國家電網(wǎng)招聘考試高頻考點電機(jī)學(xué):同步電機(jī)和異步電機(jī)的區(qū)別

思格教育
2023-03-26
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  同步電機(jī)和異步電機(jī)的主要區(qū)別是:同步電機(jī)能與其定子磁場旋轉(zhuǎn)達(dá)到同步轉(zhuǎn)速,異步電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)不到定子磁場的同步轉(zhuǎn)速。


  電機(jī)大致分成三種,同步機(jī),異步機(jī)(以上兩種多與電網(wǎng)相連),還有個直流電機(jī)。


  下面的內(nèi)容是一個過渡,只作為對電機(jī)(同步機(jī)、異步機(jī))原理性的知識進(jìn)行形象的講解(懂電機(jī)的可跳過)。


  同步機(jī)和異步機(jī),這兩個東西都是交流電機(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(jìn)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(jī)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(jī)了(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(biāo)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(fù)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(yīng)。于是帶上負(fù)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(jī)就叫做同步機(jī),之所以叫同步機(jī)是轉(zhuǎn)子的磁性是獨立產(chǎn)生的,于是轉(zhuǎn)子能達(dá)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,使得同步機(jī)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(xì)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(yùn)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(dá)不到同步速(否則就無相對運(yùn)動,電流就無從產(chǎn)生,鼠籠磁場也就無從產(chǎn)生)。


  在分析上,同步機(jī)由于有個轉(zhuǎn)子獨立的磁場,像電路里的有源負(fù)載。而異步機(jī),由于轉(zhuǎn)子的一切都是由定子產(chǎn)生的,所以就相當(dāng)于無源負(fù)載。在設(shè)計上,當(dāng)然同步電機(jī)更為復(fù)雜些。


  下面看看他們的區(qū)別吧。


  一、同步電機(jī)和異步電機(jī)在設(shè)計上的不同:


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      ①同步與異步的最大區(qū)別就在于看他門的轉(zhuǎn)子速度是不是與定子旋轉(zhuǎn)的磁場速度一致,如果轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度與定子是一樣的,那就叫同步電動機(jī),如果不一致,就叫異步電動機(jī)。


      ②當(dāng)極對數(shù)一定時,電機(jī)的轉(zhuǎn)速和頻率之間有嚴(yán)格的關(guān)系,用電機(jī)專業(yè)術(shù)語說,就是同步。異步電機(jī)也叫感應(yīng)電機(jī),主要作為電動機(jī)使用,其工作時的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是小于同步電機(jī)。


      ③所謂“同步”就是電樞(定子)繞組流過電流后,將在氣隙中形成一旋轉(zhuǎn)磁場,而該磁場的旋轉(zhuǎn)方向及旋轉(zhuǎn)速度均與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向,轉(zhuǎn)速相同,故為同步。


  異步電機(jī)的話,其旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子存在相對轉(zhuǎn)速,即產(chǎn)生轉(zhuǎn)距。


  二、為什么會同步,為什么會不同步呢?


  同步電機(jī)和異步電機(jī)的定子繞組是相同的,主要區(qū)別在于轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)。同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子上有直流勵磁繞組,所以需要外加勵磁電源,通過滑環(huán)引入電流;而異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子是短路的繞組,靠電磁感應(yīng)產(chǎn)生電流。相比之下,同步電機(jī)較復(fù)雜,造價高。


  同步和異步電機(jī)均屬交流動力電機(jī),是靠50Hz交流電網(wǎng)供電而轉(zhuǎn)動。異步電機(jī)是定子送入交流電,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,而轉(zhuǎn)子受感應(yīng)而產(chǎn)生磁場,這樣兩磁場作用,使得轉(zhuǎn)子跟著定子的旋轉(zhuǎn)磁場而轉(zhuǎn)動。其中轉(zhuǎn)子比定子旋轉(zhuǎn)磁場慢,有個轉(zhuǎn)差,不同步所以稱為異步機(jī)。而同步電機(jī)定子與異步電機(jī)相同,但其轉(zhuǎn)子是人為加入直流電形成不變磁場,這樣轉(zhuǎn)子就跟著定子旋轉(zhuǎn)磁場一起轉(zhuǎn)而同步,始稱同步電機(jī)。


  簡單的說就是:異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子上沒加直流勵磁電流,同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子上加了一個直流勵磁電流使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與定子與轉(zhuǎn)子切割產(chǎn)生的磁場轉(zhuǎn)速一致。


  三、同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為什么要通入直流勵磁電流,而不通入交流勵磁電流?


  按工頻50HZ考慮,轉(zhuǎn)子通入直流勵磁電流,可在定子繞組中感應(yīng)出50HZ電勢。


  轉(zhuǎn)子通入交流勵磁電流后,可分解為正向與反向兩個旋轉(zhuǎn)磁場,正向旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)速度與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度迭加,在定子繞組中感應(yīng)出100HZ電勢;反向旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)速度與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度抵消,與定子繞組相對靜止,不產(chǎn)生電勢,但定子磁通中出現(xiàn)直流分量,可能飽和。


  四、同步電機(jī)和異步電機(jī)怎么選擇(從功能和用途上區(qū)分)?


      ①同步電機(jī)大多用在大型發(fā)電機(jī)的場合。而異步電機(jī)則幾乎全用在電動機(jī)場合。同步電機(jī)可以通過勵磁靈活調(diào)節(jié)輸入側(cè)的電壓和電流相位,即功率因數(shù);異步電機(jī)的功率因數(shù)不可調(diào),一般在0.75-0.85之間,因此在一些大的工廠,異步電機(jī)應(yīng)用較多時,可附加一臺同步電機(jī)做調(diào)相機(jī)用,用來調(diào)節(jié)工廠與電網(wǎng)接口處的功率因數(shù)。但是,由于同步電機(jī)造價高,維護(hù)工作量大,現(xiàn)在一般都采用電容補(bǔ)償功率因數(shù)。


      ②同步電機(jī)效率較異步電機(jī)稍高,在2000KW以上的電動機(jī)選型時,一般要考慮是否選用同步電機(jī)。但是,同步機(jī)因為有勵磁繞組和滑環(huán),需要操作工人有較高的水平來控制勵磁,另外,比起異步電機(jī)的免維護(hù)來,維護(hù)工作量較大;所以,現(xiàn)在2500KW以下的電動機(jī),現(xiàn)在大多選擇異步電機(jī)。在功率較小時,效率的差別已經(jīng)變得微不足道了。


      ③異步電機(jī)簡單,成本低,易于安裝、使用和維護(hù),所以受到廣泛使用。缺點是效率低,功率因數(shù)低對電網(wǎng)不利。而同步電機(jī)效率高是容性負(fù)載,可改善電網(wǎng)功率因數(shù)。


      ④同步機(jī)需要勵磁電壓、電流調(diào)節(jié),異步機(jī)則不需;同步機(jī)可以給系統(tǒng)補(bǔ)償無功,異步機(jī)需要專門設(shè)備增加功率補(bǔ)償。


      ⑤同步電機(jī)的主要運(yùn)行方式有三種,即作為發(fā)電機(jī)、電動機(jī)和補(bǔ)償機(jī)運(yùn)行。 作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行是同步電機(jī)最主要的運(yùn)行方式,作為電動機(jī)運(yùn)行是同步電機(jī)的另一種重要的運(yùn)行方式。同步電動機(jī)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(jī)可以提高運(yùn)行效率。近年來,小型同步電動機(jī)在變頻調(diào)速系統(tǒng)中開始得到較多地應(yīng)用。 同步電機(jī)還可以接于電網(wǎng)作為同步補(bǔ)償機(jī)。這時電機(jī)不帶任何機(jī)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。一般的應(yīng)用場合做為設(shè)備驅(qū)動選擇異步電動機(jī)就可以了。

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