同步电机是如何达到同步的？工作原理是什么？

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同步电机广泛应用于工业领域，今天结合图文给大家讲述一下同步电机工作原理（附视频）。

一、电机分类

电机种类比较多，在讲述同步电机之前，先讲讲电机分类：

（图片来源网络）

二、同步电机简介

同步电动机是励磁磁场与电枢的旋转磁场相互作用而产生转矩，以同步转速旋转的交流电动机。

它的转子旋转速度与定子绕组所产生的旋转磁场的速度是一样的，所以称为同步电动机。

同步电机和异步电机都是一种常用的交流电机，定子绕组相同。与异步电动机不同的是异步电动机的速度取决于作用在其上的转矩，同步电动机具有恒速转矩特性。

同步电机是高效率、高精度的电机，具有比同类电机更高的效率(机电功率转换比)，它的效率在90 - 92%之间。

三、工作原理

同步电动的工作原理是：RMF（Rotating Magnetic Field）旋转磁场相互作用。

恒速特性是通过恒定磁场和旋转磁场的相互作用实现的。同步电动机转子产生恒定磁场，定子产生旋转磁场。

1.定子：旋转磁场

定子的励磁线圈由三相交流电源激励。这将产生一个以同步速度旋转的旋转磁场(RMF)。

2.转子：恒定磁场

转子由直流电源励磁，转子线圈周围由直流励磁产生的磁场如下图所示。

3.同步转速

转子的转速和电网频率之间有不变的关系：n=60f/p。

其中f为电网频率，p为电机的极对数，n称为同步转速。若电网的频率不变，则稳态时同步电机的转速恒为常数而与负载的大小无关。

4.为什么同步电机不能自动启动?

如果转子没有初始转动，转子的北极显然会被RMF的南极所吸引，并开始向同一方向移动。但是由于转子有一定的惯性，这个起动速度会很低。到这个时候，RMF的南极将被北极取代。

5.同步电机自启动：采用阻尼绕组

为了使同步电机自动启动，通过巧妙地安装了一个松鼠笼。它们也被称为阻尼绕组。

在启动转子磁场线圈不通电，所以有了旋转磁场，电在鼠笼中被感应，转子开始转动，就像感应电动机开始转动一样。当转子达到最大转速时，转子励磁线圈通电。

因此，如前所述，转子的磁极与RMF的磁极相锁，并开始以同步速度旋转。当转子以同步速度旋转时，鼠笼与RMF之间的相对运动为零。

6.同步电机不同步

同步电机只有在负载在电机能力范围内时，才会不考虑负载而产生恒速。如果外部转矩负荷大于电机产生的转矩，则会失去同步而停止。

同时，电源电压和励磁电压过低是造成失同步的另一个原因。

7.同步电机原理视频

四、其它

1.同步电机与异步电机设计上的区别

同步电机和异步电机最大的区别在于它们的转子速度与定子旋转磁场是否一致，电机的转子速度与定子旋转磁场相同，叫同步电机，反之，则叫异步电机。

另外，同步电机与异步电机的定子绕组是相同的，区别在于电机的转子结构。异步电机的转子是短路的绕组，靠电磁感应产生电流。而同步电机的转子结构相对复杂，有直流励磁绕组，因此需要外加励磁电源，通过滑环引入电流；因此同步电机的结构相对比较复杂，造价、维修费用也相对较高。

2.参考网址

https://www.learnengineering.org/working-of-synchronous-motor.html

https://baike.baidu.com/item/同步电动机/3468433?fr=aladdin

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