异步电机和同步电机的区别,异步电机和同步电机的优缺点对比

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导读

异步电机与同步电机的基本工作原理区别从它们的第一点就可以看出来，那就是异步与同步。异步电机，也就是感应电机，如果在运行时带有机械负载的话，它的转子转速会低过所接交流电源频率对应的同步转速。所以它们之间会有一个速度的差异，也就是转差。而同步电机顾名思义，就是它的转子转速无论是在怎样的负载条件下，只要是在额定频率下，都是与定子旋转磁场转速严格一致的。

在转子结构上的差异是这两种电机最直观的区别之一。异步电机的转子通常采用比较简单的结构，例如鼠笼式转子或者绕线式转子，铁芯上面嵌了导条再短路起来，成本也相对较低。而同步电机的转子构造通常就复杂得多，通常是凸极式或者说隐极式，铁芯上绕了励磁绕组，需要发电或者调磁的时候，得给它通以直流励磁电流，于是转子才能建立强烈的磁场。另外，同步电机转子上有时还得采用斜槽技术来改善运行特性，比如抑制齿槽转矩，让它的启动更平稳。

这些差异也延伸到了转速特性方面。因为异步电机总是依赖转差来运行，所以转速会随着所带负荷的变化而出现微幅下降，换言之，它是不可能实现真正的恒速运转的，除非在加装了特别的调节装置。而在没有装调节装置的情况下，异步电机的转速和频率是直接挂钩的。同步电机就不用考虑这些了，只要电网频率不变，转速就稳稳在额定值上，它自然可以完成恒速运转。所以第一个应用就是像精密控制所用的场合，比如自动控制系统中的各种执行部件，同步电机就比异步更适合这种场合。

说到启动方式，这也是两者之间的一大不同。异步电机因为它转起来就是靠电磁感应，所以它的启动过程非常直接，只要有三相电源就能自行启动。而同步电机，如果完全没有启动措施的话，它转子因为转不过定子磁场，怎么也带不起来，所以不得不借助一些手段，比如先让定子低频励磁、再小角度给转子加励磁之类的特启动方法，或者某些场合甚至还要加个异步启动的辅助设备，比如在大型同步电机里，有时会人工在转子拿出一点直流磁场让整个电机进入同步，这才龙的一种方法。

应用领域方面，因为这些物理特性的不同，这两种电机适合的地方也不一样。异步电机结构简单，制造也便宜，所以大量的家用电器和工业设备，如风扇、压缩机、泵等等，基本上都离不开它，特别是在低于5kW的小功率场合，异步电机几乎是王道。而同步电机，虽然贵，但因为它能提供高功率因数，甚至还能实时调节无功功率，所以在工业上的精密场合里就不容忽视。比如说大型水泵、风机，或者像机场廊桥、磁悬浮列车的驱动系统，甚至大型工业空调和电梯，这些地方就需要用同步电机来保证运行的稳定性和效率。

再来说说效率与功率因数的比较，这也是两者效率差异的一个关键点。虽然异步电机在结构上简单，但是因为存在转子铜损、铁损和机械损失等等，效率通常低于同步电机。而在功率因数方面，异步电机经常会拖低系统功率，因为它的运行状态可能导致功率因数偏低，说白了就是电流里可能携带了较多感性部分。同步电机在这方面就厉害多啦，能够通过励磁系统灵活控制，实现高功率因数乃至高水平无功功率补偿，所以在大型工厂或电网中烧用同步电机能有效改善整个系统效率以及降低线路损耗。

说到控制方式，这也要根据它们之前展示的不同特性来理解。异步电机，因为转矩和速度是开放关联的，本身的励磁可能并不直接可控，所以其速度控制通常用变频器，通过调节电源频率改变同步转速，再通过矢量控制等方式提升转矩响应性。但不用看同步电机，它的速度稳定，磁场也直接能控制，所以有时候可以实现更精准的调速，比如采用变频调压或者四象限运行方式。这就让它们在控制方式上呈现出相当明显的差异，特别是前者需要更多变换环节，而后者虽然总体控制系统负责，但它本身的控制逻辑能够更好地匹配速度和转矩响应要求。

不只控制方式，异步电机和同步电机在变频调速中的表现也有一定区别，特别是在低速运行或大范围调速的场景下。例如，在地铁驱动或风力发电中，同步电机可能需要采用更复杂的变流技术，以维持其磁场稳定与效率不变。具体到变频这点上，异步电机通常采用标准的V/f控制，有时候甚至是可变频率可变电压的控制策略，而同步电机则更倾向于采用基于转矩或磁链控制的一些算法，如直接转矩控制等等。所以其实变频与同步不说是一切，但其中确实在设计调速系统时需要考虑电机类型的影响。

同步电机之所以需要励磁系统，主要原因是在交流异步电机中，转子的绕组并不是直接连接电励磁的，它是得到了定子磁场，然后再依靠感应起到电磁作用，所以根本不需要另外的电源帮忙搞出来一个转子磁场。而同步电机的情况就不同，它在定子绕组合成旋转磁场的同时，转子也得跟着产生一个倍数匹配且方向一致的磁场，如果不用专门的励磁机来产生转子磁场，或者不用可控硅等等手段来提供直流，转子怎么也转不起来。再说，转子有了合适的磁场之后，这样的话，整个系统才能输出功率，实现能量转换。因为同步机的励磁磁场不是自己感应来的，是从别处硬加进去的，所以说必须要有这套系统。这正是两者机制上最大的一个差异所在。