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轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速相同的交流電機(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)載無關(guān)。具有運(yùn)行穩(wěn)定性高和過載能力大等特點(diǎn)。常用于多機(jī)同步傳動(dòng)系統(tǒng)、精密調(diào)速穩(wěn)速系統(tǒng)和大型設(shè)備(如軋鋼機(jī))等。

同步電動(dòng)機(jī)是屬于交流電機(jī),定子繞組與異步電動(dòng)機(jī)相同。它的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度與定子繞組所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度是一樣的,所以稱為同步電動(dòng)機(jī)。正由于這樣,同步電動(dòng)機(jī)的電流在相位上是超前于電壓的,即同步電動(dòng)機(jī)是一個(gè)容性負(fù)載。為此,在很多時(shí)候,同步電動(dòng)機(jī)是用以改進(jìn)供電系統(tǒng)的功率因數(shù)的。

由于同步電機(jī)可以通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流使它在超前功率因數(shù)下運(yùn)行,有利于改善電網(wǎng)的功率因數(shù),因此,大型設(shè)備,如大型鼓風(fēng)機(jī)、水泵、球磨機(jī)、壓縮機(jī)、軋鋼機(jī)等,常用同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。低速的大型設(shè)備采用同步電動(dòng)機(jī)時(shí),這一優(yōu)點(diǎn)尤為突出。此外,同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速完全決定于電源頻率。頻率一定時(shí),電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也就一定,它不隨負(fù)載而變。這一特點(diǎn)在某些傳動(dòng)系統(tǒng),特別是多機(jī)同步傳動(dòng)系統(tǒng)和精密調(diào)速穩(wěn)速系統(tǒng)中具有重要意義。同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性也比較高。同步電動(dòng)機(jī)一般是在過勵(lì)狀態(tài)下運(yùn)行,其過載能力比相應(yīng)的異步電動(dòng)機(jī)大。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比,而同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩決定于電壓和電機(jī)勵(lì)磁電流所產(chǎn)生的內(nèi)電動(dòng)勢(shì)的乘積,即僅與電壓的一次方成比例。當(dāng)電網(wǎng)電壓突然下降到額定值的80%左右時(shí),異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩往往下降為64%左右,并因帶不動(dòng)負(fù)載而停止運(yùn)轉(zhuǎn);而同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩卻下降不多,還可以通過強(qiáng)行勵(lì)磁來保證電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和同步發(fā)電機(jī)基本相同,轉(zhuǎn)子也分凸極和隱極。但大多數(shù)同步電動(dòng)機(jī)為凸極式。安裝形式也分臥式和立式。為了解決同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)問題,在其轉(zhuǎn)子上一般裝有起動(dòng)繞組。它還可以在運(yùn)行中抑制振蕩,故又稱阻尼繞組。除了上述傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)外,還有一種無滑動(dòng)接觸的爪極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。 以6極電機(jī)為例,在轉(zhuǎn)軸上相向地裝上兩組爪形磁極。一組在爪盤上沿軸向向右伸出3個(gè)極身;另一組反向安裝在右邊,使爪盤上沿軸向向左伸出3個(gè)極身。 兩組磁極的極性相反。磁極的外圓周表面裝配后,不再象一般凸極電機(jī)那樣呈圓瓦面,而是楔形瓦面,即一端的極弧較另一端長,整個(gè)轉(zhuǎn)子形狀如圖。勵(lì)磁繞組裝在兩側(cè)磁軛外緣。它產(chǎn)生的磁通經(jīng)過N、S極間的側(cè)向主氣隙gm、轉(zhuǎn)子和定子間的軸向氣隙g1和g2,再經(jīng)端蓋和機(jī)座而閉合,如圖中虛線所示。為防止磁通經(jīng)轉(zhuǎn)軸短路,轉(zhuǎn)軸應(yīng)采用非磁性鋼;或把轉(zhuǎn)軸分成3段,中間一段為非磁性鋼。這種結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)部分沒有繞組,也無集電環(huán)和電刷之間的滑動(dòng)接觸,故運(yùn)行可靠,絕緣結(jié)構(gòu)簡單,維修也方便。但它的主磁路長且有較多氣隙,使勵(lì)磁所需功率增大;電機(jī)外殼有強(qiáng)磁性,這會(huì)引起軸承發(fā)熱;而轉(zhuǎn)軸也必須采用隔磁措施。因此這種電機(jī)并未獲得普遍推廣,只在某些特殊場(chǎng)合下使用,一般容量不超過幾百千瓦。

同步電動(dòng)機(jī)僅在同步轉(zhuǎn)速下才能產(chǎn)生平均的轉(zhuǎn)矩。如在起動(dòng)時(shí)立即將定子接入電網(wǎng)而轉(zhuǎn)子加直流勵(lì)磁,則定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)立即以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),而轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)因轉(zhuǎn)子有慣性而暫時(shí)靜止不動(dòng),此時(shí)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩將正負(fù)交變而其平均值為零,故電動(dòng)機(jī)無法自行起動(dòng)。要起動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)須借助其他方法,主要有以下兩種方法。

1、異步起動(dòng)法:在電動(dòng)機(jī)主磁極極靴上裝設(shè)籠型起動(dòng)繞組。起動(dòng)時(shí),先使勵(lì)磁繞組通過電阻短接,而后將定子繞組接入電網(wǎng)。依靠起動(dòng)繞組的異步電磁轉(zhuǎn)矩使電動(dòng)機(jī)升速到接近同步轉(zhuǎn)速,再將勵(lì)磁電流通入勵(lì)磁繞組,建立主極磁場(chǎng),即可依靠同步電磁轉(zhuǎn)矩,將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子牽入同步轉(zhuǎn)速。

2、輔助電動(dòng)機(jī)起動(dòng)法:通常選用與同步電動(dòng)機(jī)同極數(shù)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(容量約為主機(jī)的10~15%)作為輔助電動(dòng)機(jī),拖動(dòng)主機(jī)到接近同步轉(zhuǎn)速,再將電源切換到主機(jī)定子,勵(lì)磁電流通入勵(lì)磁繞組,將主機(jī)牽入同步轉(zhuǎn)速。

同步電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上大致有兩種:

轉(zhuǎn)子用直流電進(jìn)行勵(lì)磁

它的轉(zhuǎn)子做成顯極式的,安裝在磁極鐵芯上面的磁場(chǎng)線圈是相互串聯(lián)的,接成具有交替相反的極性,并有兩根引線連接到裝在軸上的兩只滑環(huán)上面。磁場(chǎng)線圈是由一只小型直流發(fā)電機(jī)或蓄電池來激勵(lì),在大多數(shù)同步電動(dòng)機(jī)中,直流發(fā)電機(jī)是裝在電動(dòng)機(jī)軸上的,用以供應(yīng)轉(zhuǎn)子磁極線圈的勵(lì)磁電流。

由于這種同步電動(dòng)機(jī)不能自動(dòng)啟動(dòng),所以在轉(zhuǎn)子上還裝有鼠籠式繞組而作為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)之用。鼠籠繞組放在轉(zhuǎn)子的周圍,結(jié)構(gòu)與異步電動(dòng)機(jī)相似。

當(dāng)在定子繞組通上三相交流電源時(shí),電動(dòng)機(jī)內(nèi)就產(chǎn)生了一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),鼠籠繞組切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電流,從而使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)起來。電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)之后,其速度慢慢增高到稍低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速,此時(shí)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)線圈經(jīng)由直流電來激勵(lì),使轉(zhuǎn)子上面形成一定的磁極,這些磁極就企圖跟蹤定子上的旋轉(zhuǎn)磁極,這樣就增加電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的速率直至與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)為止。

轉(zhuǎn)子不需要?jiǎng)?lì)磁的同步電機(jī)

轉(zhuǎn)子不勵(lì)磁的同步電動(dòng)機(jī)能夠運(yùn)用于單相電源上,也能運(yùn)用于多相電源上。這種電動(dòng)機(jī)中,有一種的定子繞組與分相電動(dòng)機(jī)或多相電動(dòng)機(jī)的定子相似,同時(shí)有一個(gè)鼠籠轉(zhuǎn)子,而轉(zhuǎn)子的表面切成平面。所以是屬于顯極轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)子磁極是由一種磁化鋼做成的,而且能夠經(jīng)常保持磁性。鼠籠繞組是用來產(chǎn)生啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的,而當(dāng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)到一定的轉(zhuǎn)速時(shí),轉(zhuǎn)子顯極就跟住定子線圈的電流頻率而達(dá)到同步。顯極的極性是由定子感應(yīng)出來的,因此它的數(shù)目應(yīng)和定子上極數(shù)相等,當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)到它應(yīng)有的速度時(shí),鼠籠繞組就失去了作用,維持旋轉(zhuǎn)是靠著轉(zhuǎn)子與磁極跟住定子磁極,使之同步。