江玖小課堂:同步電機和異步電機有什么差別?
異步電動機(asynchronous motor)
異步電動機是由定子側(cè)接入三相交流電源,定子繞組流過的三相對稱電流產(chǎn)生三相磁動勢(定子旋轉(zhuǎn)磁動勢)并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。該旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體有相對切割運動,根據(jù)電磁感應(yīng)原理,轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動勢并產(chǎn)生感應(yīng)電流。根據(jù)電磁力定律,載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場中受到電磁力作用,形成電磁轉(zhuǎn)矩,驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。異步電動機的轉(zhuǎn)速小于定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速,有個轉(zhuǎn)差(轉(zhuǎn)差與定子所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速的比值叫轉(zhuǎn)差率),從而叫做異步電動機。因其轉(zhuǎn)子繞組電流是感應(yīng)產(chǎn)生的,又稱感應(yīng)電動機。
異步電動機的同步轉(zhuǎn)速,即旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為:n=60f/p
其中:
n——異步電動機的同步轉(zhuǎn)速;
f——電源頻率;
p——磁極對數(shù)。
由上式可以看出,改變異步電動機的供電頻率就可以改變其同步轉(zhuǎn)速,從而實現(xiàn)調(diào)速運行,即變頻調(diào)速。
異步電動機按照轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分為兩種形式:有鼠籠式(鼠籠式異步電機)、繞線式異步電動機。
特點:
優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單,制造方便,價格便宜,運行方便。
缺點:功率因數(shù)滯后,輕載功率因數(shù)低,調(diào)速性能稍差。
主要做電動機用,一般不做發(fā)電機。
同步電動機是由定子側(cè)送入三相交流電,不同的只是在轉(zhuǎn)子側(cè)同時通一個直流電流,產(chǎn)生相對定子方向不變的磁場,這個磁場旋轉(zhuǎn)的速度和由定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的速度是相等的,所以稱為同步電動機。其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與磁極對數(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,轉(zhuǎn)速不變,且與負(fù)載無關(guān)。具有運行穩(wěn)定性高和過載能力大等特點。
過去的電力拖動中,很少采用同步電動機,同步電動機主要作為發(fā)電機使用,其主要原因是同步電動機不能在電網(wǎng)電壓下自行起動,靜止的轉(zhuǎn)子磁極在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下,平均轉(zhuǎn)矩為零。但是近年來,隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,解決了同步電動機起動和調(diào)速的問題,使同步電動機在電力拖動中作為原動機出現(xiàn)。
同步電機和異步電機的區(qū)別在于:從供電方面說,異步電機只是在定子側(cè)加上電壓(也有轉(zhuǎn)子上加電壓的),而同步電機要在定子和轉(zhuǎn)子上都加上電壓。也就是說異步電機是單邊勵磁,同步電機是雙邊勵磁。同步電機就是靠勵磁電流運行的,如果沒有勵磁,電機就是異步的。從轉(zhuǎn)速方面說,異步電機的轉(zhuǎn)速只與負(fù)荷大小有關(guān)(當(dāng)然有一定的范圍),而同步電機的轉(zhuǎn)速只與定子供電的頻率有關(guān)。從結(jié)構(gòu)上說,同步電機與異步電機轉(zhuǎn)子的構(gòu)造也不一樣。異步電機的轉(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 同步電機和異步電機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,同步電機較復(fù)雜,造價高。
l 用途
n 同步電機大多用在大型發(fā)電機的場合。而異步電機則幾乎全用在電動機場合。同步電機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,異步電機應(yīng)用較多時,可附加一臺同步電機做調(diào)相機用,用來調(diào)節(jié)工廠與電網(wǎng)接口處的功率因數(shù)。但是,由于同步電機造價高,維護工作量大,現(xiàn)在一般都采用電容補償功率因數(shù)。
n 另外,一些早期采用晶閘管的變頻器,由于器件沒有自關(guān)斷能力,需要依靠負(fù)載換流,這時需要用到同步電機。
n 同步電機效率較異步電機稍高,在2000KW以上的電動機選型時,一般要考慮是否選用同步電機。但是,同步機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,比起異步電機的免維護來,維護工作量較大;所以,現(xiàn)在2500KW以下的電動機,現(xiàn)在大多選擇異步電機。在功率較小時,效率的差別已經(jīng)變得微不足道了。
l 在應(yīng)用變頻器時
n 應(yīng)用變頻器時,需要將電機和電網(wǎng)斷開,將變頻器接入。接入變頻器后,電網(wǎng)側(cè)的功率與電機無關(guān),只與變頻器有關(guān)。因此,除非用戶原來已經(jīng)有同步電機,否則應(yīng)該選用異步電機,因為變頻器和電機的造價都便宜。當(dāng)然,如果選用早期的負(fù)載換流型變頻器,則電機必須選用同步電機,這是變頻器對電機的要求。
簡單的說:同步和異步電機均屬交流動力電機,是靠50周交流電網(wǎng)供電而轉(zhuǎn)動.異步電機是定子送入交流電,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.而同步電機定子同異步電機,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.異步電機簡單,成本低.易于安裝,使用和維護.所以受到廣泛使用.缺點效率低,功率因數(shù)低對電網(wǎng)不利.而同步電機效率高是容性負(fù)載,可改善電網(wǎng)功率因數(shù).多用工礦大型沒備.