三相同步電動機的執行原理

將三相電能轉換為機械能的三相同步電機稱為**三相同步電動機**。

三相同步電動機是一種恆速電機，它以同步速度執行。三相同步電動機的同步速度由下式給出：

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

其中，f 為電源頻率，P 為電機中的磁極對數。

與任何其他電動機一樣，三相同步電動機也由兩個主要部分組成，即定子和轉子。**定子**容納三相電樞繞組，並接收來自三相交流電源的電力。**轉子**是旋轉部件，帶有勵磁繞組，該勵磁繞組由外部直流電源供電。

同步電動機最重要的缺點是它不能自啟動，因此必須使用輔助手段來啟動它。

三相同步電動機的執行原理

考慮一個具有突極式轉子的三相同步電動機，該轉子有兩個磁極，分別為$\mathit{N_{\mathrm{2}}}$和$\mathit{S_{\mathrm{2}}}$。因此，定子也將繞制兩個磁極，分別為$\mathit{N_{\mathrm{1}}}$和$\mathit{S_{\mathrm{1}}}$。直流電壓施加到轉子繞組，平衡的三相交流電壓施加到定子繞組。

定子繞組產生一個旋轉磁場，該磁場以稱為同步速度（$\mathit{N_{\mathit{s}}}$）的速度繞定子旋轉。流過轉子繞組的直流電流在轉子中產生兩個磁極，並且由於這些磁極產生的磁場在轉子不旋轉時是靜止的。因此，在這種情況下，我們有一對旋轉的電樞磁極$\left ( \mathit{N_{\mathrm{1}}}-\mathit{S_{\mathrm{1}}} \right )$和一對靜止的轉子磁極$\left ( \mathit{N_{\mathrm{2}}}-\mathit{S_{\mathrm{2}}} \right )。

現在，考慮定子磁極位於圖 1 所示的 A 和 B 位置的某個時刻。很明顯，磁極$\mathit{N_{\mathrm{1}}}$和$\mathit{N_{\mathrm{2}}}$互相排斥，磁極$\mathit{S_{\mathrm{1}}}$和$\mathit{S_{\mathrm{1}}}$也互相排斥。因此，轉子傾向於沿逆時針方向旋轉。在交流電源半個週期後，定子磁極的極性反轉，但轉子磁極的極性保持不變，如圖 2 所示。在這種情況下，磁極$\mathit{S_{\mathrm{1}}}$和$\mathit{N_{\mathrm{2}}}$互相吸引，磁極$\mathit{N_{\mathrm{1}}}$和$\mathit{S_{\mathrm{2}}}$也互相吸引。因此，轉子現在傾向於沿順時針方向旋轉。

由於定子磁極正在快速改變其極性，因此它們傾向於先在一個方向拉動轉子，然後在交流電半個週期後在另一個方向拉動轉子。由於轉子上的雙向轉矩和轉子的高慣性，同步電動機無法啟動。因此，同步電動機沒有自啟動轉矩。

使同步電動機自啟動

同步電動機不能自行啟動。為了使電機自啟動，在轉子上設定了一個鼠籠式繞組，稱為**阻尼繞組**。阻尼繞組由嵌入轉子突極磁極極靴上切口的槽中的銅條組成，如圖 3 所示。

這些阻尼繞組用於使同步電動機自行啟動，如下所述：

• 最初，三相電源饋送到定子繞組，而轉子繞組保持斷開。定子繞組的旋轉磁場在阻尼繞組中感應電流，並且由於電磁力，轉子開始運動。因此，同步電動機像感應電動機一樣啟動。

• 一旦電機達到接近同步速度的速度，轉子繞組就會由直流電源勵磁。現在，轉子上產生的磁極面對定子磁極的相反極性，並且它們之間會產生強烈的磁吸引力。因此，轉子磁極與定子的旋轉磁極鎖定。因此，轉子以與定子磁極相同的速度旋轉，即同步速度。

• 由於轉子現在以與定子磁場相同的速度旋轉，因此阻尼條不切割任何磁通，因此在其中沒有感應電流。因此，轉子的阻尼繞組實際上從電機的執行中移除。

• 這樣，同步電動機就被設計成自啟動的。必須注意，由於定子和轉子磁極之間的磁互鎖，同步電動機只能以同步速度執行。