图1(左上):永磁同步电机(图片由All-Test Pro提供)。图2(右上):分励同步电动机
《泵与系统》杂志2022年6月号发表了一篇文章BETVICTOR体育官网，讨论了同步电机在泵市场中使用的预期增长，名为“同步电机的优势”。本文是由两部分组成的系列文章的第一部分，简要概述了同步电机的结构和运行，常见故障以及如何使用同步电机来调节工厂电力系统的功率因数。
第二部分将讨论如何使用电机电路分析来评估这些电机的当前状况，以及在它们成为问题之前轻松快速地识别任何发展中的问题。
同步电机在泵送应用中的优势
当需要恒速运行时，通常使用同步电机;然而，对于泵送应用，它们主要是出于财务考虑，例如:
1 -比通常由感应电机执行的更高效率的操作，这导致更低的能源成本。
2 -能够改善系统功率因数，以帮助减轻能源供应商施加的任何功率因数(PF)附加费。这使得一个电机提供所需的流量从泵以及提高工厂的功率因数。
功率因数校正
功率因数的定义是真实功率(瓦)除以视在功率(伏安)的比值。主要的问题是，通常按实际用电量付费的工厂使用千瓦时(KWH)。实际功率和视在功率之间的差别就是无功功率。快速回顾一下:
真实功率(瓦)是产生有用功的功率，传递给负载，以瓦为单位。
无功功率(VARs)是在电机、变压器或电气系统中的任何线圈中产生磁场所需的功率。这种能量以磁场的形式储存，并导致电流滞后于电压。电路中的任何电容也会储存能量，导致电压滞后于电流。如果系统中有更多的感性负载，则PF是滞后的。如果系统中有更多容性负载，则PF将导通。无功负载的单位是伏安无功。
视在功率(VAs)是电源提供给系统的总功率。这是供电电压乘以系统中的所有电流。
功率因数(PF)是系统使用的真实功率与源提供的视在功率的比率，以百分比测量。PF =(真幂/视幂)100
电力公司需要向电厂提供表观电力，但只对实际使用的电力收费。理想情况下，公用事业公司希望向用户收取所提供的所有电力，但低因数的工厂要求供应商保持足够的容量以提供所需的视在功率，但只能收取真实功率。因此，当电厂在接近统一功率因数(真实功率=视在功率)的情况下运行时，供应商是按供应的总容量收费的。在低功率因数运行的工厂中，供应商不收取所需的额外容量，因此他们增加了功率因数附加费。
大多数工业工厂都有大量的感性负载，这意味着它们将有一个滞后的功率因数。同步电机可以通过对转子磁场线圈的过激来使PF从滞后的PF中移动。
同步电动机的基本类型和结构
由于同步电机的旋转速度与旋转磁场的速度相同，因此转子上必须有磁场。同步电机类型有:
1 -非励磁同步电动机其中最常见的是永磁同步电动机，它的转子上安装有永磁体，以产生旋转磁场。
2 -分励同步电动机:这些有一系列的场线圈包裹在转子的场极上，需要一个直流(DC)电压来在转子上产生磁场。这些电机可以进一步细分为刷式或无刷励磁器。
同步电机基本结构“，
定子的基本结构与任何三相交流电(AC)电机相同。像标准的三相感应电动机一样，有三组相位绕组。这些线圈被精确地放置在定子槽中，形成三相绕组，每个相具有偶数个极(P)。
将三相交流电源直接施加到相位绕组上，产生一个围绕定子铁心以恒定速度旋转的磁场。这称为同步速度(SS)。SS依赖于极数和应用频率。
感应电动机和同步电动机的主要区别是转子。转子被放置在定子铁心内部，并安装在轴承上，以将转子定位在定子铁心的几何中心，这使得转子可以自由旋转。
永磁体或磁场极产生旋转磁场，与围绕定子旋转的磁场相互作用。两个磁场之间的相互作用将电能转化为机械扭矩。
单独励磁转子可细分为无刷式或有刷式同步电机。无刷类型通常有一个旋转的交流交流发电机安装在电机轴上。这些交流发电机有安装在轴上的电枢线圈，其磁场由定子上的线圈提供。交流输出产生的电力，然后整流，以提供所需的直流电(直流)励磁电机场线圈。
电刷式同步电机通过骑在滑环上的电刷向安装在磁场极上的磁场线圈施加直流电压，以产生转子磁场。磁场线圈，在转子极点上产生磁场，串联与相邻极点为相反的极性，如图2所示。
同步电机的一个缺点是在启动过程中可用的转矩不足，以使转子在施加负载时转动。在交流启动时，同步电机的反应与交流感应电机相同。它依赖于一个特殊的电路，由amortisseur绕组在转子上建立一个磁场。
平摊线圈是嵌入在磁极表面的导体，在启动周期中起导体的作用。每一端的amortisseur线圈都连接在一起，形成一个类似于鼠笼感应电动机的电路。
启动电流依赖于法拉第互感定律，以产生与感应电机相同的高启动电流。这使得轴的转速赶上旋转磁场。当转子接近同步速度时，直流场被应用到转子场线圈上，允许转子场极锁定旋转磁场。
同步电机故障
与大多数电机一样，轴承通常是同步电机故障的主要原因，其次是转子和定子线圈绕组短路。此外，当感应电动机的转子棒失效时，平摊线圈也会出现裂纹。
用整个行业常用的传统电气测试设备和仪器来识别这些故障具有鼠笼式感应电机所遇到的局限性和缺点。然而，由于它们的结构和操作，需要额外的测试技术和方法。
机械振动分析技术促进了滚动元件轴承故障的检测，同样的电机电路分析(MCA)同样促进了感应电机的检测和分析，可以应用于同步电机
MCA可以有效地定位和识别感应电机的电机故障。同样的技术也可以应用于分离激励同步电动机的数量不断增加。专门的MCA工具已经开发出来，用于评估和排除电动汽车和许多其他工厂应用中使用的小型永磁同步电机。
MCA使用一系列低压交流和直流电压来锻炼定子和转子磁场线圈中导体周围的绝缘。MCA识别出当导体之间的绝缘退化时，在绕组绝缘材料的化学组成中发生的微小变化。MCA测量和测试确定:
- 开发转子和定子绕组短路
- 损坏/开裂的amortisseur绕组
- 气隙动/静态偏心
- 地墙保温情况
本系列的第2部分将提供如何使用MCA来识别和评估上述故障。