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同步电动机

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模拟时钟中使用的微型同步电动机。 转子由永磁体制成。

同步电动机是一种交流电动机转子旋转速度与所提供交流电角频率相同。原理是在转子励磁绕组中通以直流电流后电机内产生转子磁场,从而使电动机转子旋转。

同步电动机的转子主要为电磁铁永久磁铁,使用永久磁铁的称为永磁同步电动机,若有电路提供转子电源的,即属于双馈型电动机英语Doubly-fed electric machine。同步电动机的定子所产生的旋转磁场吸引转子磁场的异极,使转子随著定子磁场旋转,在稳定状态下,将以相同的速度旋转。

同步电动机的特点是转速固定,不受电源电压的影响。只要电动机的负载低于其最大转矩,转速也不会受负载的影响。因此小型的同步机可以应用在电子时钟工业用定时器,或是要求精确等速的系统如磁带录音机伺服机构。由于这种特性,同步电动机只能通过使用变频器调整电动机的电源频率来进行调速。

无载的同步机即是同步调相机(Synchronous Condenser),其电流相位超前于电压,为一个电容性负载。因此,若一供电系统的负载为落后功率因数,可以使用无载的同步电动机来改进其功率因数,但此方法的运作成本十分高。现在,电力公司可使用静止无功补偿器(Static VAR Compensator)来提供无功功率

类型

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电励磁式

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电励磁同步电机不能自动启动,所以在转子上还装有鼠笼式绕组而作为电动机启动之用,结构与异步电动机相似。电动机旋转之后,其速度慢慢增高到稍低于旋转磁场的转速,此时转子磁场线圈经由直流电来激励,使转子上面形成一定的磁极,这些磁极就企图跟踪定子上的旋转磁极,这样就增加电动机转子的速率直至与旋转磁场同步旋转为止。

永磁无刷

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永磁同步马达(permanent-magnet synchronous motor缩写:PMSM)是指一种转子永久磁铁代替绕线的同步马达

磁阻式

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磁阻马达(Reluctance motor)可以再细分为同步磁阻马达Synchronous reluctance motors,缩写:SynRM)和切换式磁阻马达Switched Reluctance Motor,缩写:SRM)。

转速

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同步电动机的同步转速可由以下式子算出。
每分钟转速为:

或以角速度表达:

其中

  • 是交流电流的频率(Hz)
  • 是磁极数量
  • 是每对磁极数量()

稳定性极限

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电动机

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其中

转矩
是转矩角
是最大转矩

这里

如果负载增加,转矩角会增加。当转矩角达到90度,转矩达到最大值。如果负载再增加,电机将会失去同步状态。[1][2]

发电机

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如果是发电机,则变成

其中

是发电机与电网电压的相差(若相差是零,即两者电压相同,没有电流和功率输出)

参考资料

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  1. ^ Dubey, G K. Fundamentals of electrical drives. Narosa publishing chennai. : 254. 
  2. ^ Pillai, S K. A First Course On Electrical Drives second. New age international. : 25. 

参见

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