三相同步电动机的工作原理

将三相电能转换为机械能的三相同步机称为三相同步电动机。

三相同步电动机是一种恒速机器，它以同步速度运行。三相同步电动机的同步速度由下式给出：

$$\mathrm{\mathit{N_{s}}\:=\:\frac{120\mathit{f}}{\mathit{p}}\cdot \cdot \cdot (1)}$$

其中，f为供电频率，P为电动机中的场极数。

与任何其他电动机一样，三相同步电动机也由两个主要部分组成，即定子和转子。 定子装有三相电枢绕组，并从三相交流电源接收电力。转子是一个旋转部件，带有由外部直流电源激励的励磁绕组。

同步电动机最重要的缺点是它不是自启动的，因此必须使用辅助装置来启动它。

三相同步电动机的工作原理

考虑一台三相同步电动机，它有一个凸极型转子，有两个极，即$\mathit{N_{\mathrm{2}}}$和$\mathit{S_{\mathrm{2}}}$。因此，定子也将绕制两个极，即$\mathit{N_{\mathrm{1}}}$和$\mathit{S_{\mathrm{1}}}$。直流电压施加于转子绕组，平衡的三相交流电压施加于定子绕组。

定子绕组产生旋转磁场，该磁场以称为同步速度 ($\mathit{N_{\mathit{s}}}$) 的速度围绕定子旋转。流过转子绕组的直流电流在转子中产生两个场极，只要转子不运转，这些极产生的磁场就是静止的。因此，在这种情况下，我们有一对旋转电枢极 $\left ( \mathit{N_{\mathrm{1}}}-\mathit{S_{\mathrm{1}}} ight )$ 和一对静止转子极 $\left ( \mathit{N_{\mathrm{2}}}-\mathit{S_{\mathrm{2}}} ight )$。

现在，考虑定子极位于图 1 所示的位置 A 和 B 的瞬间。很明显，极 $\mathit{N_{\mathrm{1}}}$ 和 $\mathit{N_{\mathrm{2}}}$ 相互排斥，极 $\mathit{S_{\mathrm{1}}}$ 和 $\mathit{S_{\mathrm{1}}}$ 也相互排斥。因此，转子倾向于逆时针旋转。经过交流电源的半周期后，定子极的极性会反转，但转子极的极性保持不变，如图 2 所示。在这种情况下，磁极 $\mathit{S_{\mathrm{1}}}$ 和 $\mathit{N_{\mathrm{2}}}$ 相互吸引，磁极 $\mathit{N_{\mathrm{1}}}$ 和 $\mathit{S_{\mathrm{2}}}$ 也相互吸引。因此，转子现在倾向于顺时针旋转。

由于定子磁极快速改变极性，它们倾向于先将转子拉向一个方向，然后在交流电半周期后拉向另一个方向。由于转子上的双向扭矩和转子的高惯性，同步电机无法启动。因此，同步电机没有自启动扭矩。

使同步电机自启动

同步电机无法自行启动。为了使电机自启动，转子上设置了一个鼠笼绕组，称为阻尼绕组。阻尼绕组由嵌入转子凸极极面槽中的铜条组成，如图 3 所示。

这些阻尼绕组用于自行启动同步电机，这将在下文中解释 −

• 最初，将三相电源馈送到定子绕组，同时转子绕组保持开路。定子绕组的旋转磁场在阻尼绕组中感应出电流，并且由于电磁力，转子开始移动。因此，同步电动机作为感应电动机启动。

• 一旦电动机达到几乎等于同步速度的速度，转子绕组就会从直流电源激励。现在，转子上产生的磁极面对相反极性的定子磁极，它们之间建立了强大的磁吸引力。因此，转子磁极与定子的旋转磁极锁定。因此，转子以与定子磁极相同的速度旋转，即同步速度。

• 由于转子现在以与定子磁场相同的速度旋转，阻尼条不会切割任何磁通，因此其中没有感应电流。因此，转子的阻尼绕组实际上已从电动机的运行中移除。

• 这样，同步电动机就可以自启动了。必须注意的是，由于定子和转子极之间的磁联锁，同步电动机只能以同步速度运行。