1、-1-第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理電機(jī)與拖動基礎(chǔ)（第電機(jī)與拖動基礎(chǔ)（第2版）版） 第一節(jié)第一節(jié) 同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和運行方式同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和運行方式第二節(jié)第二節(jié) 同步電動機(jī)的電壓方程和相量圖同步電動機(jī)的電壓方程和相量圖第三節(jié)第三節(jié) 同步電動機(jī)的功率方程和功角特性同步電動機(jī)的功率方程和功角特性第四節(jié)第四節(jié) 同步電動機(jī)的功率因數(shù)及同步電動機(jī)的功率因數(shù)及U形曲線形曲線第五節(jié)第五節(jié) 永磁同步電動機(jī)永磁同步電動機(jī)*-2-引引 言言 本章主要闡述同步電機(jī)的工作原理，利用雙反應(yīng)本章主要闡述同步電機(jī)的工作原理，利用雙反應(yīng)理論建立同步電機(jī)的基本電磁關(guān)系，在此基礎(chǔ)上對同理論建立同步電機(jī)的基本電磁關(guān)系，在此基

2、礎(chǔ)上對同步電機(jī)的功角特性、矩角特性及功率因數(shù)的調(diào)節(jié)進(jìn)行步電機(jī)的功角特性、矩角特性及功率因數(shù)的調(diào)節(jié)進(jìn)行深入分析。本章還對迅速發(fā)展的永磁同步電機(jī)做了簡深入分析。本章還對迅速發(fā)展的永磁同步電機(jī)做了簡要介紹。要介紹。 第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理 -3-第一節(jié)第一節(jié) 同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和運行方式同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和運行方式 第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理 如果三相交流電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速如果三相交流電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與定子電流的頻率與定子電流的頻率f1滿足下滿足下面的方程式關(guān)系，這種電機(jī)就稱為同步電機(jī)。同步電機(jī)多被用面的方程式關(guān)系，這種電機(jī)就稱為同步電機(jī)。同步電機(jī)多被用作發(fā)電機(jī)，當(dāng)今作為動力用的強大

3、電力幾乎全是由三相同步發(fā)作發(fā)電機(jī)，當(dāng)今作為動力用的強大電力幾乎全是由三相同步發(fā)電機(jī)發(fā)出的，因此它是各類發(fā)電廠的核心設(shè)備之一。同步電機(jī)電機(jī)發(fā)出的，因此它是各類發(fā)電廠的核心設(shè)備之一。同步電機(jī)也可以作電動機(jī)使用，例如空氣壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、電力推進(jìn)裝也可以作電動機(jī)使用，例如空氣壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、電力推進(jìn)裝置和電動發(fā)電機(jī)組等。置和電動發(fā)電機(jī)組等。 pnfnn1160（8-1）-4- 一、同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)一、同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 1. 定子定子 同步電機(jī)的定子，就其基本結(jié)構(gòu)來看，與異步電機(jī)的定子同步電機(jī)的定子，就其基本結(jié)構(gòu)來看，與異步電機(jī)的定子沒有多大區(qū)別，也是由定子鐵心、定子繞組以及機(jī)座、端蓋等沒有多大區(qū)別

4、，也是由定子鐵心、定子繞組以及機(jī)座、端蓋等附件組成。附件組成。 第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理-5- 2. 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種有明顯的磁極，同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種有明顯的磁極， 稱稱為凸極式，如圖為凸極式，如圖8-1a所示；另一種轉(zhuǎn)子為一個圓柱體，表面上所示；另一種轉(zhuǎn)子為一個圓柱體，表面上開有槽，無明顯的磁極，稱為隱極式，如圖開有槽，無明顯的磁極，稱為隱極式，如圖8-1b所示。所示。 同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子可以采用凸極式，也可以采用隱極式。同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子可以采用凸極式，也可以采用隱極式。對于水輪發(fā)電機(jī)，由于水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速較低，把發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子做對于水輪發(fā)電

5、機(jī)，由于水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速較低，把發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子做成凸極式的；對于汽輪發(fā)電機(jī)，由于汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速較高，為了成凸極式的；對于汽輪發(fā)電機(jī)，由于汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速較高，為了很好地固定勵磁繞組，把發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子做成隱極式的。同步電很好地固定勵磁繞組，把發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子做成隱極式的。同步電動機(jī)一般都做成凸極式的，在結(jié)構(gòu)上與凸極式同步發(fā)電機(jī)類似，動機(jī)一般都做成凸極式的，在結(jié)構(gòu)上與凸極式同步發(fā)電機(jī)類似，為了能夠自起動，在轉(zhuǎn)子磁極的極靴上裝了起動繞組。為了能夠自起動，在轉(zhuǎn)子磁極的極靴上裝了起動繞組。 同步電機(jī)的勵磁電源有兩種：一種是由勵磁機(jī)供電，同步電機(jī)的勵磁電源有兩種：一種是由勵磁機(jī)供電， 另一另一種是由交流電源經(jīng)過整流而得到。

6、種是由交流電源經(jīng)過整流而得到。 每臺同步電機(jī)應(yīng)配備一臺勵每臺同步電機(jī)應(yīng)配備一臺勵磁機(jī)或整流勵磁裝置，可以很方便地調(diào)節(jié)它的勵磁電流。磁機(jī)或整流勵磁裝置，可以很方便地調(diào)節(jié)它的勵磁電流。 第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理-6- 二、同步電機(jī)的基本工作原理二、同步電機(jī)的基本工作原理 1. 同步電機(jī)的物理模型同步電機(jī)的物理模型 第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理-7- 2. 同步電機(jī)的工作原理同步電機(jī)的工作原理 現(xiàn)以同步發(fā)電機(jī)為例來說明同步電機(jī)的工作原理。當(dāng)同步現(xiàn)以同步發(fā)電機(jī)為例來說明同步電機(jī)的工作原理。當(dāng)同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子在原動機(jī)的拖動下達(dá)到同步轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子在原動機(jī)的拖動下達(dá)到同步轉(zhuǎn)速n0

7、時，由于轉(zhuǎn)子時，由于轉(zhuǎn)子繞組是由直流電流繞組是由直流電流If 勵磁，所以轉(zhuǎn)子繞組在氣隙中所建立的磁場勵磁，所以轉(zhuǎn)子繞組在氣隙中所建立的磁場相對于定子來說是一個與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同，轉(zhuǎn)速大小相等的相對于定子來說是一個與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同，轉(zhuǎn)速大小相等的旋轉(zhuǎn)磁場。該磁場切割定子上開路的三相對稱繞組，在三相對旋轉(zhuǎn)磁場。該磁場切割定子上開路的三相對稱繞組，在三相對稱繞組中產(chǎn)生三相對稱空載感應(yīng)電動勢稱繞組中產(chǎn)生三相對稱空載感應(yīng)電動勢E0 。若改變勵磁電流的。若改變勵磁電流的大小則可相應(yīng)地改變感應(yīng)電動勢的大小，此時同步發(fā)電機(jī)處于大小則可相應(yīng)地改變感應(yīng)電動勢的大小，此時同步發(fā)電機(jī)處于空載運行?？蛰d運行。 當(dāng)同步

8、發(fā)電機(jī)帶負(fù)載后，定子繞組構(gòu)成閉合回路，產(chǎn)生定當(dāng)同步發(fā)電機(jī)帶負(fù)載后，定子繞組構(gòu)成閉合回路，產(chǎn)生定子電流，該電流是三相對稱電流，因而要在氣隙中產(chǎn)生與與轉(zhuǎn)子電流，該電流是三相對稱電流，因而要在氣隙中產(chǎn)生與與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同，轉(zhuǎn)速大小相等的旋轉(zhuǎn)磁場。此時定、轉(zhuǎn)子間子旋轉(zhuǎn)方向相同，轉(zhuǎn)速大小相等的旋轉(zhuǎn)磁場。此時定、轉(zhuǎn)子間旋轉(zhuǎn)磁場相對靜止，氣隙中的磁場是定、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場的合成。旋轉(zhuǎn)磁場相對靜止，氣隙中的磁場是定、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場的合成。由于氣隙中磁場的改變，定子繞組中感應(yīng)電動勢的大小也由于氣隙中磁場的改變，定子繞組中感應(yīng)電動勢的大小也發(fā)生變化。發(fā)生變化。 第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理-8- 3. 同步

9、電機(jī)的運行方式同步電機(jī)的運行方式 第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理-9-第二節(jié)第二節(jié) 同步電動機(jī)的電壓方程和相量圖同步電動機(jī)的電壓方程和相量圖 一、同步電動機(jī)的磁動勢一、同步電動機(jī)的磁動勢 當(dāng)同步電動機(jī)的定子三相對稱繞組連接到三相對稱電源上當(dāng)同步電動機(jī)的定子三相對稱繞組連接到三相對稱電源上時，就會產(chǎn)生三相合成旋轉(zhuǎn)磁動勢，簡稱電樞磁動勢，用空間時，就會產(chǎn)生三相合成旋轉(zhuǎn)磁動勢，簡稱電樞磁動勢，用空間矢量矢量Fa表示。設(shè)電樞磁動勢表示。設(shè)電樞磁動勢Fa 的轉(zhuǎn)向為逆時針方向，轉(zhuǎn)速為同的轉(zhuǎn)向為逆時針方向，轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速。在同步電動機(jī)負(fù)載運行時，其轉(zhuǎn)子也是逆時針方向以步轉(zhuǎn)速。在同步電動機(jī)負(fù)載運行時，

10、其轉(zhuǎn)子也是逆時針方向以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。由直流勵磁電流同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。由直流勵磁電流If 產(chǎn)生的磁動勢稱為勵磁磁動產(chǎn)生的磁動勢稱為勵磁磁動勢，用勢，用Ff 表示，它也是一個空間矢量。電樞磁動勢表示，它也是一個空間矢量。電樞磁動勢Fa 與勵磁磁與勵磁磁動勢動勢Ff ，兩者都以同步轉(zhuǎn)速按逆時針方向旋轉(zhuǎn)，但是兩者在空，兩者都以同步轉(zhuǎn)速按逆時針方向旋轉(zhuǎn)，但是兩者在空間的位置不一定相同。間的位置不一定相同。 這里規(guī)定兩個軸方向：轉(zhuǎn)子這里規(guī)定兩個軸方向：轉(zhuǎn)子N極和極和S極的中心線稱為極的中心線稱為直軸或直軸或縱軸縱軸，簡稱，簡稱d 軸軸；與直軸相距；與直軸相距90 空間電角度的方向稱為空間電角度的方向稱為交軸或

11、交軸或橫軸橫軸，簡稱，簡稱q 軸軸。直軸和交軸隨轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)，如圖。直軸和交軸隨轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)，如圖8-4所示。所示。 第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理-10- 先考慮勵磁磁動勢先考慮勵磁磁動勢Ff單獨在電機(jī)主磁路中產(chǎn)生磁通時的情單獨在電機(jī)主磁路中產(chǎn)生磁通時的情況。勵磁磁動勢況。勵磁磁動勢Ff總是在直軸方向，產(chǎn)生的磁通如圖總是在直軸方向，產(chǎn)生的磁通如圖8-5所示。所示。將由勵磁磁動勢將由勵磁磁動勢Ff單獨產(chǎn)生的磁通叫勵磁磁通，用單獨產(chǎn)生的磁通叫勵磁磁通，用 f 表示。表示。 f 經(jīng)過的磁路是以直軸為對稱的。經(jīng)過的磁路是以直軸為對稱的。 第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理-11- 二、凸

12、極同步電動機(jī)的雙反應(yīng)原理二、凸極同步電動機(jī)的雙反應(yīng)原理 對于電樞磁動勢對于電樞磁動勢Fa 單獨在電機(jī)主磁路中產(chǎn)生磁通時的情況，單獨在電機(jī)主磁路中產(chǎn)生磁通時的情況，則比勵磁磁動勢則比勵磁磁動勢Ff 產(chǎn)生磁通時的情況復(fù)雜。由于產(chǎn)生磁通時的情況復(fù)雜。由于Fa 與與Ff 的空間的空間位置不一定相同，所以只要位置不一定相同，所以只要Fa 與與Ff 的空間位置不相同，就必然的空間位置不相同，就必然使使Fa的方向不在直軸方向。對于凸極式同步電動機(jī)，由于氣隙的方向不在直軸方向。對于凸極式同步電動機(jī)，由于氣隙的不均勻，即使知道電樞磁動勢的不均勻，即使知道電樞磁動勢Fa 的大小和位置，也無法的大小和位置，也無法求

13、得磁通。求得磁通。 如果電樞磁動勢如果電樞磁動勢Fa 與勵磁磁動勢與勵磁磁動勢Ff 的相對位置給定，如圖的相對位置給定，如圖8-6，由于電樞磁動勢，由于電樞磁動勢Fa與勵磁磁動勢與勵磁磁動勢Ff 無相對運動，可以把電無相對運動，可以把電樞磁動勢樞磁動勢Fa分解成兩個分量：分解成兩個分量： 一個分量叫一個分量叫直軸電樞磁動勢直軸電樞磁動勢，用，用Fad 表示，作用在直軸方向；另一個分量叫表示，作用在直軸方向；另一個分量叫交軸電樞磁動勢交軸電樞磁動勢，用，用Faq 表示，作用在交軸方向，即表示，作用在交軸方向，即 第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理aqadaFFF（8-2）-12-第八章第八章

14、 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理-13- 根據(jù)前一章的分析，這里可以寫出由定子電流產(chǎn)生的電樞根據(jù)前一章的分析，這里可以寫出由定子電流產(chǎn)生的電樞磁動勢的表達(dá)式磁動勢的表達(dá)式第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理spW11a22423InkNF（8-3）將上式分解為將上式分解為d、q軸上的直軸電樞磁動勢和交軸電樞磁動勢：軸上的直軸電樞磁動勢和交軸電樞磁動勢：dpW11ad22423InkNFqpW11aq22423InkNF（8-4）（8-5）-14- 考慮到式（考慮到式（8-2）的關(guān)系，即有）的關(guān)系，即有第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理qdsIII（8-6）即把電樞電流即把電樞電流 按相量的關(guān)系

15、分解成兩個分量：按相量的關(guān)系分解成兩個分量： 一個分一個分量是量是 ，另一個分量是，另一個分量是 ，其中，其中 產(chǎn)生磁動勢產(chǎn)生磁動勢 ； 產(chǎn)生磁動勢產(chǎn)生磁動勢 。 sIdIdIqIqIaqFadF-15- 三、同步電動機(jī)的電壓方程三、同步電動機(jī)的電壓方程 1. 凸極同步電動機(jī)的電壓方程凸極同步電動機(jī)的電壓方程 不管是勵磁磁通不管是勵磁磁通 f ， 還是直軸磁通還是直軸磁通 ad 和交軸磁通和交軸磁通 aq，都，都是以同步轉(zhuǎn)速逆時針旋轉(zhuǎn)，因此都要在定子繞組中產(chǎn)生相應(yīng)的感是以同步轉(zhuǎn)速逆時針旋轉(zhuǎn)，因此都要在定子繞組中產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動勢。根據(jù)圖應(yīng)電動勢。根據(jù)圖8-7給出的同步電動機(jī)定子繞組各電量正方

16、向，給出的同步電動機(jī)定子繞組各電量正方向， 可以列出可以列出A相回路的電壓方程相回路的電壓方程 第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理s0adaqsssjUEEEIRX （8-7）Rs 定子繞組的相電阻；定子繞組的相電阻；Xs 定子繞阻的相漏電抗。定子繞阻的相漏電抗。 -16-感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢 、 可以寫成可以寫成 第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理adEaqEaddadjEI X aqqaqjEI X （8-9）（8-8）式中式中 Xad 直軸電樞反應(yīng)電抗；直軸電樞反應(yīng)電抗； Xaq 交軸電樞反應(yīng)電抗。交軸電樞反應(yīng)電抗。把式（把式（8-8）、式（）、式（8-9）代入式（）代入式（8-

17、7），得），得 s0dadqaqsssjjjUEI XI XIRX 在將式（在將式（8-6）代入上式，得）代入上式，得 s0dadsqaqsdqsjjUEIXXIXXIIR -17-一般情況下，當(dāng)同步電動機(jī)容量較大時，可忽略電阻一般情況下，當(dāng)同步電動機(jī)容量較大時，可忽略電阻Rs，于是，于是 第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理s0ddqqjjUEI XI X （8-10）式中式中 直軸同步電抗，直軸同步電抗， ； 交軸同步電抗交軸同步電抗 。在一般凸極同步電動機(jī)中，在一般凸極同步電動機(jī)中， 。 2. 隱極同步電動機(jī)的電壓方程隱極同步電動機(jī)的電壓方程 對于隱極同步電動機(jī)，由于氣隙均勻，因而直軸

18、和交軸的對于隱極同步電動機(jī)，由于氣隙均勻，因而直軸和交軸的同步電抗在數(shù)值上彼此相等，即有同步電抗在數(shù)值上彼此相等，即有 saddXXXsaqqXXXqdXXdXqXcqdXXX（8-11）式中式中 隱極同步電動機(jī)的同步電抗。隱極同步電動機(jī)的同步電抗。 cX-18-這樣，由式（這樣，由式（8-10）可寫出隱極同步電動機(jī)的電壓方程為）可寫出隱極同步電動機(jī)的電壓方程為 第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理（8-12） 四、同步電動機(jī)相量圖四、同步電動機(jī)相量圖 同步電機(jī)作為電動機(jī)運行時，電源必須向電機(jī)的定子繞組同步電機(jī)作為電動機(jī)運行時，電源必須向電機(jī)的定子繞組輸入有功功率，這時輸入電動機(jī)的有功功率輸

19、入有功功率，這時輸入電動機(jī)的有功功率P1必須滿足必須滿足 s0scjUEI X 0cos31ss1IUP（8-13）這就是說，定子相電流的有功分量這就是說，定子相電流的有功分量 應(yīng)與相電壓應(yīng)與相電壓 同相同相位。位。 由此可見，由此可見， 與與 二者之間的功率因數(shù)角二者之間的功率因數(shù)角 必須小于必須小于90 ，才能使電機(jī)運行于電動機(jī)狀態(tài)。圖，才能使電機(jī)運行于電動機(jī)狀態(tài)。圖8-8a是根據(jù)凸極同步電是根據(jù)凸極同步電動機(jī)的電壓方程，在動機(jī)的電壓方程，在 （超前）時，（超前）時， 電機(jī)運行于電動機(jī)電機(jī)運行于電動機(jī)狀態(tài)的相量圖。狀態(tài)的相量圖。 1cossIsUsUsI1o190-19-圖圖8-8b是根據(jù)

20、隱極同步電動機(jī)的電壓方程式畫出的相量圖。是根據(jù)隱極同步電動機(jī)的電壓方程式畫出的相量圖。 第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理-20-第三節(jié)第三節(jié) 同步電動機(jī)的功率方程和功角特性同步電動機(jī)的功率方程和功角特性 一、同步電動機(jī)的功率方程一、同步電動機(jī)的功率方程 同步電動機(jī)從電源吸收有功功率同步電動機(jī)從電源吸收有功功率P1 ，在扣除消耗于定子繞，在扣除消耗于定子繞組的銅損耗組的銅損耗 后，轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶殴β屎?，轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶殴β蔖em ，即有，即有 第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理ssRIp2Cu3emCu1PpP（8-14）從電磁功率從電磁功率Pem里再扣除鐵損耗里再扣除鐵損耗 和機(jī)械摩擦損耗和機(jī)

21、械摩擦損耗 后，后，得到輸出給負(fù)載的機(jī)械功率得到輸出給負(fù)載的機(jī)械功率P2Fepmp2mFeemPppP（8-15）其中，鐵損耗其中，鐵損耗 與機(jī)械損耗與機(jī)械損耗 之和稱為空載損耗之和稱為空載損耗P0 ，即，即 FepmpmFe0ppP（8-16）-21-圖圖8-9是同步電動機(jī)的功率流程圖。是同步電動機(jī)的功率流程圖。 第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理-22- 二、同步電動機(jī)的電磁功率與功角特性二、同步電動機(jī)的電磁功率與功角特性 對于凸極同步電動機(jī)，當(dāng)忽略定子繞組的電阻對于凸極同步電動機(jī)，當(dāng)忽略定子繞組的電阻Rs 時，同步時，同步電動機(jī)的電磁功率為電動機(jī)的電磁功率為 第八章第八章 同步電機(jī)原

22、理同步電機(jī)原理11emcos3ssIUPP（8-17）由凸極同步電動機(jī)的相量圖（圖由凸極同步電動機(jī)的相量圖（圖8-8）可見，）可見， ，于是，于是 1sinsin3coscos3ssssemIUIUP此外，根據(jù)相量圖可得此外，根據(jù)相量圖可得 sincoscossinsqqs0ddsqsdUXIUEXIIIII（8-18）-23-考慮以上這些關(guān)系，得考慮以上這些關(guān)系，得 第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理（8-19） 接在電網(wǎng)上運行的同步電動機(jī)，已知電源電壓接在電網(wǎng)上運行的同步電動機(jī)，已知電源電壓Us、 電源的電源的頻率頻率f1都維持不變，如果保持電動機(jī)的勵磁電流都維持不變，如果保持電動機(jī)的

23、勵磁電流If 不變，則對應(yīng)不變，則對應(yīng)的電動勢的電動勢E0 的大小也是常數(shù)，此外電動機(jī)的參數(shù)的大小也是常數(shù)，此外電動機(jī)的參數(shù)Xd 、Xq又是已又是已知的常數(shù)，這樣同步電動機(jī)的電磁功率知的常數(shù)，這樣同步電動機(jī)的電磁功率Pem 就僅僅是就僅僅是的函數(shù)，的函數(shù)， 當(dāng)當(dāng)角變化時，電磁功率角變化時，電磁功率Pem也跟著變化。也跟著變化。 我們把我們把 的關(guān)的關(guān)系定義為同步電動機(jī)的功角特性，系定義為同步電動機(jī)的功角特性， 由此所繪制出的曲線稱為功由此所繪制出的曲線稱為功角特性曲線，如圖角特性曲線，如圖8-10所示。所示。 （8-20）sincos113sin3dq2sds0emXXUXUEP2sin23s

24、in3qdqd2sds0emXXXXUXUEP)(emfP-24- 上式所示凸極同步電動上式所示凸極同步電動機(jī)的電磁功率機(jī)的電磁功率Pem 中，第一中，第一項與勵磁電流項與勵磁電流If 的大小有關(guān)，的大小有關(guān)，稱為稱為勵磁電磁功率勵磁電磁功率。第二項。第二項與勵磁電流與勵磁電流If 的大小無關(guān)，的大小無關(guān)，是由參數(shù)是由參數(shù) 引起的，引起的，這部分功率只有凸極同步電這部分功率只有凸極同步電動機(jī)才有，而對隱極同步電動機(jī)才有，而對隱極同步電動機(jī)則不存在，所以該電磁動機(jī)則不存在，所以該電磁功率稱為功率稱為凸極電磁功率凸極電磁功率。第。第一項勵磁電磁功率是主要的，一項勵磁電磁功率是主要的，第二項凸極電磁

25、功率比第一第二項凸極電磁功率比第一項小得多。項小得多。 第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理（8-21）（8-22）sin3ds0em1XUEP2sin23qdqd2sem2XXXXUPqdXX-25- 三、同步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與矩角特性三、同步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與矩角特性 首先根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩的通用公式推導(dǎo)同步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩首先根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩的通用公式推導(dǎo)同步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式。第一章的式（表達(dá)式。第一章的式（1-46）即是電磁轉(zhuǎn)矩的通用公式：）即是電磁轉(zhuǎn)矩的通用公式：第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理sssr2pesin2FnT 式中式中 電機(jī)極對數(shù)；電機(jī)極對數(shù)； 每極合成磁通；每極合

26、成磁通； 定子磁動勢幅值；定子磁動勢幅值； 定子磁動勢與合成磁動勢間的夾角。定子磁動勢與合成磁動勢間的夾角。 pnsrsFs這里，因為這里，因為 ，由式（，由式（8-3）可得）可得 asFF spW11s32InkNF -26- 根據(jù)第七章的式（根據(jù)第七章的式（7-7）以及圖）以及圖8-11所示的磁動勢關(guān)系，可以所示的磁動勢關(guān)系，可以得到如下關(guān)系得到如下關(guān)系 第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理sr11W12Ef N ks2-27-把上述三式代入電磁轉(zhuǎn)矩的通用公式，可得把上述三式代入電磁轉(zhuǎn)矩的通用公式，可得 第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理1secos3IET 式中式中 同步角速度。同

27、步角速度。不計定子電阻時，不計定子電阻時， ，且，且 ，因此上式可以寫成，因此上式可以寫成 11ssecos3IUT p112nf EUs1（8-23）（8-24） 根據(jù)功率與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，同樣可以導(dǎo)出電磁轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)矩平衡根據(jù)功率與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，同樣可以導(dǎo)出電磁轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)矩平衡方程。與異步電動機(jī)一樣，電磁轉(zhuǎn)矩方程。與異步電動機(jī)一樣，電磁轉(zhuǎn)矩Te等于電磁功率等于電磁功率Pem與電機(jī)角與電機(jī)角速度速度之比，但對于同步電動機(jī)，由式（之比，但對于同步電動機(jī)，由式（8-1）知道其轉(zhuǎn)速即為同）知道其轉(zhuǎn)速即為同步轉(zhuǎn)速。因此，同步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩應(yīng)為步轉(zhuǎn)速。因此，同步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩應(yīng)為 -28-第八章第八章 同步電

28、機(jī)原理同步電機(jī)原理（8-25）（8-26）此式與式（此式與式（8-24）是完全一致的。）是完全一致的。 將式（將式（8-15）等號兩邊同除以）等號兩邊同除以1，得到同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩平，得到同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡方程衡方程 11ss1emecos3IUPT0e2TTT式中式中 T0空載轉(zhuǎn)矩。空載轉(zhuǎn)矩。 將電磁功率的表達(dá)式（將電磁功率的表達(dá)式（8-20）代入式（）代入式（8-25），得到的電磁轉(zhuǎn)），得到的電磁轉(zhuǎn)矩為矩為 2sin23sin3qd1qd2sd1s0eXXXXUXUET（8-27）-29-第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理 上式說明，在電源電壓上式說明，在電源電壓Us 、電源的頻率、

29、電源的頻率f1、勵磁電流、勵磁電流 If 都保都保持不變時，同步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩持不變時，同步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Te也僅是也僅是的函數(shù)。的函數(shù)。 即當(dāng)即當(dāng) 角變角變化時，電磁轉(zhuǎn)矩化時，電磁轉(zhuǎn)矩Te也跟著變化。把也跟著變化。把 的關(guān)系定義為同步電動的關(guān)系定義為同步電動機(jī)的矩角特性，由此所繪制出的曲線稱為矩角特性曲線。機(jī)的矩角特性，由此所繪制出的曲線稱為矩角特性曲線。 功角功角特性與矩角特性的表達(dá)式相互之間僅相差一個比例常數(shù)特性與矩角特性的表達(dá)式相互之間僅相差一個比例常數(shù) 1 ， 所以所以 圖圖8-10和圖和圖8-11中的曲線也可視為矩角特性曲線。中的曲線也可視為矩角特性曲線。 )(efT 若是隱極

30、式同步電動若是隱極式同步電動機(jī)，因機(jī)，因Xd =Xq ，則功角特，則功角特性和矩角特性的表達(dá)式為性和矩角特性的表達(dá)式為 sin3c0emXUEPssin31s0edXUET -30-第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理 四、同步電動機(jī)的穩(wěn)定運行四、同步電動機(jī)的穩(wěn)定運行 下面以隱極同步電動機(jī)為例來討論同步電動機(jī)的穩(wěn)定運行問下面以隱極同步電動機(jī)為例來討論同步電動機(jī)的穩(wěn)定運行問題。由圖可見，當(dāng)電動機(jī)拖動負(fù)載運行在題。由圖可見，當(dāng)電動機(jī)拖動負(fù)載運行在 = 0 90 的范圍內(nèi)，的范圍內(nèi)，電動機(jī)能夠穩(wěn)定運行；當(dāng)電動機(jī)拖動負(fù)載運行在電動機(jī)能夠穩(wěn)定運行；當(dāng)電動機(jī)拖動負(fù)載運行在 = 90 180 的的范圍內(nèi)，

31、電動機(jī)不能夠穩(wěn)定運行。范圍內(nèi)，電動機(jī)不能夠穩(wěn)定運行。 -31-第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理 如果與異步電動機(jī)一樣，將最大電磁轉(zhuǎn)矩如果與異步電動機(jī)一樣，將最大電磁轉(zhuǎn)矩Tem與額定電磁轉(zhuǎn)矩與額定電磁轉(zhuǎn)矩TN之比，稱為過載倍數(shù)，用之比，稱為過載倍數(shù)，用 表示。這里表示。這里 oemNNsin902 3.5sinTT（8-30） 可見，可見， 為了滿足過載限制的要求，為了滿足過載限制的要求， 隱極同步電動機(jī)額定運隱極同步電動機(jī)額定運行時，行時， 。對于凸極同步電動機(jī)，額定運行時的功率。對于凸極同步電動機(jī)，額定運行時的功率角還要小些。角還要小些。 當(dāng)負(fù)載改變時，當(dāng)負(fù)載改變時，角隨之變化，就能使

32、同步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩角隨之變化，就能使同步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Te或電磁功率或電磁功率Pem跟著變化，以達(dá)到新的平衡狀態(tài)。在同步電動機(jī)跟著變化，以達(dá)到新的平衡狀態(tài)。在同步電動機(jī)穩(wěn)定運行時，電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行時，電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n是嚴(yán)格按照同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，不發(fā)生是嚴(yán)格按照同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，不發(fā)生任何變化。任何變化。所以，同步電動機(jī)的機(jī)械特性為一條水平的直線。所以，同步電動機(jī)的機(jī)械特性為一條水平的直線。 ooN5 .1630例例8-18-1-32-第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理第四節(jié)第四節(jié) 同步電動機(jī)的功率因數(shù)及同步電動機(jī)的功率因數(shù)及U形曲線形曲線 一、同步電動機(jī)的功率因數(shù)調(diào)節(jié)一、同步電動機(jī)的功率

33、因數(shù)調(diào)節(jié) 當(dāng)同步電動機(jī)接在交流電源上，可以認(rèn)為電源的電壓當(dāng)同步電動機(jī)接在交流電源上，可以認(rèn)為電源的電壓Us以及以及頻率頻率f1都保持不變。另外，假設(shè)同步電動機(jī)拖動的有功負(fù)載也保持都保持不變。另外，假設(shè)同步電動機(jī)拖動的有功負(fù)載也保持不變，不變，僅改變同步電動機(jī)的勵磁電流僅改變同步電動機(jī)的勵磁電流If ，就能調(diào)節(jié)同步電動機(jī)的，就能調(diào)節(jié)同步電動機(jī)的功率因數(shù)。功率因數(shù)。為分析方便起見，以隱極同步電動機(jī)為例，為分析方便起見，以隱極同步電動機(jī)為例， 并忽略并忽略電機(jī)中的各種損耗。電機(jī)中的各種損耗。 假若同步電動機(jī)的負(fù)載保持不變，假若同步電動機(jī)的負(fù)載保持不變， 則電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的輸出則電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)

34、矩T2也不變，如果忽略空載轉(zhuǎn)矩，由式（也不變，如果忽略空載轉(zhuǎn)矩，由式（8-26），有），有 。 可見，當(dāng)可見，當(dāng)T2不變時，可以認(rèn)為電磁轉(zhuǎn)矩不變時，可以認(rèn)為電磁轉(zhuǎn)矩Te也不變，由式（也不變，由式（8-29），）， （8-31）2eTT 0se1c3sinE UTX常數(shù)常數(shù)sin0E這說明這說明當(dāng)改變勵磁電流當(dāng)改變勵磁電流If時，電動勢時，電動勢E0的大小也要跟著改變的大小也要跟著改變，以滿，以滿足上式的關(guān)系。足上式的關(guān)系。 -33-第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理 當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時，由于同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定不變，所以當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時，由于同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定不變，所以同步電動機(jī)的輸出功率

35、不變。在忽略電機(jī)中的各種損耗的情況下，同步電動機(jī)的輸出功率不變。在忽略電機(jī)中的各種損耗的情況下，同步電動機(jī)的輸入功率與輸出功率相等。于是有同步電動機(jī)的輸入功率與輸出功率相等。于是有 （8-32） 上式的物理意義是：上式的物理意義是：在只改變勵磁電流的情況下，同步電動在只改變勵磁電流的情況下，同步電動機(jī)定子繞組中電流的有功分量保持不變。機(jī)定子繞組中電流的有功分量保持不變。 根據(jù)式（根據(jù)式（8-31）和式）和式（8-32）的條件）的條件 可畫出隱極同步電動機(jī)在三種不同勵磁電流時的可畫出隱極同步電動機(jī)在三種不同勵磁電流時的相量圖，如圖相量圖，如圖8-14所示。所示。 常數(shù)11cos3ssIUP在電壓

36、在電壓Us 不變的條件下，必有不變的條件下，必有 常數(shù)1cossI-34-第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理 當(dāng)改變同步電動機(jī)當(dāng)改變同步電動機(jī)的勵磁電流時，能夠改的勵磁電流時，能夠改變同步電動機(jī)的功率因變同步電動機(jī)的功率因數(shù)，這點是三相異步電數(shù)，這點是三相異步電動機(jī)所不具備的。動機(jī)所不具備的。當(dāng)改當(dāng)改變勵磁電流時，同步電變勵磁電流時，同步電動機(jī)功率因數(shù)變化的規(guī)動機(jī)功率因數(shù)變化的規(guī)律可以分為三種情況，律可以分為三種情況，即即正常勵磁狀態(tài)、欠勵正常勵磁狀態(tài)、欠勵狀態(tài)和過勵狀態(tài)狀態(tài)和過勵狀態(tài)。同步。同步電動機(jī)拖動負(fù)載運行時，電動機(jī)拖動負(fù)載運行時，一般要過勵，至少運行一般要過勵，至少運行在正常勵磁

37、狀態(tài)，不要在正常勵磁狀態(tài)，不要讓 它 運 行 在 欠 勵 狀讓 它 運 行 在 欠 勵 狀態(tài)。態(tài)。 -35-第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理 二、同步電動機(jī)的二、同步電動機(jī)的U形曲線形曲線 同步電動機(jī)的同步電動機(jī)的U形曲線是指當(dāng)電源電壓和電源的頻率均為額定形曲線是指當(dāng)電源電壓和電源的頻率均為額定值時，在輸出功率不變的條件下，調(diào)節(jié)勵磁電流值時，在輸出功率不變的條件下，調(diào)節(jié)勵磁電流If 時定子電流時定子電流Is的的相應(yīng)變化。以勵磁電流相應(yīng)變化。以勵磁電流If 為橫座標(biāo)，定子電流為橫座標(biāo)，定子電流Is 為縱座標(biāo)，將兩個為縱座標(biāo)，將兩個電流數(shù)值變化關(guān)系繪制成曲線，由于其形狀象英文字母電流數(shù)值變化

38、關(guān)系繪制成曲線，由于其形狀象英文字母“U”，故，故稱其為稱其為U形曲線。形曲線。 -36-第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理 對每條對每條U形曲線，定子電流有一最小值，這時定子僅從電網(wǎng)吸形曲線，定子電流有一最小值，這時定子僅從電網(wǎng)吸收有功功率，功率因數(shù)收有功功率，功率因數(shù) 。把這些點連起來，稱。把這些點連起來，稱 線。線。它微微向右傾斜，說明輸出為純有功功率情況下，它微微向右傾斜，說明輸出為純有功功率情況下， 輸出功率增大輸出功率增大的同時，必須相應(yīng)地增加一些勵磁電流。這樣，的同時，必須相應(yīng)地增加一些勵磁電流。這樣， 線可作為線可作為分界線，在線的左邊是分界線，在線的左邊是欠勵區(qū)欠勵區(qū)，右

39、邊是，右邊是過勵區(qū)過勵區(qū)。 當(dāng)同步電動機(jī)帶一定負(fù)載時，當(dāng)同步電動機(jī)帶一定負(fù)載時， 若減小勵磁電流若減小勵磁電流If，電動勢，電動勢E0、電磁功率電磁功率 Pem減小。當(dāng)減小。當(dāng)Pem減小到一定程度，減小到一定程度，超過超過90 ， 電動機(jī)就電動機(jī)就失去同步，如圖失去同步，如圖8-16中虛線所示的不穩(wěn)定區(qū)。中虛線所示的不穩(wěn)定區(qū)。從這個角度來看，同從這個角度來看，同步電動機(jī)最好也不運行于欠勵狀態(tài)。步電動機(jī)最好也不運行于欠勵狀態(tài)。 1cos11cos11cos1-37-第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理第五節(jié)第五節(jié) 永磁同步電動機(jī)永磁同步電動機(jī)* 一、概述一、概述 世界上第一臺電機(jī)就是永磁電機(jī)，

40、但是早期的永磁材料磁性世界上第一臺電機(jī)就是永磁電機(jī)，但是早期的永磁材料磁性能很差，致使永磁電機(jī)體積很大，非常笨重，因而很快就為電勵能很差，致使永磁電機(jī)體積很大，非常笨重，因而很快就為電勵磁式電機(jī)所取代。近年來，隨著稀土永磁材料的快速發(fā)展，特別磁式電機(jī)所取代。近年來，隨著稀土永磁材料的快速發(fā)展，特別是第三代稀土永磁材料釹鐵硼（是第三代稀土永磁材料釹鐵硼（NdFeB）的問世，給永磁電機(jī)的）的問世，給永磁電機(jī)的研究和開發(fā)帶來了新的活力。從上世紀(jì)八十年代初開始，各工業(yè)研究和開發(fā)帶來了新的活力。從上世紀(jì)八十年代初開始，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家竟相研制高性能永磁電機(jī)，其中永磁同步電動機(jī)以其高發(fā)達(dá)國家竟相研制高性能永

41、磁電機(jī)，其中永磁同步電動機(jī)以其高效節(jié)能的優(yōu)點而受到特別的關(guān)注。效節(jié)能的優(yōu)點而受到特別的關(guān)注。 二、正弦波永磁同步電動機(jī)二、正弦波永磁同步電動機(jī) 1. 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 永磁同步電動機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子兩部分。定子部分與一般同永磁同步電動機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子兩部分。定子部分與一般同步電動機(jī)的定子相同，步電動機(jī)的定子相同， 定子鐵心通常由帶有齒和槽的沖片疊成，定子鐵心通常由帶有齒和槽的沖片疊成， 在槽中嵌入交流繞組。當(dāng)交流電流通入交流繞組時，在氣隙中產(chǎn)在槽中嵌入交流繞組。當(dāng)交流電流通入交流繞組時，在氣隙中產(chǎn)生同步旋轉(zhuǎn)磁場；轉(zhuǎn)子部分則采用永磁體勵磁。生同步旋轉(zhuǎn)磁場；轉(zhuǎn)子部分則采用永磁體勵磁。 -38-第八章

42、第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理-39-第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理 同步電動機(jī)的主要參數(shù)同步電抗同步電動機(jī)的主要參數(shù)同步電抗Xd、Xq決定于磁路的磁導(dǎo)，決定于磁路的磁導(dǎo)，在電勵磁同步電動機(jī)中，在電勵磁同步電動機(jī)中， Xd Xq 。但在永磁同步電動機(jī)中，情。但在永磁同步電動機(jī)中，情況有所不同，因為在直軸磁路中有永磁體，況有所不同，因為在直軸磁路中有永磁體， 永磁體的磁導(dǎo)率很永磁體的磁導(dǎo)率很低，其導(dǎo)磁性能與空氣相似，因而大大減小了直軸電樞反應(yīng)的作低，其導(dǎo)磁性能與空氣相似，因而大大減小了直軸電樞反應(yīng)的作用，表現(xiàn)為用，表現(xiàn)為Xd較?。欢诮惠S磁路中，主要是軟鐵極靴和套環(huán)類較??；而在交軸磁路

43、中，主要是軟鐵極靴和套環(huán)類的磁性材料，導(dǎo)磁性能較好，交軸電樞反應(yīng)的作用較大，的磁性材料，導(dǎo)磁性能較好，交軸電樞反應(yīng)的作用較大， Xq較較大，因而在永磁同步電動機(jī)中大，因而在永磁同步電動機(jī)中Xd Xq 。 2. 工作原理與起動問題工作原理與起動問題 永磁體的引入固然使同步電動機(jī)面貌一新，但由此而產(chǎn)生的永磁體的引入固然使同步電動機(jī)面貌一新，但由此而產(chǎn)生的一些問題也不容忽視，這其中最主要的當(dāng)屬起動問題，在由變頻一些問題也不容忽視，這其中最主要的當(dāng)屬起動問題，在由變頻電源供電的場合，永磁同步電動機(jī)可以順利起動，但當(dāng)由工頻電電源供電的場合，永磁同步電動機(jī)可以順利起動，但當(dāng)由工頻電源直接供電時，由于定子旋

44、轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子永磁體磁場之間有相對源直接供電時，由于定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子永磁體磁場之間有相對運動，不能產(chǎn)生恒定方向的電磁轉(zhuǎn)矩，造成起動困難。運動，不能產(chǎn)生恒定方向的電磁轉(zhuǎn)矩，造成起動困難。 -40-第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理 為克服這一困難，永磁同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子一般設(shè)計成磁鋼內(nèi)為克服這一困難，永磁同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子一般設(shè)計成磁鋼內(nèi)埋式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子表面裝有和異步電動機(jī)相似的籠型繞組（如圖埋式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子表面裝有和異步電動機(jī)相似的籠型繞組（如圖8-18所示），稱為自起動永磁同步電動機(jī)。當(dāng)永磁同步電動機(jī)起動所示），稱為自起動永磁同步電動機(jī)。當(dāng)永磁同步電動機(jī)起動時，依靠籠型繞組產(chǎn)生如同異步電動機(jī)工作

45、時一樣的起動轉(zhuǎn)矩，時，依靠籠型繞組產(chǎn)生如同異步電動機(jī)工作時一樣的起動轉(zhuǎn)矩，帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來。等到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升到接近同步速時，依靠定帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來。等到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升到接近同步速時，依靠定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子永磁體的相互吸引把轉(zhuǎn)子牽入同步。這就是所子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子永磁體的相互吸引把轉(zhuǎn)子牽入同步。這就是所謂的謂的“異步起動，同步運行異步起動，同步運行”。在整個起動過程中，籠型繞組產(chǎn)。在整個起動過程中，籠型繞組產(chǎn)生異步起動轉(zhuǎn)矩，而永磁體產(chǎn)生發(fā)電制動轉(zhuǎn)矩，但當(dāng)達(dá)到同步速生異步起動轉(zhuǎn)矩，而永磁體產(chǎn)生發(fā)電制動轉(zhuǎn)矩，但當(dāng)達(dá)到同步速時，異步起動轉(zhuǎn)矩為零，而發(fā)電制動轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)變?yōu)橥綘恳D(zhuǎn)矩，時，異步起動轉(zhuǎn)矩為零，而發(fā)

46、電制動轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)變?yōu)橥綘恳D(zhuǎn)矩，帶動電動機(jī)正常同步運行。帶動電動機(jī)正常同步運行。可見，對于自起動永磁式同步電動機(jī)可見，對于自起動永磁式同步電動機(jī)來說，永磁體和籠型起動繞組之間的合理設(shè)計是十分重要的。來說，永磁體和籠型起動繞組之間的合理設(shè)計是十分重要的。 應(yīng)當(dāng)指出，如果電動機(jī)轉(zhuǎn)子本身慣性不大，或者是多極的低應(yīng)當(dāng)指出，如果電動機(jī)轉(zhuǎn)子本身慣性不大，或者是多極的低速電機(jī)，定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速不是很大，那么永磁同步電動機(jī)不另速電機(jī)，定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速不是很大，那么永磁同步電動機(jī)不另裝起動繞組也是可以直接起動的。裝起動繞組也是可以直接起動的。-41-第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理 三、梯形波永磁同步電動機(jī)

47、三、梯形波永磁同步電動機(jī) 直流電動機(jī)由于調(diào)速性能好、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點而在各種運直流電動機(jī)由于調(diào)速性能好、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點而在各種運動控制系統(tǒng)中等到廣泛應(yīng)用，但是直流電動機(jī)具有電刷和換向器動控制系統(tǒng)中等到廣泛應(yīng)用，但是直流電動機(jī)具有電刷和換向器裝置，運行時所形成的機(jī)械摩擦嚴(yán)重影響電機(jī)的精度和可靠性，裝置，運行時所形成的機(jī)械摩擦嚴(yán)重影響電機(jī)的精度和可靠性，因摩擦而產(chǎn)生的火花還會引起無線電干擾。電刷和換向器裝置使因摩擦而產(chǎn)生的火花還會引起無線電干擾。電刷和換向器裝置使直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、噪音大，維護(hù)也比較困難。所以，長期以直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、噪音大，維護(hù)也比較困難。所以，長期以來人們在不斷尋求可以不

48、用電刷和換向器裝置的直流電動機(jī)。隨來人們在不斷尋求可以不用電刷和換向器裝置的直流電動機(jī)。隨著電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和永磁材料的迅速發(fā)展，誕生了著電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和永磁材料的迅速發(fā)展，誕生了梯形波梯形波永磁同步電動機(jī)永磁同步電動機(jī)無刷直流電動機(jī)無刷直流電動機(jī)。這種電動機(jī)利用電子開關(guān)。這種電動機(jī)利用電子開關(guān)線路和位置傳感器來代替電刷和換向器，既具有直流電動機(jī)的運線路和位置傳感器來代替電刷和換向器，既具有直流電動機(jī)的運行特性，又具有交流電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)行特性，又具有交流電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點，它的轉(zhuǎn)速不再受機(jī)械換向的限制，可以制成轉(zhuǎn)速高達(dá)每分鐘點，它的轉(zhuǎn)速不

49、再受機(jī)械換向的限制，可以制成轉(zhuǎn)速高達(dá)每分鐘幾十萬轉(zhuǎn)的高速電動機(jī)。因此，無刷直流電動機(jī)用途非常廣泛，幾十萬轉(zhuǎn)的高速電動機(jī)。因此，無刷直流電動機(jī)用途非常廣泛，可作為一般直流電動機(jī)、伺服電動機(jī)和力矩電動機(jī)等使用?？勺鳛橐话阒绷麟妱訖C(jī)、伺服電動機(jī)和力矩電動機(jī)等使用。 -42-第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理 1. 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 無刷直流電動機(jī)由電動機(jī)本體、電子開關(guān)線路和轉(zhuǎn)子位置傳無刷直流電動機(jī)由電動機(jī)本體、電子開關(guān)線路和轉(zhuǎn)子位置傳感器三部分組成，其系統(tǒng)構(gòu)成如圖感器三部分組成，其系統(tǒng)構(gòu)成如圖8-19所示，其中直流電源通過所示，其中直流電源通過開關(guān)線路向電動機(jī)的定子繞組供電，位置傳感器檢測電動機(jī)

50、的轉(zhuǎn)開關(guān)線路向電動機(jī)的定子繞組供電，位置傳感器檢測電動機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，并提供信號控制開關(guān)線路中的功率開關(guān)元件，使之按照子位置，并提供信號控制開關(guān)線路中的功率開關(guān)元件，使之按照一定的規(guī)律導(dǎo)通和關(guān)斷，從而控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)動。一定的規(guī)律導(dǎo)通和關(guān)斷，從而控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)動。 -43-第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理 無刷直流電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖無刷直流電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖8-20所示，其中電動機(jī)結(jié)構(gòu)所示，其中電動機(jī)結(jié)構(gòu)與永磁同步電動機(jī)相似，轉(zhuǎn)子是由永磁材料制成的具有一定極數(shù)與永磁同步電動機(jī)相似，轉(zhuǎn)子是由永磁材料制成的具有一定極數(shù)的永磁體，主要有凸極式和內(nèi)嵌式兩種結(jié)構(gòu)；定子是電動機(jī)的電的永磁體，主要有凸

51、極式和內(nèi)嵌式兩種結(jié)構(gòu)；定子是電動機(jī)的電樞，定子鐵心中安放著對稱的多相繞組，可接成星形或角形，各樞，定子鐵心中安放著對稱的多相繞組，可接成星形或角形，各相繞組分別與電子開關(guān)線路中的相應(yīng)開關(guān)元件相連接，電子開關(guān)相繞組分別與電子開關(guān)線路中的相應(yīng)開關(guān)元件相連接，電子開關(guān)線路有橋式和非橋式兩種。圖線路有橋式和非橋式兩種。圖11-26表示的是常用的三相星形橋表示的是常用的三相星形橋式連接方式。式連接方式。 -44-第八章第八章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理 2. 工作原理工作原理 根據(jù)電子開關(guān)線路結(jié)構(gòu)和定子繞組聯(lián)接方式，無刷直流電動根據(jù)電子開關(guān)線路結(jié)構(gòu)和定子繞組聯(lián)接方式，無刷直流電動機(jī)可以有多種運行狀態(tài)，下面以兩相導(dǎo)通三相星形六狀態(tài)為例說機(jī)可以有多種運行狀態(tài)，下面以兩相導(dǎo)通三相星形六狀態(tài)為例說明無刷直流電動機(jī)的工作原理。明無刷直流電動機(jī)的工作原理。 假設(shè)在任意時刻開關(guān)線路的上橋臂和下橋臂各有一個晶體管假設(shè)在任意時刻開關(guān)線路的上橋臂和下橋臂各有一個晶體管導(dǎo)通，即三相繞組的通電順序依次