异步机同步机，异步主机的区别

***：未明确阐述异步机、同步机和异步主机各自的特性等具体内容，难以确切指出它们的区别。一般而言，异步机和同步机在转子转速与磁场转速关系、结构、运行特性等方面存在差异。异步机转子转速低于磁场转速，结构相对简单；同步机转子转速与磁场转速同步。而异步主机如果是指异步电机作为主机使用，它会在动力输出、启动特性等方面与同步机有所不同，具体还需更多信息确定。

原理、特性及应用领域的深度剖析

一、引言

在电机领域，异步机和同步机是两类极为重要的电机类型，它们在众多工业、商业以及日常生活中的应用广泛且不可或缺，理解异步机和同步机的区别对于正确选择和应用电机技术具有关键意义，这不仅涉及到电机的基本工作原理、结构特征，还与它们的运行特性、效率、调速性能等多个方面密切相关，通过对二者的深入对比分析，能够使工程师、技术人员以及相关领域的学习者更加全面地把握电机技术的内涵，从而在实际的应用场景中做出最优决策。

二、异步机的原理与结构

（一）原理

异步机又称感应电机，其工作原理基于电磁感应定律，当定子绕组通入三相交流电时，会在定子铁芯内产生一个旋转磁场，这个旋转磁场的转速被称为同步转速，其大小与电源频率和电机的极对数有关，计算公式为：$n_{s}=\frac{60f}{p}$，n_{s}$为同步转速（转/分钟），$f$为电源频率（赫兹），$p$为电机极对数。

由于转子绕组是闭合的，旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电动势和感应电流，根据楞次定律，感应电流的磁场总是阻碍原磁场的变化，于是转子受到电磁力的作用开始旋转，转子的转速$n$总是低于同步转速$n_{s}$，这也是异步机名称的由来，二者之间的转速差被称为转差率$s$，其计算公式为：$s = \frac{n_{s}-n}{n_{s}}$，转差率是异步机的一个重要参数，它反映了电机的运行状态。

（二）结构

1、定子

- 定子由定子铁芯、定子绕组和机座组成，定子铁芯一般由硅钢片叠压而成，其目的是减少磁滞和涡流损耗，定子绕组则是由绝缘导线绕制而成的三相绕组，按照一定的规律嵌放在定子铁芯槽内，机座主要起到支撑和固定定子铁芯及绕组的作用，同时也是电机散热的重要通道。

2、转子

- 异步机的转子有两种类型：鼠笼型和绕线型。

- 鼠笼型转子结构简单，由转子铁芯、转子导条和端环组成，转子导条通常为铜条或铝条，它们均匀地分布在转子铁芯槽内，两端用端环短接起来，形状像一个鼠笼，这种转子的优点是结构坚固、制造简单、成本低，广泛应用于中小功率的异步机中。

- 绕线型转子的结构相对复杂，它也有转子铁芯，并且在铁芯槽内嵌放有三相绕组，转子绕组的三个末端连接在一起形成星型接法，三个首端通过滑环和电刷引出到外部电路，绕线型转子的优点是可以通过在转子绕组回路中串入电阻等元件来改善电机的启动性能和调速性能，适用于对启动转矩和调速要求较高的场合。

三、同步机的原理与结构

（一）原理

同步机的工作原理基于定子旋转磁场与转子磁场之间的相互作用，同步机的定子结构与异步机相似，同样是由定子铁芯、定子绕组组成，当定子绕组通入三相交流电时，产生旋转磁场。

而同步机的转子则有永磁式和励磁式两种类型，对于永磁式同步机，转子采用永磁材料制成，转子磁场由永磁体产生，对于励磁式同步机，转子上有励磁绕组，通过外部直流电源对励磁绕组供电，从而在转子上产生磁场。

同步机的转子转速与定子旋转磁场的转速严格同步，即$n = n_{s}=\frac{60f}{p}$，这是因为同步机依靠转子磁场与定子旋转磁场之间的吸引力（或排斥力）来维持同步运行，如果转子的转速不等于同步转速，就会导致定、转子磁场之间的相对位置发生变化，从而破坏同步运行的条件。

（二）结构

1、定子

- 与异步机定子类似，同步机定子由定子铁芯和定子绕组构成，定子铁芯采用高导磁率的硅钢片叠压而成，定子绕组为三相绕组，按照一定的相序嵌放在定子铁芯槽内。

2、转子

- 永磁式同步机的转子由永磁体、转子铁芯和转轴等组成，永磁体按照一定的磁极排列方式固定在转子铁芯上，这种转子结构简单，不需要外部励磁电源，效率较高。

- 励磁式同步机的转子有凸极和隐极两种结构，凸极转子的磁极凸出，磁极上绕有励磁绕组；隐极转子的磁极形状不明显，励磁绕组嵌放在转子铁芯槽内，转子上还配备有滑环和电刷装置，用于引入外部直流励磁电流。

四、异步机与同步机的运行特性对比

（一）转速特性

1、异步机

- 如前所述，异步机的转子转速低于同步转速，转差率的存在是其运行的基本特征，在空载时，转差率很小，转子转速接近同步转速；随着负载的增加，转差率增大，转子转速降低，在常见的鼠笼型异步机中，满载时的转差率通常在0.01 - 0.06之间，这种转速随负载变化而变化的特性使得异步机在一些对转速精度要求不高的场合应用广泛。

2、同步机

- 同步机的转子转速严格与同步转速相等，不受负载变化的影响，只要电源频率和电机的极对数不变，同步机的转速就保持恒定，这一特性使得同步机在对转速稳定性要求极高的场合，如发电站中的发电机、高精度的工业调速系统等方面具有独特的优势。

（二）转矩特性

1、异步机

- 异步机的转矩与转差率之间存在特定的关系，在启动时，转差率为1，此时的启动转矩大小取决于电机的设计参数，如转子电阻等，鼠笼型异步机的启动转矩相对较小，而绕线型异步机通过在转子回路中串入电阻可以增大启动转矩，随着转差率的减小，转矩逐渐增大，在某一转差率下达到最大转矩，当转差率继续减小，转矩又会逐渐减小，异步机的过载能力通常用最大转矩与额定转矩之比来衡量，一般在1.6 - 2.5之间。

2、同步机

- 同步机的转矩主要取决于定子磁场与转子磁场之间的相互作用，同步机的转矩与功角（定子磁场与转子磁场之间的夹角）有关，在稳定运行范围内，功角增大时，转矩增大；当功角超过一定值时，同步机将失去同步运行能力，同步机的过载能力相对较弱，一般在1.5 - 2.0之间。

（三）效率特性

1、异步机

- 异步机的效率与负载大小密切相关，在轻载时，由于存在固定的铁损、铜损等，效率较低；随着负载的增加，效率逐渐提高，在额定负载附近达到最高效率，异步机的最高效率在75% - 95%之间，具体数值取决于电机的功率大小、设计制造水平等因素，当负载超过额定负载时，由于电机的损耗增加，效率又会逐渐降低。

2、同步机

- 同步机的效率在正常运行时相对较高，由于其转子磁场可以通过精确的励磁控制，在不同负载下能够保持较好的磁场与电流的匹配关系，从而减少损耗，永磁式同步机由于不需要励磁损耗，效率在某些工况下可以更高，同步机的效率一般在80% - 97%之间，尤其在大功率、高转速的应用场景下，其效率优势更为明显。

五、异步机与同步机的调速性能对比

（一）异步机调速

1、变频调速

- 这是异步机常用的调速方法，通过改变电源频率来改变定子旋转磁场的转速，从而实现对转子转速的调节，在变频调速过程中，为了保持电机的磁通基本不变，通常需要同时调节电源电压，变频调速的优点是调速范围宽、精度较高，可以实现无级调速，变频调速系统的成本相对较高，需要专门的变频器设备。

2、变极调速

- 这种调速方法通过改变电机的极对数来实现，将电机的定子绕组由三角形接法改为双星形接法，可以改变极对数，从而改变电机的同步转速，变极调速的优点是设备简单、成本低，但是调速级数有限，一般为2 - 4级调速，属于有级调速。

3、转子串电阻调速

- 这一方法主要适用于绕线型异步机，通过在转子绕组回路中串入不同阻值的电阻，可以改变转子电流，进而改变转矩和转速，这种调速方法简单易行，但调速过程中能量损耗较大，效率较低，而且调速范围有限。

（二）同步机调速

1、变频调速

- 与异步机类似，同步机也可以采用变频调速，不过，由于同步机的转子磁场与定子磁场严格同步，在变频调速时需要更加精确的控制策略，以确保同步机在调速过程中的同步运行，同步机变频调速在高速列车牵引电机、大型风机和泵类设备等领域有着广泛的应用。

2、改变励磁电流调速

- 对于励磁式同步机，可以通过改变转子的励磁电流来调节电机的磁场强度，从而改变电机的转矩和转速，这种调速方法在一些特定的工业应用中，如同步发电机的电压和频率调节方面具有重要意义，这种调速方法的调速范围相对较窄，并且需要专门的励磁控制装置。

六、异步机与同步机的应用领域对比

（一）异步机应用领域

1、工业领域

- 在工业领域中，异步机广泛应用于各种机械设备的驱动，如风机、泵类、压缩机等，这些设备对转速精度要求不是特别高，而异步机结构简单、成本低、可靠性高，能够满足基本的驱动要求，在工厂的通风系统中，鼠笼型异步机驱动风机，为车间提供通风换气服务。

2、民用领域

- 在民用领域，异步机大量应用于家用电器，如洗衣机、冰箱、空调等，以洗衣机为例，异步机作为洗衣机的动力源，带动洗衣机的滚筒或波轮旋转，由于家用电器对成本较为敏感，异步机的低成本优势使其成为首选。

3、交通运输领域

- 在一些电动车辆的辅助设备中，如电动公交车的空调压缩机、电动汽车的散热风扇等，异步机也有应用，虽然在电动车辆的主驱动电机方面，同步机和直流电机等也有竞争，但异步机在一些对功率要求不高的辅助设备中仍能发挥作用。

（二）同步机应用领域

1、发电领域

- 在发电站中，同步发电机是主流的发电设备，无论是火力发电、水力发电还是核能发电，同步发电机都凭借其转速稳定、能够产生稳定的交流电等特性而得到广泛应用，在大型水力发电站中，水轮机带动同步发电机旋转，将机械能转化为电能，然后通过电网传输到各个用户。

2、高精度工业调速系统

- 在一些对转速精度和稳定性要求极高的工业设备中，如数控机床、纺织机械中的高速锭子等，同步机被广泛应用，以数控机床为例，同步机能够精确控制刀具的转速，从而保证加工精度。

3、交通运输领域的主驱动

- 在现代电动汽车和高速列车等交通工具的主驱动系统中，同步机也有广泛的应用，永磁同步电机由于其高效率、高功率密度等优点，成为电动汽车主驱动电机的热门选择，在高速列车中，同步牵引电机能够提供强大的动力，并且在高速运行时保持稳定的转速。

七、结论

异步机和同步机在原理、结构、运行特性、调速性能和应用领域等方面存在着诸多区别，异步机以其结构简单、成本低、适用范围广等特点在众多对转速精度要求不高、成本敏感的领域得到广泛应用；而同步机则凭借其转速稳定、效率高、在某些应用场景下的高精度调速性能等优势在发电、高精度工业调速和现代交通运输主驱动等关键领域占据重要地位，在实际的工程应用中，需要根据具体的需求，如转速精度、效率要求、成本限制等因素综合考虑，选择合适的电机类型，以实现最佳的性能和经济效益，随着电机技术的不断发展，异步机和同步机的性能也在不断提升，并且二者在一些新兴领域也可能出现更多的融合与创新应用。