江玖小課堂:同步電機(jī)和異步電機(jī)有什么差別?
異步電動(dòng)機(jī)(asynchronous motor)
異步電動(dòng)機(jī)是由定子側(cè)接入三相交流電源,定子繞組流過(guò)的三相對(duì)稱電流產(chǎn)生三相磁動(dòng)勢(shì)(定子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì))并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體有相對(duì)切割運(yùn)動(dòng),根據(jù)電磁感應(yīng)原理,轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)并產(chǎn)生感應(yīng)電流。根據(jù)電磁力定律,載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到電磁力作用,形成電磁轉(zhuǎn)矩,驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速小于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速,有個(gè)轉(zhuǎn)差(轉(zhuǎn)差與定子所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速的比值叫轉(zhuǎn)差率),從而叫做異步電動(dòng)機(jī)。因其轉(zhuǎn)子繞組電流是感應(yīng)產(chǎn)生的,又稱感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。
異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速,即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為:n=60f/p
其中:
n——異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速;
f——電源頻率;
p——磁極對(duì)數(shù)。
由上式可以看出,改變異步電動(dòng)機(jī)的供電頻率就可以改變其同步轉(zhuǎn)速,從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速運(yùn)行,即變頻調(diào)速。
異步電動(dòng)機(jī)按照轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分為兩種形式:有鼠籠式(鼠籠式異步電機(jī))、繞線式異步電動(dòng)機(jī)。
特點(diǎn):
優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造方便,價(jià)格便宜,運(yùn)行方便。
缺點(diǎn):功率因數(shù)滯后,輕載功率因數(shù)低,調(diào)速性能稍差。
主要做電動(dòng)機(jī)用,一般不做發(fā)電機(jī)。
同步電動(dòng)機(jī)是由定子側(cè)送入三相交流電,不同的只是在轉(zhuǎn)子側(cè)同時(shí)通一個(gè)直流電流,產(chǎn)生相對(duì)定子方向不變的磁場(chǎng),這個(gè)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的速度和由定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度是相等的,所以稱為同步電動(dòng)機(jī)。其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與磁極對(duì)數(shù)p、電源頻率f之間滿足n=60f/p。轉(zhuǎn)速n決定于電源頻率f,故電源頻率一定時(shí),轉(zhuǎn)速不變,且與負(fù)載無(wú)關(guān)。具有運(yùn)行穩(wěn)定性高和過(guò)載能力大等特點(diǎn)。
過(guò)去的電力拖動(dòng)中,很少采用同步電動(dòng)機(jī),同步電動(dòng)機(jī)主要作為發(fā)電機(jī)使用,其主要原因是同步電動(dòng)機(jī)不能在電網(wǎng)電壓下自行起動(dòng),靜止的轉(zhuǎn)子磁極在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下,平均轉(zhuǎn)矩為零。但是近年來(lái),隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,解決了同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)和調(diào)速的問(wèn)題,使同步電動(dòng)機(jī)在電力拖動(dòng)中作為原動(dòng)機(jī)出現(xiàn)。
同步電機(jī)和異步電機(jī)的區(qū)別在于:從供電方面說(shuō),異步電機(jī)只是在定子側(cè)加上電壓(也有轉(zhuǎn)子上加電壓的),而同步電機(jī)要在定子和轉(zhuǎn)子上都加上電壓。也就是說(shuō)異步電機(jī)是單邊勵(lì)磁,同步電機(jī)是雙邊勵(lì)磁。同步電機(jī)就是靠勵(lì)磁電流運(yùn)行的,如果沒(méi)有勵(lì)磁,電機(jī)就是異步的。從轉(zhuǎn)速方面說(shuō),異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速只與負(fù)荷大小有關(guān)(當(dāng)然有一定的范圍),而同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速只與定子供電的頻率有關(guān)。從結(jié)構(gòu)上說(shuō),同步電機(jī)與異步電機(jī)轉(zhuǎn)子的構(gòu)造也不一樣。異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子是有夕鋼片和鋁條(或夕鋼片和線圈組成),而同步電機(jī)一般由數(shù)塊磁鋼和線圈組成(也有隱極式的不太一樣)。
l 結(jié)構(gòu)
n 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(lì)磁繞組,所以需要外加勵(lì)磁電源,通過(guò)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(jià)高。
l 用途
n 同步電機(jī)大多用在大型發(fā)電機(jī)的場(chǎng)合。而異步電機(jī)則幾乎全用在電動(dòng)機(jī)場(chǎng)合。同步電機(jī)可以通過(guò)勵(lì)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(shí),可附加一臺(tái)同步電機(jī)做調(diào)相機(jī)用,用來(lái)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(jià)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)。
n 另外,一些早期采用晶閘管的變頻器,由于器件沒(méi)有自關(guān)斷能力,需要依靠負(fù)載換流,這時(shí)需要用到同步電機(jī)。
n 同步電機(jī)效率較異步電機(jī)稍高,在2000KW以上的電動(dòng)機(jī)選型時(shí),一般要考慮是否選用同步電機(jī)。但是,同步機(jī)因?yàn)橛袆?lì)磁繞組和滑環(huán),需要操作工人有較高的水平來(lái)控制勵(lì)磁,另外,比起異步電機(jī)的免維護(hù)來(lái),維護(hù)工作量較大;所以,現(xiàn)在2500KW以下的電動(dòng)機(jī),現(xiàn)在大多選擇異步電機(jī)。在功率較小時(shí),效率的差別已經(jīng)變得微不足道了。
l 在應(yīng)用變頻器時(shí)
n 應(yīng)用變頻器時(shí),需要將電機(jī)和電網(wǎng)斷開(kāi),將變頻器接入。接入變頻器后,電網(wǎng)側(cè)的功率與電機(jī)無(wú)關(guān),只與變頻器有關(guān)。因此,除非用戶原來(lái)已經(jīng)有同步電機(jī),否則應(yīng)該選用異步電機(jī),因?yàn)樽冾l器和電機(jī)的造價(jià)都便宜。當(dāng)然,如果選用早期的負(fù)載換流型變頻器,則電機(jī)必須選用同步電機(jī),這是變頻器對(duì)電機(jī)的要求。
簡(jiǎn)單的說(shuō):同步和異步電機(jī)均屬交流動(dòng)力電機(jī),是靠50周交流電網(wǎng)供電而轉(zhuǎn)動(dòng).異步電機(jī)是定子送入交流電,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),而轉(zhuǎn)子受感應(yīng)而產(chǎn)生磁場(chǎng),這樣兩磁場(chǎng)作用,使得轉(zhuǎn)子跟著定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而轉(zhuǎn)動(dòng).其中轉(zhuǎn)子比定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)慢,有個(gè)轉(zhuǎn)差,不同步所以稱為異步機(jī).而同步電機(jī)定子同異步電機(jī),其轉(zhuǎn)子是人為加入直流電形成不變磁場(chǎng),這樣轉(zhuǎn)子就跟著定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)一起轉(zhuǎn)而同步,始稱同步電機(jī).異步電機(jī)簡(jiǎn)單,成本低.易于安裝,使用和維護(hù).所以受到廣泛使用.缺點(diǎn)效率低,功率因數(shù)低對(duì)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).多用工礦大型沒(méi)備.