同步電機(jī)和異步電機(jī)竟然有這么大區(qū)別，看完就理解了！
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(chǎng)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(chǎng)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(gè)直流電機(jī)。
下面的內(nèi)容是一個(gè)過(guò)渡，只作為對(duì)電機(jī)（同步機(jī)、異步機(jī)）原理性的知識(shí)進(jìn)行形象的講解（懂電機(jī)的可跳過(guò)）。
同步機(jī)和異步機(jī)，這兩個(gè)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(gè)特性：簡(jiǎn)單的說(shuō)如果把三個(gè)線圈像攪拌器（就是家里用來(lái)打雞蛋的那種東西）那樣布置，三個(gè)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(chǎng)（若要更深入的解釋?zhuān)偷谜f(shuō)駐波的分解，疊加，比較麻煩）。所以人們把線圈按照上述所說(shuō)的辦法，嵌進(jìn)定子，于是轉(zhuǎn)子所在的那個(gè)空間就產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。
有了這個(gè)磁場(chǎng)就好辦了，我們就可以想象定子處有一個(gè)看不見(jiàn)的磁鐵在轉(zhuǎn)，此時(shí)如果轉(zhuǎn)子是個(gè)磁鐵的話，那么轉(zhuǎn)子不就被帶動(dòng)起來(lái)了么，就是電動(dòng)機(jī)了，反之如果轉(zhuǎn)子帶動(dòng)那個(gè)看不見(jiàn)的磁鐵，就成了發(fā)電機(jī)了（首先轉(zhuǎn)子帶動(dòng)那個(gè)虛擬磁鐵，轉(zhuǎn)子肯定受個(gè)阻力矩吧，虛擬磁鐵受個(gè)動(dòng)力矩吧，注意！力是能量轉(zhuǎn)換的中介（或者說(shuō)是標(biāo)志），虛擬磁鐵畢竟是虛擬的，定子又不動(dòng)，那么定子肯定地獲得電動(dòng)勢(shì)嘍。如定子帶負(fù)載的話，就會(huì)有電流，還是三相的，有電流就會(huì)有磁場(chǎng)，干擾轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場(chǎng)，這個(gè)叫做電樞反應(yīng)。于是帶上負(fù)載后定子處獲得的電動(dòng)勢(shì)與空載時(shí)的不一樣）。
在上面的原理指引下，把轉(zhuǎn)子做成個(gè)電磁鐵，外部單獨(dú)用個(gè)電源給它電，那么這個(gè)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(dú)立產(chǎn)生的，于是轉(zhuǎn)子能達(dá)到那個(gè)虛擬磁鐵的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子磁性獨(dú)立產(chǎn)生是個(gè)大好事，使得同步機(jī)調(diào)整很容易，比如說(shuō)調(diào)無(wú)功功率。
后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子不用電磁鐵也行，把轉(zhuǎn)子做成個(gè)裝松鼠的籠子，由于虛擬磁鐵的磁力線會(huì)切割鼠籠的籠棍，于是由偉大的右手定則，就會(huì)產(chǎn)生電流，仔細(xì)研究一下你會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)電流也是個(gè)三相的，于是與定子的產(chǎn)生磁場(chǎng)的原理類(lèi)似，轉(zhuǎn)子也產(chǎn)生個(gè)圍繞他旋轉(zhuǎn)的虛擬磁鐵，再研究一下你會(huì)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(lèi)似的效果，不過(guò)鼠籠的電流是由于其與定子虛擬磁鐵相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，鼠籠的虛擬磁鐵也就不是獨(dú)立的了，鼠籠轉(zhuǎn)速總是要比定子虛擬磁鐵轉(zhuǎn)速慢點(diǎn)，達(dá)不到同步速（否則就無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，電流就無(wú)從產(chǎn)生，鼠籠磁場(chǎng)也就無(wú)從產(chǎn)生）。
在分析上，同步機(jī)由于有個(gè)轉(zhuǎn)子獨(dú)立的磁場(chǎng)，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(wú)源負(fù)載。在設(shè)計(jì)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。
01.同步電機(jī)和異步電機(jī)在設(shè)計(jì)上的不同
永磁同步電動(dòng)機(jī)模型
三相異步電機(jī)結(jié)構(gòu)圖
①同步與異步的最大區(qū)別就在于看他門(mén)的轉(zhuǎn)子速度是不是與定子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)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(dòng)機(jī)，如果不一致，就叫異步電動(dòng)機(jī)。
②當(dāng)極對(duì)數(shù)一定時(shí)，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(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)說(shuō)，就是同步。異步電機(jī)也叫感應(yīng)電機(jī)，主要作為電動(dòng)機(jī)使用，其工作時(shí)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(guò)電流后，將在氣隙中形成一旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，而該磁場(chǎng)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(chǎng)與轉(zhuǎn)子存在相對(duì)轉(zhuǎn)速，即產(chǎn)生轉(zhuǎn)距。
02.為什么會(huì)同步，為什么會(huì)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(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。
同步和異步電機(jī)均屬交流動(dòng)力電機(jī)，是靠50Hz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(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)。
簡(jiǎn)單的說(shuō)就是：異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子上沒(méi)加直流勵(lì)磁電流，同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子上加了一個(gè)直流勵(lì)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(chǎng)轉(zhuǎn)速一致。
03.同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為什么要通入直流勵(lì)磁電流
而不通入交流勵(lì)磁電流
按工頻50HZ考慮，轉(zhuǎn)子通入直流勵(lì)磁電流，可在定子繞組中感應(yīng)出50HZ電勢(shì)。
轉(zhuǎn)子通入交流勵(lì)磁電流后，可分解為正向與反向兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(shì)；反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度抵消，與定子繞組相對(duì)靜止，不產(chǎn)生電勢(shì)，但定子磁通中出現(xiàn)直流分量，可能飽和。
04.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(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)。
②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。
③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)是效率低，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)。
④同步機(jī)需要?jiǎng)?lì)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(wú)功，異步機(jī)需要專(zhuān)門(mén)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(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)的功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)，在不要求調(diào)速的場(chǎng)合，應(yīng)用大型同步電動(dòng)機(jī)可以提高運(yùn)行效率。近年來(lái)，小型同步電動(dòng)機(jī)在變頻調(diào)速系統(tǒng)中開(kāi)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(shí)電機(jī)不帶任何機(jī)械負(fù)載，靠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁電流向電網(wǎng)發(fā)出所需的感性或者容性無(wú)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(chǎng)合做為設(shè)備驅(qū)動(dòng)選擇異步電動(dòng)機(jī)就可以了。
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