申論題

三相同步電動機的運行原理

1. 同步速度：同步電動機的轉子以與定子磁場相同的速度旋轉，這個速度稱為同步速度。同步速度 NsN_sNs​ 由以下公式決定： Ns=(120⋅f)/p_其中：

   • Ns是同步速度（每分鐘轉數，rpm）
   • f 是電源頻率（Hz）
   • P 是電動機的極數

2. 轉子磁場：同步電動機的轉子通常具有直流激磁繞組，當轉子轉動時，轉子上的直流電流會產生穩定的磁場。

3. 同步運行：當電動機達到同步速度時，轉子磁場和定子旋轉磁場同步運行，這樣轉子在定子磁場的作用下能夠保持穩定的轉矩輸出。

啟動特性與問題

1. 同步速度的需求：為了實現同步運行，轉子必須以與定子磁場相同的同步速度旋轉。然而，在啟動時，轉子處於靜止狀態（速度為零），這意味著轉子磁場無法立即與定子旋轉磁場同步。

2. 轉子靜止時的力矩：當轉子靜止時，定子磁場以同步速度旋轉，這會在轉子上產生一個不穩定的脈動磁場。由於轉子磁場和定子磁場無法同步，產生的啟動轉矩很小，無法克服轉子的慣性和靜摩擦力。

3. 無法自啟動：由於缺乏足夠的啟動轉矩，轉子無法從靜止狀態加速到同步速度。因此，三相同步電動機無法僅依靠定子繞組的三相交流電源自行啟動。

解決方法

為了解決同步電動機的啟動問題，通常採用以下方法：

1. 輔助啟動裝置：在同步電動機上安裝輔助啟動裝置，如異步電動機繞組或起動電機。這些裝置可以提供初始的啟動轉矩，使轉子加速到接近同步速度，然後切換到同步運行模式。

2. 變頻器啟動：使用變頻器逐步提高電源頻率，使電動機從低速開始逐步加速到同步速度。變頻器能夠控制電動機的速度和轉矩，實現平滑啟動。

3. 同步電機的特別設計：有些同步電機設計上包含有斜極或斜槽，這些設計可以幫助在啟動過程中產生更穩定的轉矩，從而輔助啟動。