什麼叫同步電機？什麼叫非同步電機它們的工作原理

結構

n 同步電機和非同步電機的定子繞組是相同的，主要區別在於轉子的結構。同步電機的轉子上有直流勵磁繞組，所以需要外加勵磁電源，通過滑環引入電流；而非同步電機的轉子是短路的繞組，靠電磁感應產生電流。相比之下，同步電機較複雜，造價高。

l 用途

n 同步電機大多用在大型發電機的場合。而非同步電機則幾乎全用在電動機場合。同步電機可以通過勵磁靈活調節輸入側的電壓和電流相位，即功率因數；非同步電機的功率因數不可調，一般在0.75-0.85之間，因此在一些大的工廠，非同步電機應用較多時，可附加一台同步電機做調相機用，用來調節工廠與電網介面處的功率因數。但是，由於同步電機造價高，維護工作量大，現在一般都採用電容補償功率因數。

n 另外，一些早期採用晶閘管的變頻器，由於器件沒有自關斷能力，需要依靠負載換流，這時需要用到同步電機。

n 同步電機效率較非同步電機稍高，在2000KW以上的電動機選型時，一般要考慮是否選用同步電機。但是，同步機因為有勵磁繞組和滑環，需要操作工人有較高的水平來控制勵磁，另外，比起非同步電機的免維護來，維護工作量較大；所以，現在2500KW以下的電動機，現在大多選擇非同步電機。在功率較小時，效率的差別已經變得微不足道了。

l 在應用變頻器時

n 應用變頻器時，需要將電機和電網斷開，將變頻器接入。接入變頻器後，電網側的功率與電機無關，只與變頻器有關。因此，除非用戶原來已經有同步電機，否則應該選用非同步電機，因為變頻器和電機的造價都便宜。當然，如果選用早期的負載換流型變頻器，則電機必須選用同步電機，這是變頻器對電機的要求。

簡單的說：同步和非同步電機均屬交流動力電機,是靠50周交流電網供電而轉動.非同步電機是定子送入交流電,產生旋轉磁場,而轉子受感應而產生磁場,這樣兩磁場作用,使得轉子跟著定子的旋轉磁場而轉動.其中轉子比定子旋轉磁場慢,有個轉差,不同步所以稱為非同步機.而同步電機定子同非同步電機,其轉子是人為加入直流電形成不變磁場,這樣轉子就跟著定子旋轉磁場一起轉而同步,始稱同步電機.非同步電機簡單,成本低.易於安裝,使用和維護.所以受到廣泛使用.缺點效率低,功率因數低對電網不利.而同步電機效率高是容性負載,可改善電網功率因數.多用工礦大型沒備.

首先說明一點的是，非同步電機只用於電動機，極少用作發電機，都是同步電機用來發電。非同步電動機的原理主要是在定子中通入3相交流電，使其產生旋轉磁場，轉速為n0，即同步轉速。不同的磁極對數p，在相同頻率f=50Hz的交流電作用下，會產生不同的n0，n0=60f/p。工作原理如下：對稱3相繞組通入對稱3相電流，產生旋轉磁場，磁場線切割轉子繞組，根據電磁感應原理，轉子繞組中產生e和i，轉子繞組在磁場中受到電磁力的作用，即產生電磁轉矩，使轉子旋轉起來，轉子輸出機械能量，帶動機械負載旋轉起來。轉子轉速n<n0，所以稱為非同步電機。s=（n0-n）/n0，稱為轉差率，是非同步電（動）機的對重要的一個參數。sN為額定轉差率。下面再說說同步電機：同步電機作發電機運行時，轉子繞組工作時加直流勵磁，由外部機械力帶動轉子轉動，n0的方向與轉矩T方向相反，定子中感應電動勢（電磁感應原理），然後輸出電壓。同步電機作電動機運行時，轉子繞組工作時加直流勵磁，定子通3相交流電，產生旋轉磁場，帶動轉子同步轉動。補充說明：發電機的形式很多，但其工作原理都基於電磁感應定律和電磁力定律。因此，其構造的一般原則是：用適當的導磁和導電材料構成互相進行電磁感應的磁路和電路，以產生電磁功率，達到能量轉換的目的。發電機的分類可歸納如下：發電機 { 直流發電機交流發電機 { 同步發電機非同步發電機(很少採用)交流發電機還可分為單相發電機與三相發電機。同步電機和非同步電機區別：（這是網上3個網友給的解釋）1，同步與非同步的最大區別就在於看他門的轉子速度是不是與定子旋轉的磁場速度一致，如果轉子的旋轉速度與定子是一樣的，那就叫同步電動機，如果不一致，就叫非同步電動機。。。2，當極對數一定時，電機的轉速和頻率之間有嚴格的關係，用電機專業術語說，就是同步。非同步電機也叫感應電機，主要作為電動機使用，其工作時的轉子轉速總是小於同步電機。3，所謂「同步」就是電樞（定子）繞組流過電流後，將在氣隙中形成一旋轉磁場，而該磁場的旋轉方向及旋轉速度均與轉子轉向，轉速相同，故為同步。非同步電機的話，其旋轉磁場與轉子存在相對轉速，即產生轉距。至於為什麼非同步電動機和同步電動機會有這樣的區別，我來總結一下，最根本的原因其實就是定子有沒有加勵磁，不加勵磁為非同步，應為只有產生相對運動了，才會有切割磁感線的作用（或者說是磁通變化），才會產生電磁感應力（即安培力）。而加了勵磁，定子就可以看作一塊磁鐵，有固定的NS極，會隨著旋轉磁場同步轉動，所以稱同步電機。

http://wenwen.soso.com/z/q227645927.htm

圖2： 單相非同步電機原理圖

說明：單相非同步電機通過電容移相作用，將單相交流電分離出另一相相位差90度的交流電。將這兩相交流電分別送入兩組或四組電機線圈繞組，就在電機內形成旋轉的磁場，旋轉磁場在電機轉子內產生感應電流，感應電流產生的磁場與旋轉磁場方向相反，被旋轉磁場推拉進入旋轉狀態，由於轉子必須切割磁力線才能產生感應電流，因此轉子轉速必須低於旋轉磁轉速，故稱非同步電機。

2、異同

同步電機和非同步電機都可以歸為交流電機的範疇。 ●在電機設計上， 交流非同步電機的轉子一般為鼠籠型的，還有繞線型的，定子上繞組也有不同的繞制方法。而同步電機設計上定子轉子可能都是繞線的。 ●電機的工作上， 同步電機的轉子隨磁場變化同步旋轉，非同步電機的轉子不隨磁場變化同步旋轉。同步電機工作時，電機的轉子通入直流電，產生類似永磁體產生的磁場，而定子上通入三相交流電，此時定子隨磁場變化同步旋轉，轉速n＝60f/p，這裡f是電源頻率，p是電機的極對數。 非同步電機工作時候，只有定子通電（三相交流電），轉子由於受到感應電流產生磁場（原理同變壓器），由於是感應電流，所以，產生磁場旋轉時候要滯後定子磁場一個角度，在定子側看，是定子磁場拖動轉子旋轉。轉速要低於同步轉速，所以就稱之為非同步電機。 ●應用上，同步電機一般用於發電，也用於比較精確的控制；非同步電機一般造價低廉，用於要求不高的場合，也更加廣泛，例如電風扇。

【注】網上整理（百度知道、google圖片），有不對之處請指正，想要求真知者請親自考證，我這裡只是了解一下。

同步和非同步都是指電機的轉速與電源頻率的關係。同步是指電機的轉速與電源交流電的頻率同步，與電機的負荷無關。非同步是指電機的轉速與電源交流電的頻率不同步，與電機的負荷有關。他們的差別的原因是在於電機的結構。為了使電機轉子旋轉，電機的定子產生旋轉磁場，電機的轉子也必須有磁場，使轉子轉起來。如果電機的轉子的磁場是通過外界向轉子上的線圈供電而產生，轉子將跟隨定子的磁場轉動，轉速等於磁場旋轉的速度，也就是同步。如果電機的轉子的磁場不是通過外界向轉子上的線圈供電而產生，而是靠定子的旋轉磁場感應轉子的鼠籠狀導體，從而產生電流和磁場，使轉子轉動，這時為了能使旋轉磁場的磁力線切割轉子的鼠籠狀導體，從而產生電流，二者的轉速必須有一個差，也就是轉子的轉速不等於磁場的轉速，就是非同步。從結構上區分，同步電機的轉子有繞組，有電刷向轉子供電，而非同步電機的轉子無繞組，也無電刷。從應用上分，同步電機用於對轉速要求嚴格的場合，價格也很貴。而非同步電機普遍使用在一般場合，價格低廉。1.一、普通非同步電動機都是按恆頻恆壓設計的，不可能完全適應變頻調速的要求。以下為變頻器對電機的影響　　1、電動機的效率和溫升的問題　　不論那種形式的變頻器，在運行中均產生不同程度的諧波電壓和電流，使電動機在非正弦電壓、電流下運行。拒資料介紹，以目前普遍使用的正弦波PWM型變頻器為例，其低次諧波基本為零，剩下的比載波頻率大一倍左右的高次諧波分量為：2u+1（u為調製比）。　　高次諧波會引起電動機定子銅耗、轉子銅（鋁）耗、鐵耗及附加損耗的增加，最為顯著的是轉子銅（鋁）耗。因為非同步電動機是以接近於基波頻率所對應的同步轉速旋轉的，因此，高次諧波電壓以較大的轉差切割轉子導條後，便會產生很大的轉子損耗。除此之外，還需考慮因集膚效應所產生的附加銅耗。這些損耗都會使電動機額外發熱，效率降低，輸出功率減小，如將普通三相非同步電動機運行於變頻器輸出的非正弦電源條件下，其溫升一般要增加10%--20%。　　2、電動機絕緣強度問題　　目前中小型變頻器，不少是採用PWM的控制方式。他的載波頻率約為幾千到十幾千赫，這就使得電動機定子繞組要承受很高的電壓上升率，相當於對電動機施加陡度很大的衝擊電壓，使電動機的匝間絕緣承受較為嚴酷的考驗。另外，由PWM變頻器產生的矩形斬波衝擊電壓疊加在電動機運行電壓上，會對電動機對地絕緣構成威脅，對地絕緣在高壓的反覆衝擊下會加速老化。　　3、諧波電磁雜訊與震動　　普通非同步電動機採用變頻器供電時，會使由電磁、機械、通風等因素所引起的震動和雜訊變的更加複雜。變頻電源中含有的各次時間諧波與電動機電磁部分的固有空間諧波相互干涉，形成各種電磁激振力。當電磁力波的頻率和電動機機體的固有振動頻率一致或接近時，將產生共振現象，從而加大雜訊。由於電動機工作頻率範圍寬，轉速變化範圍大，各種電磁力波的頻率很難避開電動機的各構件的固有震動頻率。　　4、電動機對頻繁啟動、制動的適應能力　　由於採用變頻器供電後，電動機可以在很低的頻率和電壓下以無衝擊電流的方式啟動，並可利用變頻器所供的各種制動方式進行快速制動，為實現頻繁啟動和制動創造了條件，因而電動機的機械系統和電磁系統處於循環交變力的作用下，給機械結構和絕緣結構帶來疲勞和加速老化問題。　　5、低轉速時的冷卻問題　　首先，非同步電動機的阻抗不盡理想，當電源頻率較底時，電源中高次諧波所引起的損耗較大。其次，普通非同步電動機再轉速降低時，冷卻風量與轉速的三次方成比例減小，致使電動機的低速冷卻狀況變壞，溫升急劇增加，難以實現恆轉矩輸出。二、變頻電動機的特點　　1、電磁設計　　對普通非同步電動機來說，再設計時主要考慮的性能參數是過載能力、啟動性能、效率和功率因數。而變頻電動機，由於臨界轉差率反比於電源頻率，可以在臨界轉差率接近1時直接啟動，因此，過載能力和啟動性能不在需要過多考慮，而要解決的關鍵問題是如何改善電動機對非正弦波電源的適應能力。方式一般如下：　　1）儘可能的減小定子和轉子電阻。　　減小定子電阻即可降低基波銅耗，以彌補高次諧波引起的銅耗增　　2）為抑制電流中的高次諧波，需適當增加電動機的電感。但轉子槽漏抗較大其集膚效應也大，高次諧波銅耗也增大。因此，電動機漏抗的大小要兼顧到整個調速範圍內阻抗匹配的合理性。　　3）變頻電動機的主磁路一般設計成不飽和狀態，一是考慮高次諧波會加深磁路飽和，二是考慮在低頻時，為了提高輸出轉矩而適當提高變頻器的輸出電壓。　　2、結構設計　　再結構設計時，主要也是考慮非正弦電源特性對變頻電機的絕緣結構、振動、雜訊冷卻方式等方面的影響，一般注意以下問題：　　1）絕緣等級，一般為F級或更高，加強對地絕緣和線匝絕緣強度，特別要考慮絕緣耐衝擊電壓的能力。　　2）對電機的振動、雜訊問題，要充分考慮電動機構件及整體的剛性，儘力提高其固有頻率，以避開與各次力波產生共振現象。　　3）冷卻方式：一般採用強迫通風冷卻，即主電機散熱風扇採用獨立的電機驅動。　　4）防止軸電流措施，對容量超過160KW電動機應採用軸承絕緣措施。主要是易產生磁路不對稱，也會產生軸電流，當其他高頻分量所產生的電流結合一起作用時，軸電流將大為增加，從而導致軸承損壞，所以一般要採取絕緣措施。　　5）對恆功率變頻電動機，當轉速超過3000/min時，應採用耐高溫的特殊潤滑脂，以補償軸承的溫度升高。同步電動機：　　一、特點：　　1、功率因數超前，一般額定功率因數為0.9，有利於改善電網的功率因數，增加電網容量。　　2、運行穩定性高，當電網電壓突然下降到額定值的80%時，其勵磁系統一般能自動調節實行強行勵磁，保證電動機的運行穩定。　　3、過載能力比相應的非同步電動機大。　　4、運行效率高，尤其是低速非同步電動機。　　二、啟動方式　　1、非同步啟動法，，同步電動機多數在轉子上裝有類似與非同步電機籠式繞組的啟動繞組。再勵磁迴路串接約為勵磁繞組電阻值10倍的附加電阻來構成閉合電路，把同步電動機的定子直接接入電網，使之按非同步電動機啟動，當轉速達到亞同步轉速（95%）時，再切除附加電阻。　　2、變頻啟動，用變頻器啟動，不在贅述。　　三、應用　　作過油田節電的師傅都知道，油田的抽油機電機，由於要求的啟動轉矩大，工程師設計時一般將電機設計的很大，這就出現"大馬拉小車"現象，如：55KW的抽油機電機，再平衡塊基本調好後，其實際有功一般在十幾個KW，有時還小。我曾做過這樣的改造，將抽油機55KW非同步電動機改為22KW同步電機，後用變頻器控制，當然也可以根據排液量或別的信號進行自動控制。節電率可達40%。　　因此，非同步電動機，同步電動機，變頻電動機三者各有特點，主要看您所控制的工況環境，當然還要根據工程成本，能用非同步電機盡坑靡觳降綞2.同步電機就是靠勵磁電流運行的，如果沒有勵磁，電機就是非同步的。勵磁是加在轉子上的直流系統，它的旋轉速度和極性與定子是一致的，如果勵磁出現問題，電動機就會失步，調整不過來，觸發保護「勵磁故障」電動機跳閘說的白一點，勵磁電流就是同步電機轉子中流過的電流（有了這個電流，使轉子相當於一個電磁鐵，有N極和S極），在正常運行時，這個電流是由外部加在轉子上的直流電壓產生的。以前這個直流電壓是由直流電動機供給，現在大多是由可控硅整流後供給。我們通常把可控硅整流系統稱為勵磁裝置。非同步機就是電機的轉子轉動的速度與定子所產生的旋轉磁場的旋轉速度不一致，有一個差值（不同步）。我們叫轉差。這個轉差與定子所產生的旋轉磁場的轉速的比率叫轉差率。同步機與非同步機的區別在於：從供電方面說，非同步機只是在定子側加上電壓（也有轉子上加電壓的），而同步機要在定子和轉子上都加上電壓。也就是說非同步機是單邊勵磁，同步機是雙邊勵磁。從轉速方面說，非同步機的轉速只與負荷大小有關（當然有一定的範圍），而同步機的轉速只與電網的頻率有關。從結構上說，同步電機與非同步機轉子的構造也不一樣。非同步機的轉子是有夕鋼片和鋁條（或夕鋼片和線圈組成），而同步機一般由數塊磁鋼和線圈組成（也有隱極式的不太一樣）。當然還有許多差別，如工藝要求、設計問題等等，我也說不全，請共同探討。