同步电机是一种交流电机,其转速由电源频率和极数决定。与感应电机不同,同步电机以同步速度运行,没有滑差。
同步电机在各种应用中都有使用,包括:
工业驱动,
发电,
功率因数校正用的同步电容器,以及
精密运动控制系统。
同步电机能够维持同步,因为转子(旋转)的速度与定子旋转磁场的速度相同。
同步电机的速度与电源频率成正比,与电机极数成反比。
由于其固定的同步速度特性,同步电机在处理变化负载方面不如感应电机高效。
当同步电机与电源失去同步时,它将无法高效工作,并可能需要重新同步后才能重新启动。
通常使用辅助设备如阻尼绕组(或)启动电机来使同步电机达到同步速度,然后与电源同步。
与感应电机相比,同步电机提供更高的:
功率因数校正,
恒定负载下的效率,以及
精确的速度控制。
为了以不同的速度运行,同步电机需要外部控制系统,例如变频驱动器 (VFDs)。
同步电机由定子、转子、励磁系统组成,在某些情况下还包括阻尼绕组或启动装置。
励磁系统通过向转子绕组提供直流电流来产生磁场。
这个磁场与定子的旋转磁场同步,使电机能够在同步速度下运行。
另一方面,同步电机依赖于励磁系统来提供与定子磁场同步所需的磁场。
有两种类型:
直流励磁系统——使用直流电源为转子供电,以及
永磁励磁系统——在转子中使用永磁体来产生磁场。
通过调整励磁电流,同步电机可以改变其功率因数。
通过改变励磁,可以改善或校正电机的功率因数。
阻尼绕组通过允许在达到同步速度之前有一些早期滑差来帮助电机启动。
它还有助于在意外负载波动时稳定电机。
同步电机通常在同步速度下运行,除非使用额外的齿轮或其他修改,否则对于需要低速高扭矩的应用场合可能不是最佳选择。
在同步电机中,速度调节通常涉及管理励磁或通过变频驱动器 (VFDs) 修改电源频率。
同步磁阻电机利用磁阻扭矩原理,具有简化的转子形状,无需绕组或磁铁。与传统同步电机相比,它们具有更高的效率和更简单的结构潜力。
由于其能够与电源保持同步的能力,同步电机在高于同步速度运行时可以作为发电机,将机械能转化为电能。
同步速度的RPM公式是:
同步电机速度 (RPM) = (120 × 频率) / 极数
同步电机速度 (RPM) = (120 × f) / P
同步电机的极数由电机的设计和构造决定。这是一个制造商指定的固定特征。
在需要一致速度和高效率的应用中,例如:
工业泵,
压缩机、风扇,以及
某些类型的工业机械,
同步电机被选中。
被选择。
负载角是定子和转子磁场之间的角度差。
正确调整负载角对于电机的效率和同步性至关重要。
同步电机,称为同步电容器,在特定条件下可以在驱动模式下工作,同时作为发电机向电网发电。
为了减少同步电机中的振荡或不稳定现象,采用了几种控制系统和稳定技术,例如:
自动电压调节器 (AVRs) 和
电力系统稳定器 (PSSs),
被使用。
优化励磁控制系统会影响电机的效率、稳定性、对变化负载的响应,以及其功率因数。
所需速度、扭矩特性、功率因数要求、效率以及控制电机运行的能力都是选择合适的同步电机的重要考虑因素。
可以通过功率分析仪或仪表来测量同步电机的功率因数。这是表明电机将电能转换为实际工作的效率的重要特性。
当同步到相同的频率和相位时,同步电机可以与其他同步电机或电源并联运行。
维持同步性需要应对诸如负载变化、瞬态情况以及有效调节励磁系统以防止同步丢失等困难。