三项同步电机与异步电机的区别.docx

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三项同步电机与异步电机的区别

三项同步电机与异步电机的区别

三项同步电机与异步电机的区别

工作原理　　

电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。

因此，其构造的一般原则是：

用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。

　　三相异步电机是感应电机，定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生感应电流。

短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场。

通电启动后，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，即旋转磁场与转子存在相对转速，并与磁场相互作用产生电磁转矩，使转子转起来，实现能量变换。

电动机分类　　1．按工作电源分类　　根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。

其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。

　　2．按结构及工作原理分类　　根据电动机按结构及工作原理的不同，可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。

　　同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。

　　异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。

感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。

交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。

　　直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。

有刷直流电

机。

　　异步电动机的转子转速总是略低于旋转磁场的同步转速。

　　同步电动机的转子转速与负载大小无关而始终保持为同步转速。

　　基本工作过程：

（1）当三相异步电机接入三相交流电源（各相差120度电角度）时，三相定子绕组流过三相对称电流产生的三相磁动势（定子旋转磁动势）并产生旋转磁场，该磁场以同步转速n0沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转。

（2）该旋转磁场与转子导体有相对切割运动,根据电磁感应原理,转子导体（转子绕组是闭合通路）产生感应电动势并产生感应电流（感应电动势的方向用右手定则判定）。

　　（3）根据电磁力定律，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。

载流的转子导体在定子产生的磁场磁场中受到电磁力作用（力的方向用左手定则判定），电磁力对电机转子轴形成电磁转矩，驱动电机转子沿着旋转磁场方向旋转，当电动机轴上带机械负载时，便向外输出机械能。

由于没有短路环部分的磁通比有短路环部分的磁通领先，电机转动方向与旋转磁场方向相同。

　　为什么是异步电机　　因为三相异步电机转子线圈中的感应电流是由于转子导体与磁场有相对运动而产生的。

三相异步电机的转子转速不会与旋转磁场同步，更不会超过旋转磁场的速度。

如果三相异步电机转子的转速与旋转磁场的转速成大小相等，那么，磁场与转子之间就没有相对运动，导体不能切割磁力线，因此转子线圈中也就不会产生感应电势和电流，三相异步电机转子导体在磁场中也就不会受到电磁力的作用而使转子转动。

因而三相异步电机的转子旋转速度不可能与旋转磁场相同，总是小于旋转磁场的同步转速。

但在特殊运行方式下（如发电制动），三相异步电机转子转速可以大于同步转速。

　　三相异步电机转矩　　对称3相绕组通入对称3相电流，产生旋转磁场，磁场线切割转子绕组，根据电磁感应原理，转子绕组中产生e和i，转子绕组在磁场中受到电磁力的作用，即产生电磁转矩，使转子旋转起来，转子输出机械能量，带动机械负载旋转起来。

　　在交流电机中，当定子绕组通过交流电流时，建立了电枢磁动势，它对电机能量转换和运行性能都有很大影响。

所以三相交流绕组通入三相交流产生脉振磁动势，该磁动势可分解为两个幅值相等、转速相反的旋转磁动势和，从而在气隙中建立正传和反转磁场和。

这两个旋转磁场切割转子导体，并分别在转子导体中产生感应电动势和感应电流。

　　该电流与磁场相互作用产生正、反电磁转矩。

正向电磁转矩企图使转子正转；反向电磁转矩企图使转子反转。

这两个转矩叠加起来就是推动电动机转动的合成转矩。

　　三相异步电机转速　　在电机定子中通入3相交流电，使其产生旋转磁场，转速为n0。

不同的磁极对数p，在相同频率f=50Hz的交流电作用下，会产生不同的同步转速n0，n0=60f/p。

　　电机转子的转速小于旋转磁场的转速，它和感应电机基本上是相同的。

s=（ns-n）/ns。

s为转差率，　　ns为磁场转速，n为转子转速。

　　三相异步电机种类　　按转子结构的不同，三相异步电机可分为笼式和绕线式两种。

　　笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。

　　绕线式三相异步电机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。

调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。

　　三相异步电机特点:

　　优点：

与单相异步电动机相比，三相异步电机结构简单，制造方便，运行性能好，并可节省各种材料，价格便宜。

　　缺点：

功率因数滞后，轻载功率因数低，调速性能稍差。

　　三相异步电机的使用　　三相异步电机功率大，主要制成大型电机。

它一般用于有三相电源（Triple-phasepower）的大型工业设备中。

首先说明一点的是，三相异步电机只用于电动机，极少用作发电机，都是同步电机用来发电。

　　对于1kW以下的小功率三相异步电机，不仅可以作三相运行，而且也可以作单相运行。

　　三相异步电机的几种调速方式比较　　三相异步电动机转速公式为：

n=60f/p（1-s）　　从上式可见，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可达到改变转速的目的。

从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转两种。

　　在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。

改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。

　　从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：

高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法（如串级调速等）。

有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中；电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中；液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。

一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，假如调速范围不大，能量损耗是很小的。

　　一、变极对数调速方法　　这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，特点如下：

　　具有较硬的机械特性，稳定性良好；　　无转差损耗，效率高；　　接线简单、控制方便、价格低；　　有级调速，级差较大，不能获得平滑调速；　　可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。

　　本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。

　　二、变频调速方法　　变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。

变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流－直流－交流变频器和交流－交流变频器两大类，目前国内大都使用交－直－交变频器。

其特点：

　　效率高，调速过程中没有附加损耗；　　应用范围广，可用于笼型异步电动机；　　调速范围大，特性硬，精度高；　　技术复杂，造价高，维护检验困难。

　　本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。

　　三、串级调速方法　　串级调速是指绕线式电动机转子回路中串进可调节的附加电势来改变电动机的转差，达到调速的目的。

大部分转差功率被串进的附加电势所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。

根据转差功率吸收利用方式，串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式，多采用晶闸管串级调速，其特点为：

　　可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上，效率较高；　　装置容量与调速范围成正比，投资省，适用于调速范围在额定转速70%－90%的生产机械上；　　调速装置故障时可以切换至全速运行，避免停产；　　晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大。

　　本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。

　　四、绕线式电动机转子串电阻调速方法　　绕线式异步电动机转子串进附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。

串进的电阻越大，电动机的转速越低。

此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。

属有级调速，机械特性较软。

　　五、定子调压调速方法　　当改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲线，从而获得不同转速。

由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用。

为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机，如专供调压调速用的力矩电动机，或者在绕线式电动机上串联频敏电阻。

为了扩大稳定运行范围，当调速在2：

1以上的场合应采用反馈控制以达到自动调节转速目的。

　　调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源，目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种。

晶闸管调压方式为最佳。

调压调速的特点：

　　调压调速线路简单，易实现自动控制；　　调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中，效率较低。

　　调压调速一般适用于100KW以下的生产机械。

　　六、电磁调速电动机调速方法　　电磁调速电动机由笼型电动机、电磁转差离合器和直流励磁电源（控制器）三部分组成。

直流励磁电源功率较小，通常由单相半波或全波晶闸管整流器组成，改变晶闸管的导通角，可以改变励磁电流的大小。

　　电磁转差离合器由电枢、磁极和励磁绕组三部分组成。

电枢和后者没有机械联系，都能自由转动。

电枢与电动机转子同轴联接称主动部分，由电动机带动；磁极用联轴节与负载轴对接称从动部分。

当电枢与磁极均为静止时，如励磁绕组通以直流，则沿气隙圆周表面将形成若干对N、S极性交替的磁极，其磁通经过电枢。

当电枢随拖动电动机旋转时，由于电枢与磁极间相对运动，因而使电枢感应产生涡流，此涡流与磁通相互作用产生转矩，带动有磁极的转子按同一方向旋转，但其转速恒低于电枢的转速N1，这是一种转差调速方式，变动转差离合器的直流励磁电流，便可改变离合器的输出转矩和转速。

电磁调速电动机的调速特点：

　　装置结构及控制线路简单、运行可靠、维修方便；　　调速平滑、无级调速；　　对电网无谐影响；　　速度失大、效率低。

　　本方法适用于中、小功率，要求平滑动、短时低速运行的生产机械。

　　七、液力耦合器调速方法　　液力耦合器是一种液力传动装置，一般由泵轮和涡轮组成，它们统称工作轮，放在密封壳体中。

壳中充进一定量的工作液体，当泵轮在原动机带动下旋转时，处于其中的液体受叶片推动而旋转，在离心力作用下沿着泵轮外环进进涡轮时，就在同一转向上给涡轮叶片以推力，使其带动生产机械运转。

液力耦合器的动力转输能力与壳内相对充液量的大小是一致的。

在工作过程中，改变充液率就可以改变耦合器的涡轮转速，作到无级调速，其特点为：

　　功率适应范围大，可满足从几十千瓦至数千千瓦不同功率的需要；　　结构简单，工作可靠，使用及维修方便，且造价低；　　尺寸小，能容大；　　控制调节方便，轻易实现自动控制。

　　本方法适用于风机、水泵的调速