同步電機(jī)之工作原理

   圖9一5 ( a）為一臺兩極永磁同步發(fā)電機(jī)，定子三相繞組用三個線圈Ax 、 BY 、 CZ表示，轉(zhuǎn)子由原動機(jī)拖動以轉(zhuǎn)速n 。旋轉(zhuǎn)，永磁磁極產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的氣隙磁場，其基波為正弦分布式中，Bin為氣隙磁密的幅值；0為距坐標(biāo)原點(diǎn)的電角度，坐標(biāo)原點(diǎn)取為轉(zhuǎn)子兩個磁極之間中心線的位置。在圖9一5 ( a）瞬間，基波磁場與各線圈的相對位置如圖9一5 ( b）所示。定子導(dǎo)體切割該旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，根據(jù)感應(yīng)電動勢公式。一Blv可知，導(dǎo)體中的感應(yīng)電動勢e將正比于氣隙磁密B，其中Z為導(dǎo)體在磁場中的有效長度?；ù艌鲂D(zhuǎn)時(shí)，磁場與導(dǎo)體間產(chǎn)

生相對運(yùn)動且在不同瞬間磁場以不同的氣隙磁密B切割導(dǎo)體，在導(dǎo)體中感應(yīng)出與磁密成正比的感應(yīng)電動勢。設(shè)導(dǎo)體切割N極磁場時(shí)感應(yīng)電動勢為正，切割S極磁場時(shí)感應(yīng)電動勢為負(fù)，則導(dǎo)體內(nèi)感應(yīng)電動勢是一個交流電動勢。對于A相繞組，線圈的兩個導(dǎo)體邊相互串聯(lián)，其中的感應(yīng)電動勢大小相等，方向相反，為一個線圈邊內(nèi)感應(yīng)電動勢的2倍。將轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速用每秒鐘內(nèi)轉(zhuǎn)過的電弧度。表示，田稱為角頻率。在時(shí)間O一t內(nèi)，主極磁場轉(zhuǎn)過的電角度0 ? aJt，則A相繞組的感應(yīng)電動勢瞬時(shí)值為。式中，EI為感應(yīng)電動勢的有效值。 B 、 C相繞組的感應(yīng)電動勢分別滯后于A相繞組的感應(yīng)電動勢1200和240 。電角度，即。若給發(fā)電機(jī)接上三相對稱負(fù)載，則在定子三相對稱繞組中產(chǎn)生三相對稱電流，進(jìn)而產(chǎn)生三相基波合成磁場。該三相基波合成磁場以轉(zhuǎn)速、 s一掣旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向取決于三相電流的尸相序，由電流超前的相繞組軸線向電流滯后的相繞組軸線轉(zhuǎn)動。可以看出，三相基波合成磁場與永磁磁極產(chǎn)生的基波磁場轉(zhuǎn)速相等、轉(zhuǎn)向相同、相對靜止，產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子上的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩方向相反，為制動性質(zhì)。

永磁同步發(fā)電機(jī)空載時(shí)，氣隙中只有一個以同步速旋轉(zhuǎn)的永磁磁場，它在電樞繞組內(nèi)產(chǎn)生三相對稱感應(yīng)電動勢。外加三相對稱負(fù)載時(shí)，電樞繞組中將流過三相對稱電流，產(chǎn)生電樞反應(yīng)磁場，電機(jī)氣隙內(nèi)的磁場由電樞磁動勢和永磁磁動勢共同作用所產(chǎn)生。與空載時(shí)相比，電機(jī)的氣隙磁場發(fā)生了變化。電樞磁動勢的基波對氣隙基波磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。永磁同步發(fā)電機(jī)的空載磁場與永磁同步電動機(jī)相同，不再贅述，這里只討論電樞反應(yīng)磁場。

電樞反應(yīng)使氣隙磁場的幅值和空間相位發(fā)生變化，除了直接關(guān)系到機(jī)電能量轉(zhuǎn)換之外，還有去磁或助磁作用，對電機(jī)的運(yùn)行性能產(chǎn)生影響。電樞反應(yīng)的性質(zhì)（助磁、去磁或交磁）取決于電樞磁動勢和主磁場在空間的相對位置，這一相對位置與勵磁電動勢戶。和負(fù)載電流i之間的相位差鞏（內(nèi)功率因數(shù)角）有關(guān)。下面根據(jù)鞏值的不同，分成兩種情況加以分析。