同步电动机：起动方法及简介

1.同步电动机简介

同步电动机是由直流供电的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。同步电动机的转子转速与定子旋转磁场的转速相同，其转子每分钟转速n与磁极对数p、电源频率f之间满足如下关系：

n=60f/p电源频率f与电动机的转速n成一定的比例关系，故电源频率一定时，转速不变，且与负载无关。同步电动机具有运行稳定性高和过载能力大等特点，常用于恒速大功率拖动的场合，例如用来驱动大型空气压缩机、球磨机、鼓风机、水泵和轧钢机等。

同步电动机可以运行在过励状态下。其过载能力比相应的异步电动机大。异步电动机的转矩与定子电源电压二次方成正比，而同步电动机的转矩决定于定子电源电压和电动机励磁电流所产生的内电动势的乘积，即仅与定子电源电压的一次方成比例。当电网电压突然下降到额定值的80%左右时，异步电动机转矩往往下降为额定转矩的64%左右，并可能因带不动负载而停止运转；而同步电动机的转矩却下降不多，还可以通过强行励磁来保证电动机的稳定运行。

同步电动机定子绕组与异步电动机相同，但是转子结构不同于异步电动机，同步电动机的转子上除了装有起动绕组外，还在磁极上绕有线圈，各个磁极的线圈串联起来构成励磁绕组，励磁绕组的两端接线通过转子轴上的集电环与电刷和直流励磁电源连接。也有无刷同步电动机结构与此略有差异。同步电动机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。

当在定子绕组通上三相交流电源时，电动机内就产生一个旋转磁场，转子上的起动绕组切割磁力线而产生感应电流，从而电动机旋转起来。在转子旋转的速度达到定子绕组产生的旋转磁场速度的95%左右时，给转子励磁线圈通入直流励磁电流，这时转子绕组产生极性恒定的静止磁场，转子磁场受定子磁场作用而随定子旋转磁场同步旋转。

定子旋转磁场或转子的旋转方向决定于通入定子绕组的三相电流相序，改变其相序即可改变同步电动机的旋转方向。

同步电动机仅在同步转速下才能产生平均的转矩。如在起动时将定子绕组接入电网，且转子绕组同时加入直流励磁，则定子旋转磁场立即以同步转速旋转，而转子磁场因转子有惯性而暂时静止不动，此时所产生的电磁转矩将正、负交变而其平均值为零，故同步电动机不能带励起动。同步电动机的起动通常采用异步起动法，或变频起动法等。

同步电动机不带任何机械负荷空载运行时，调节电动机的励磁电流可使电动机向电网发出容性或感性的无功功率，用以维持电网电压的稳定和改善电力系统功率因数。运行在上述状态的同步电动机称为同步调相机，而维持电动机空转和补偿各种损耗的功率则须由电力系统提供。

2.同步电动机常用起动方法(www.xing528.com)

（1）异步起动法：同步电动机在转子磁极上装有起动绕组，当同步电动机定子绕组通入电源时，由于起动绕组的作用，转子产生转矩，电动机旋转起来（与异步电动机类似）。当同步电动机加速到亚同步转速，在转子的励磁绕组中通入励磁电流，依靠同步电动机定、转子磁场的吸引力而产生电磁转矩，把转子牵入同步。

同步电动机投入励磁前的异步起动期间，励磁绕组不能开路，否则励磁绕组会感应出很高的电动势，破坏励磁绕组的绝缘，也不能短路，短路后，在励磁绕组中产生较大的电流。励磁绕组在起动时应串接一定阻值（通常为转子绕组电阻值的5～10倍）的电阻后可靠闭合，而转子的转速接近定子磁场旋转速度的95%时，将所串联的电阻去除，通上直流励磁电流，完成起动。

同步电动机在异步起动时，可以在额定电压下起动，即全压起动；也可以减压（例如采用串联电抗器等方法）起动。对于起动次数少或容量不大的同步电动机，可以利用全压起动，如图5-13所示。但全压起动电流较大，一般为额定电流的6～7倍或更大，对电网和同步电动机的冲击都很大，因此对于电动机容量较大或电网容量相对较小的场合，可采用减压起动。图5-14所示为同步电动机减压起动电路的示意图。同步电动机减压起动时，隔离开关QS和断路器QF1先期合闸，电动机经电抗器L减压起动，适当延时后断路器QF2合闸，将电抗器L短路，电动机进入全压运行状态。

图5-13 同步电动机直接起动示意图

图5-14 同步电动机减压起动电路示意图

同步电动机全压起动和减压起动的基本工作原理与本章前几节介绍的异步电动机起动方式类似，详细分析可参考这部分内容。

（2）变频起动法：变频起动法近几年也得到广泛的应用，起动时，先在转子绕组中通入直流励磁电流，利用变频器逐步升高加在定子上的电源频率f，使转子磁极在开始起动时就与旋转磁场建立起稳定的磁场吸引力而同步旋转，在起动过程中频率与转速同步增加，定子频率达到额定值后，转子的旋转速度也达到额定的转速，起动完成。