【導(dǎo)讀】交流電機(jī)是用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和交流電能相互轉(zhuǎn)換的機(jī)械，一般分為同步電機(jī)和異步電機(jī)兩大類。但是為什么會(huì)分同步和異步，同步電機(jī)和異步電機(jī)有什么區(qū)別，該在什么情況下用同步電機(jī)，什么情況下又該用異步電機(jī)呢？本次半月談將一一為您分解。
同步電機(jī)與異步電機(jī)的區(qū)別
1、同步與異步的最大區(qū)別就在于它們的轉(zhuǎn)子速度是不是與定子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)速度一致，如果轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度與定子是一樣的，那就叫同步電動(dòng)機(jī)，如果不一致，就叫異步電動(dòng)機(jī)。
2、當(dāng)極對(duì)數(shù)一定時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速和頻率之間有嚴(yán)格的關(guān)系，用電機(jī)專業(yè)術(shù)語(yǔ)說(shuō)，就是同步。異步電機(jī)也叫感應(yīng)電機(jī)，主要作為電動(dòng)機(jī)使用，其工作時(shí)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是小于同步電機(jī)。
3、所謂“同步”就是電樞（定子）繞組流過(guò)電流后，將在氣隙中形成一旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，而該磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向及旋轉(zhuǎn)速度均與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)速相同，故為同步。異步電機(jī)的話，其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子存在相對(duì)轉(zhuǎn)速，即產(chǎn)生轉(zhuǎn)距。
為什么會(huì)同步，為什么會(huì)不同步？
同步電機(jī)和異步電機(jī)的定子繞組是相同的，主要區(qū)別在于轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)。同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子上有直流勵(lì)磁繞組，所以需要外加勵(lì)磁電源，通過(guò)滑環(huán)引入電流；而異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子是短路的繞組，靠電磁感應(yīng)產(chǎn)生電流。相比之下，同步電機(jī)較復(fù)雜，造價(jià)高。
同步和異步電機(jī)均屬交流動(dòng)力電機(jī)，是靠50Hz交流電網(wǎng)供電而轉(zhuǎn)動(dòng)。異步電機(jī)是定子送入交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，而轉(zhuǎn)子受感應(yīng)而產(chǎn)生磁場(chǎng)，這樣兩磁場(chǎng)作用，使得轉(zhuǎn)子跟著定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。其中轉(zhuǎn)子比定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)慢，有個(gè)轉(zhuǎn)差，不同步所以稱為異步機(jī)。而同步電機(jī)定子與異步電機(jī)相同，但其轉(zhuǎn)子是人為加入直流電形成不變磁場(chǎng)，這樣轉(zhuǎn)子就跟著定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)一起轉(zhuǎn)而同步，始稱同步電機(jī)。
簡(jiǎn)單的說(shuō)就是：異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子上沒(méi)加直流勵(lì)磁電流，同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子上加了一個(gè)直流勵(lì)磁電流使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與定子與轉(zhuǎn)子切割產(chǎn)生的磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速一致。
同步電機(jī)轉(zhuǎn)子為什么要通入直流勵(lì)磁電流，而不通入交流勵(lì)磁電流？
按工頻50HZ考慮，轉(zhuǎn)子通入直流勵(lì)磁電流，可在定子繞組中感應(yīng)出50HZ電勢(shì)。
轉(zhuǎn)子通入交流勵(lì)磁電流后，可分解為正向與反向兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度迭加，在定子繞組中感應(yīng)出100HZ電勢(shì)；反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度抵消，與定子繞組相對(duì)靜止，不產(chǎn)生電勢(shì)，但定子磁通中出現(xiàn)直流分量，可能飽和。
同步電機(jī)與異步電機(jī)的選用原則
同步電機(jī)大多數(shù)用在大型發(fā)電機(jī)的場(chǎng)合，而異步電機(jī)則幾乎全用在電動(dòng)機(jī)場(chǎng)合。同步電機(jī)可以通過(guò)勵(lì)磁靈活調(diào)節(jié)輸入側(cè)的電壓和電流相位，即功率因數(shù)；異步電機(jī)的功率因數(shù)不可調(diào)，一般在0.75—0.85之間，因此在一些大的工廠，異步電機(jī)應(yīng)用比較多，可附加一臺(tái)同步電機(jī)做調(diào)相機(jī)用，用來(lái)調(diào)節(jié)工廠與電網(wǎng)接口處的功率因數(shù)。但是，由于同步電機(jī)造價(jià)高，維護(hù)工作量大，現(xiàn)在一般都采用電容補(bǔ)償功率因數(shù)。
另外，一些早期采用晶閘管的變頻器，由于器件沒(méi)有自關(guān)斷能力，需要依靠負(fù)載換流，這時(shí)需要用到同步電機(jī)。
同步電機(jī)效率較異步電機(jī)較高，在2000KW以上的電動(dòng)機(jī)選型時(shí)，一般要考慮是否選用同步電機(jī)。但是，同步機(jī)因?yàn)橛袆?lì)磁繞組和滑環(huán)，需要操作工人有較高的水平來(lái)控制勵(lì)磁，另外，比起異步電機(jī)的免維護(hù)來(lái)，維護(hù)工作量較大，所以，現(xiàn)在2500KW以下的電動(dòng)機(jī)，現(xiàn)在大多選擇異步電機(jī)。在功率較小時(shí)，效率的差別已經(jīng)變得微不足道了。
應(yīng)用變頻器時(shí)，需要將電機(jī)和電網(wǎng)斷開(kāi)，將變頻器接入。接入變頻器后，電網(wǎng)側(cè)的功率與電機(jī)無(wú)關(guān)，只與變頻器有關(guān)。因此，除非用戶原來(lái)已經(jīng)有同步電機(jī)，否則應(yīng)該選用異步電機(jī)，因?yàn)樽冾l器和電機(jī)的造價(jià)都便宜。當(dāng)然，如果選用早期的負(fù)載換流型變頻器，則電機(jī)必須選用同步電機(jī)，這是變頻器對(duì)電機(jī)的要求。
交流電機(jī)的低電壓保護(hù)
交流電機(jī)裝設(shè)低電壓保護(hù)是為了限制自啟動(dòng)，而不是保護(hù)電機(jī)本身。當(dāng)系統(tǒng)電壓降到一定程度，電動(dòng)機(jī)將疲倒、堵轉(zhuǎn)，這個(gè)數(shù)值可稱為臨界電壓，與電動(dòng)機(jī)類型和負(fù)荷大小有關(guān)。
根據(jù)上海電器科學(xué)研究所資料，臨界電壓與額定電壓的比值如下：在額定負(fù)荷下，籠型電動(dòng)機(jī)為0. 67;繞線型電動(dòng)機(jī)為0.71;同步電動(dòng)機(jī)為0.5。在額定負(fù)荷的80%以下，同步電動(dòng)機(jī)為0.4；在額定負(fù)荷的50%以下，異步電動(dòng)機(jī)為0.4左右。
低電壓保護(hù)的動(dòng)作電壓均接近臨界電壓（欠壓保護(hù)）或低于甚至大大低于臨界電壓（失壓保護(hù)一低壓電動(dòng)機(jī)應(yīng)用甚廣）。由此可見(jiàn)，在系統(tǒng)電壓降到低電壓保護(hù)的動(dòng)作電壓之前，電動(dòng)機(jī)早已因電流增加而過(guò)負(fù)荷。
低電壓保護(hù)可歸納為兩類：①為保證人身和設(shè)備安全，防止電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)（包括短延時(shí)和長(zhǎng)延時(shí)）；②為保證重要電動(dòng)機(jī)能自啟動(dòng)．切除足夠數(shù)量的次要電動(dòng)機(jī)（瞬時(shí)）。
【措施】
l)按工藝或安全條件不允許自啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)或?yàn)楸ＷC重要電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)而需要切除的次要電動(dòng)機(jī)，應(yīng)裝設(shè)低電壓保護(hù)。
2)對(duì)于不裝設(shè)低電壓保護(hù)或裝設(shè)延時(shí)低電壓保護(hù)的重要電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電源電壓中斷后在規(guī)定的時(shí)限內(nèi)恢復(fù)時(shí)，其接觸器應(yīng)維持吸合狀態(tài)或能重新吸合。
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交流電動(dòng)機(jī)的過(guò)負(fù)荷保護(hù)裝設(shè)規(guī)定
過(guò)負(fù)荷是導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)損壞的主要原因。過(guò)負(fù)荷引起的溫度過(guò)高，除危及絕緣外，還使定子和轉(zhuǎn)子電阻增加，導(dǎo)致?lián)p耗和轉(zhuǎn)矩改變，由于定子和轉(zhuǎn)子發(fā)熱不同而使氣隙減少，導(dǎo)致運(yùn)行可靠性降低甚至“掃堂”。在進(jìn)行的調(diào)查中，收集到國(guó)內(nèi)許多因過(guò)負(fù)荷保護(hù)不善而燒壞電動(dòng)機(jī)的實(shí)例。這類情況國(guó)外亦有，以致美國(guó)《電氣建設(shè)與維護(hù)》雜志稱，大約電動(dòng)機(jī)故障的95%是由過(guò)負(fù)荷產(chǎn)生的過(guò)熱所致。當(dāng)然，以上所稱“過(guò)負(fù)荷”是廣義的，即包括機(jī)械過(guò)負(fù)荷、斷相運(yùn)行、電壓過(guò)低、頻率升高、散熱不良、環(huán)境溫度過(guò)高等各種因素。但無(wú)論如何，過(guò)負(fù)荷保護(hù)的必要性是肯定的。因此，不宜機(jī)械過(guò)負(fù)荷的連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)盡可能設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)。
目前常用的過(guò)負(fù)荷保護(hù)器件用于短時(shí)工作或斷續(xù)周期工作的電動(dòng)機(jī)時(shí)，整定困難，效果不好：故規(guī)定上述電動(dòng)機(jī)可不裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)，是為了照顧現(xiàn)實(shí)情況。如有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)或采用其他適用的保護(hù)時(shí)，仍宜裝設(shè)。此外，某些場(chǎng)合下斷電的后果比過(guò)負(fù)荷運(yùn)行更嚴(yán)重，如沒(méi)有備用機(jī)組的消防水泵，應(yīng)在過(guò)負(fù)荷情況下堅(jiān)持工作。
【措施】
交流電機(jī)的過(guò)負(fù)荷保護(hù)裝設(shè)應(yīng)符合下列規(guī)定：
1）運(yùn)行中容易過(guò)負(fù)荷的電動(dòng)機(jī)、啟動(dòng)或自啟動(dòng)條件困難而要求限制啟動(dòng)時(shí)間的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)。額定功率大于3kW的連續(xù)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)宜裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)，但斷電導(dǎo)致?lián)p失比過(guò)負(fù)荷更大時(shí)，不應(yīng)裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)，或使過(guò)負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)。
2)短時(shí)工作或斷續(xù)周期工作的電動(dòng)機(jī)，可不裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中可能堵轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)裝設(shè)保護(hù)電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)的過(guò)負(fù)荷保護(hù)。
各種交流電機(jī)調(diào)速方式比較表
