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同步電動機

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模擬時鐘中使用的微型同步電動機。 轉子由永磁體製成。

同步電動機是一種交流電動機轉子旋轉速度與所提供交流電角頻率相同。原理是在轉子勵磁繞組中通以直流電流後電機內產生轉子磁場,從而使電動機轉子旋轉。

同步電動機的轉子主要為電磁鐵永久磁鐵,使用永久磁鐵的稱為永磁同步電動機,若有電路提供轉子電源的,即屬於雙饋型電動機英語Doubly-fed electric machine。同步電動機的定子所產生的旋轉磁場吸引轉子磁場的異極,使轉子隨著定子磁場旋轉,在穩定狀態下,將以相同的速度旋轉。

同步電動機的特點是轉速固定,不受電源電壓的影響。只要電動機的負載低於其最大轉矩,轉速也不會受負載的影響。因此小型的同步機可以應用在電子時鐘工業用定時器,或是要求精確等速的系統如磁帶錄音機伺服機構。由於這種特性,同步電動機只能通過使用變頻器調整電動機的電源頻率來進行調速。

無載的同步機即是同步調相機(Synchronous Condenser),其電流相位超前於電壓,為一個電容性負載。因此,若一供電系統的負載為落後功率因數,可以使用無載的同步電動機來改進其功率因數,但此方法的運作成本十分高。現在,電力公司可使用靜止無功補償器(Static VAR Compensator)來提供無功功率

類型

電勵磁式

電勵磁同步電機不能自動啟動,所以在轉子上還裝有鼠籠式繞組而作為電動機啟動之用,結構與異步電動機相似。電動機旋轉之後,其速度慢慢增高到稍低於旋轉磁場的轉速,此時轉子磁場線圈經由直流電來激勵,使轉子上面形成一定的磁極,這些磁極就企圖跟蹤定子上的旋轉磁極,這樣就增加電動機轉子的速率直至與旋轉磁場同步旋轉為止。

永磁無刷

永磁同步馬達(permanent-magnet synchronous motor縮寫:PMSM)是指一種轉子永久磁鐵代替繞線的同步馬達

磁阻式

磁阻馬達(Reluctance motor)可以再細分為同步磁阻馬達Synchronous reluctance motors,縮寫:SynRM)和切換式磁阻馬達Switched Reluctance Motor,縮寫:SRM)。

轉速

同步電動機的同步轉速可由以下式子算出。
每分鐘轉速為:

或以角速度表達:

其中

  • 是交流電流的頻率(Hz)
  • 是磁極數量
  • 是每對磁極數量()

穩定性極限

電動機

其中

轉矩
是轉矩角
是最大轉矩

這裡

如果負載增加,轉矩角會增加。當轉矩角達到90度,轉矩達到最大值。如果負載再增加,電機將會失去同步狀態。[1][2]

發電機

如果是發電機,則變成

其中

是發電機與電網電壓的相差(若相差是零,即兩者電壓相同,沒有電流和功率輸出)

參考資料

  1. ^ Dubey, G K. Fundamentals of electrical drives. Narosa publishing chennai. : 254. 
  2. ^ Pillai, S K. A First Course On Electrical Drives second. New age international. : 25. 

參見