什么是同步电机的同步?失去步伐的后果是什么?
对异步电动机而言,转差是电动机运转的必要条件,即转子转速始终小于旋转磁场的转速。对于同步电机,定子和转子磁场始终保持相同的步骤,即电机的旋转速度与磁场速度一致。当两者呈现不同的步骤时,就是失步。
同步电机的定子结构与异步机在结构上没有区别。当进入三相电流时,会发生同步旋转磁场;电机转子部分还有一个磁场,分布在DC励磁的正弦上,也可以通过永磁体发生。
当电机正常运行时,转子磁场的旋转速度与定子磁场的旋转速度相同,即定子和转子磁场在空间方向上相对固定,这是同步电机的同步本质。一旦两者不一致,就认为电机失步了。
以转子的旋转方向为参考,当转子磁场超前于定子磁场时,可以理解为转子磁场是Z导向的,即在动力效应下,同步电机是发电机的状态;相反,它仍然基于电机转子的旋转方向。当转子磁场滞后于定子磁场时,我们可以理解为定子磁场拉动转子运动,电机处于电机状态。在电机运行过程中,当增加转子拖动的负载时,会增加转子磁场相对于定子磁场的落后程度。两者之间的前后联系通过周角表示,也称为功率角。功率角的大小可以显示电机的功率,即当额定电压和额定电流相同时,功率越大,相应的功率角越大。
无论是电机状态还是发电机状态,当电机空载时,理论上角度为零,即两个磁场完全重叠,但实际情况是,由于电机的一些损耗,它们之间仍然有一个角落,只是很小。
如果转子与定子磁场不同步,电动机的功角就会发生变化。当转子落后于定子磁场时,定子磁场对转子产生驱动力;当转子磁场提前到定子磁场时,定子磁场对转子产生阻力,因此平均扭矩为零。由于转子没有获得扭矩和功率,所以逐渐停止。
同步电动机运转时,定子磁场拖动转子磁场旋转。两个磁场之间存在着一个固定力矩,两者的转速要相等。一旦两者的速度不相等,则同步力矩就不存在了,电机就会渐渐停下来。这种转子速度与定子磁场不同步,而形成同步力矩消失,转子渐渐停下来的现象,称为“失步现象”。发生失步现象时,定子电流敏捷上升,是很不利的,应尽快堵截电源,避免损坏电机。