再用同步发电机并联运行的方法将同步电动机投人运行。之后切除起动用的辅助电动机电源，让其空转（参看图 6 . 13 ）。

6 . 3 . 2 同步电动机的振荡

当负荷、电源电压或频率发生变化时，功率角占将过渡到新的功率角。此时由于转子的惯性，功率角将发生周期性的变化，这称为振荡。若激发起严重的振荡，将会失步，电动机将会停转。阻尼绕组有抑制这种震荡的作用‘参看图 6 . 14 ）。