三相同步电动机的运行原理

将三相电能转换为机械能的三相同步电机称为**三相同步电动机**。

三相同步电动机是一种恒速电机，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 为电源频率，P 为电机中的磁极对数。

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**容纳三相电枢绕组，并接收来自三相交流电源的电力。**转子**是旋转部件，带有励磁绕组，该励磁绕组由外部直流电源供电。

同步电动机最重要的缺点是它不能自启动，因此必须使用辅助手段来启动它。

三相同步电动机的运行原理

考虑一个具有突极式转子的三相同步电动机，该转子有两个磁极，分别为$\mathit{N_{\mathrm{2}}}$和$\mathit{S_{\mathrm{2}}}$。因此，定子也将绕制两个磁极，分别为$\mathit{N_{\mathrm{1}}}$和$\mathit{S_{\mathrm{1}}}$。直流电压施加到转子绕组，平衡的三相交流电压施加到定子绕组。

定子绕组产生一个旋转磁场，该磁场以称为同步速度（$\mathit{N_{\mathit{s}}}$）的速度绕定子旋转。流过转子绕组的直流电流在转子中产生两个磁极，并且由于这些磁极产生的磁场在转子不旋转时是静止的。因此，在这种情况下，我们有一对旋转的电枢磁极$\left ( \mathit{N_{\mathrm{1}}}-\mathit{S_{\mathrm{1}}} \right )$和一对静止的转子磁极$\left ( \mathit{N_{\mathrm{2}}}-\mathit{S_{\mathrm{2}}} \right )。

现在，考虑定子磁极位于图 1 所示的 A 和 B 位置的某个时刻。很明显，磁极$\mathit{N_{\mathrm{1}}}$和$\mathit{N_{\mathrm{2}}}$互相排斥，磁极$\mathit{S_{\mathrm{1}}}$和$\mathit{S_{\mathrm{1}}}$也互相排斥。因此，转子倾向于沿逆时针方向旋转。在交流电源半个周期后，定子磁极的极性反转，但转子磁极的极性保持不变，如图 2 所示。在这种情况下，磁极$\mathit{S_{\mathrm{1}}}$和$\mathit{N_{\mathrm{2}}}$互相吸引，磁极$\mathit{N_{\mathrm{1}}}$和$\mathit{S_{\mathrm{2}}}$也互相吸引。因此，转子现在倾向于沿顺时针方向旋转。

由于定子磁极正在快速改变其极性，因此它们倾向于先在一个方向拉动转子，然后在交流电半个周期后在另一个方向拉动转子。由于转子上的双向转矩和转子的高惯性，同步电动机无法启动。因此，同步电动机没有自启动转矩。

使同步电动机自启动

同步电动机不能自行启动。为了使电机自启动，在转子上设置了一个鼠笼式绕组，称为**阻尼绕组**。阻尼绕组由嵌入转子突极磁极极靴上切口的槽中的铜条组成，如图 3 所示。

这些阻尼绕组用于使同步电动机自行启动，如下所述：

• 最初，三相电源馈送到定子绕组，而转子绕组保持断开。定子绕组的旋转磁场在阻尼绕组中感应电流，并且由于电磁力，转子开始运动。因此，同步电动机像感应电动机一样启动。

• 一旦电机达到接近同步速度的速度，转子绕组就会由直流电源励磁。现在，转子上产生的磁极面对定子磁极的相反极性，并且它们之间会产生强烈的磁吸引力。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，因此阻尼条不切割任何磁通，因此在其中没有感应电流。因此，转子的阻尼绕组实际上从电机的运行中移除。

• 这样，同步电动机就被设计成自启动的。必须注意，由于定子和转子磁极之间的磁互锁，同步电动机只能以同步速度运行。