交流电动机工作原理之同步电动机

上文我们说了异步电动机的原理，定子三相绕组通入大小方向不断变化的交流电，产生了旋转磁场，旋转磁场的转速n（也可以称为同步转速）用公式表达为n=60f/p。f为电源频率，p为磁极对数，也就是说定子绕组产生了多少对N、S极。级数是N、S极总数，级数/2=极对数。

异步电动机的转子是在旋转磁场作用下转动起来的，所以转子转速n’总是小于旋转磁场的转速n（同步转速）两者的差值n-n’称为转差，转差与同步转速的比称为转差率s=（n-n’）/n，转子转速为

n’=（1-s）60f/p

在同步电动机中，转子转速与同步转速是相同的，也就是说n=n’=60f/p，这也是同步电动机与异步电动机的区别之一。同步电动机是由转子绕组产生的恒定磁场和定子绕组产生的旋转磁场相互作用实现的，定子绕组由三相交流电提供电流，产生了以同步速度旋转的旋转磁场，同感应电动机。转子绕组的磁场则是由直流电提供的，电生磁，直流电感应出的磁场相当于一个永磁体。当然，转子的绕组也可以用一个真正的永磁体代替。

如果给转子一个与旋转磁场相同方向的初始速度，定子旋转磁场与转子磁场磁性相反的极会互相吸引，吸引之后会自动锁定，锁定以后，转子磁场就会和定子旋转磁场以相同的速度旋转。

转子初始转速

转子磁场与定子旋转磁场N、S极相互吸引

如果没有给转子一个初始转速，定子旋转磁场的N（S）极也会吸引转子磁场的的S（N）极，转子也会随着同步转速方向转动。但由于转子之前为静止状态，在惯性作用下，启动转速会相当慢。但定子旋转磁场旋转速度是比较快的，N、S极交替很快，原来的N（S）极会被S（N）极所替代，就会与转子磁场为同极，会起排斥作用，使转子有向同步转速反方向旋转的趋势，结果就是转子无法转动。所以说同步电动机是无法自启动的。

同极互相排斥，抑制转子转动

为了使同步电动机能够顺利启动，在转子绕组外侧安装了鼠笼导条，鼠笼导条相当于启动线圈。

外侧的鼠笼导条

在启动的时候，转子绕组先不通电，先对定子绕组进行通电，使其产生旋转磁场，转子鼠笼导条感应出电流，电流在旋转磁场的作用下产生电磁力，电磁力带动转子转动，到此原理同感应电动机。当转子达到最大转速时，开始向转子绕组通直流电，之前的电磁力给了转子一个足够快的启动转速，开始通直流电后转子磁场与定子磁场就会成功实现自锁。转子就会以同步转速旋转，此时鼠笼导条与旋转磁场没有相对速度，鼠笼导条内就无感应电流，电磁力也为0。以上便是同步电动机原理。