永磁同步電機研究

1、永磁同步電機研究一、緒論目前，在電動汽車電驅動系統(tǒng)中，永磁同步電動機(PMSM)系統(tǒng)以其高技、高控制精度、高轉矩密度、良好的轉矩平穩(wěn)性及低振動噪聲的特點受到國外電動汽車界的高度重視，是更具競爭力的電動汽車驅動電機系統(tǒng)。而且，中國擁有占世界80%儲量的稀土資源，發(fā)展永磁電機作為電動汽車牽引電機具有得天獨厚的優(yōu)勢。PMSMpermanentmagnetsynchronousmotor是指根據電機的反電動勢進行區(qū)分定義的電機：正弦反電勢的永磁同步電機。以前采用的交流傳動需要一個變速齒輪機構來將電機的轉距傳遞到輪軸上，而采用永磁同步電機可以將電機整體地安裝在輪軸上，形成整體直驅系統(tǒng)，即一個輪軸就是一個

2、驅動單元，省去了一個齒輪箱優(yōu)點：(1) PMS施動牽引力大(2) PMSM：身的功率效率高以及功率因素高；(3) PMSMC驅系統(tǒng)控制性能好；(4) PMSMt熱小，因此電機冷卻系統(tǒng)結構簡單、體積小、噪聲?。?5) PMSMt許的過載電流大，可靠性顯著提高；(6) 在高速范圍中電機噪聲明顯降低；(7) 系統(tǒng)傳動損耗明顯降低，系統(tǒng)發(fā)熱量??；(8) 系統(tǒng)采用全封閉結構，無傳動齒輪磨損、無傳動齒輪噪聲，免潤滑油、免維護；(9) 整個傳動系統(tǒng)重量輕，簧下重量也比傳統(tǒng)的輪軸傳動的輕，單位重量的功率大；(10) 由于電機采用了永磁體，省去了線圈勵磁，理論可節(jié)能10犯上；(11) 由于沒有齒輪箱，可對裝向架

3、系統(tǒng)隨意設計：如柔式裝向架、單軸轉向架，使列車動力性能大大提高。二、電動汽車電機的性能要求：汽車行駛的特點是頻繁地啟動、加速、減速、停車等。在低速或爬坡時需要高轉矩，在高速行駛時需要低轉矩。電動機的轉速范圍應能滿足汽車從零到最大行駛速度的要求，即要求電動機具有高的比功率和功率密度。電動汽車電動機應滿足的主要要求可歸納為如下10個方面：(1)高電壓。在允許的范圍內，盡可能采用高電壓，可以減小電動機的尺寸和導線等裝備的尺寸，特別是可以降低逆變器的成本。工作電壓由THS的274V提高到THSB的500V;在尺寸不變的條件下，最高功率由33kW提高到50kW,最大轉矩由350N"m提高到40

4、0ON"m可見，應用高電壓系統(tǒng)對汽車動力性能的提高極為有利。轉速高。電動汽車所采用的感應電動機的轉速可以達到800012000r/min,高轉速電動機的體積較小，質量較輕，有利于降低裝車的裝備質量。(3)質量輕，體積小。電動機可通過采用鋁合金外殼等途徑降低電動機的質量，各種控制裝置和冷卻系統(tǒng)的材料等也應盡可能選用輕質材料。電動汽車驅動電動機要求有高的比功率(電動機單位質量的輸出功率)和在較寬的轉速和轉矩范圍內都有較高的效率，以實現降低車重，延長續(xù)駛里程；而工業(yè)驅動電動機通常對比功率、效率及成本進行綜合考慮，在額定工作點附近對效率進行優(yōu)化。(4)電動機應具有較大的啟動轉矩和較大范圍的調

5、速性能，以滿足啟動、加速、行駛、減速、制動等所需的功率與轉矩。電動機應具有自動調速功能，以減輕駕駛員的操縱強度，提高駕駛的舒適性，并且能夠達到與內燃機汽車加速踏板同樣的控制響應。(5)電動汽車驅動電動機需要有45倍的過載，以滿足短時加速行駛與最大爬坡度的要求，而工業(yè)驅動電動機只要求有2倍的過載就可以了。(6)電動汽車驅動電動機應具有高的可控性、穩(wěn)態(tài)精度、動態(tài)性能，以滿足多部電動機協調運行，而工業(yè)驅動電動機只要求滿足某一種特定的性能。(7)電動機應具有高效率、低損耗，并在車輛減速時，可進行制動能量回收。(8)電氣系統(tǒng)安全性和控制系統(tǒng)的安全性應達到有關的標準和規(guī)定。電動汽車的各種動力電池組和電動機

6、的工作電壓可以達到300V以上，因此必須裝備高壓保護設備以保證安全。(9)能夠在惡劣條件下可靠工作。電動機應具有高的可靠性、耐溫和耐潮性，并在運行時噪聲低，能夠在較惡劣的環(huán)境下長期工作。(10)結構簡單.適合大批量生產，使用維修方便.價格便宜等。三、電動汽車電機的國內外研究現狀電動汽車的動力驅動機構經歷了直流電動機、交流感應電動機和特種專用電動機的發(fā)展過程。其中，早期的動力驅動機構均是采用直流電動機，隨著電力電子技術、計算機應用技術的進步和實用化進程的推進，以交流電動機為核心的交流驅動系統(tǒng)開始引起人們的廣泛重視。直流電動機以其優(yōu)良的驅動和控制性能等優(yōu)點，最早在電動汽車中廣泛應用。其中，直流電動

7、機中應用最廣的是直流用勵電動機，其次是直流并勵電動機。20世紀80年代以前的電動汽車，大都采用直流申勵電動機與晶體管斬波器作為驅動器。這種方式在低速時有很大的轉矩輸出。通常采用晶體管斬波器脈寬調制方式，其最高轉速可達4000-6000轉/min,低速平穩(wěn)性好。直流電機驅動要解決的問題是效率問題。由于直流電動機的效率及可靠性問題、物理體積龐大以及由于換向器的存在而導致的低速平穩(wěn)性等問題，同時研究表明，采用直流電動機驅動的系統(tǒng)回轉部分的慣性是相同容量的交流電動機的35倍。因此，目前，直流電動機已很少作為電動汽車驅動機構而被考慮采用。交流感應電動機以其結構簡單、體積小以及可靠性高等特點，隨著電力電子

8、技術、計算機控制技術的進步和實用化，人們已開始考慮并逐步實施感應電動機驅動在電動汽車上的應用。另外，普通感應電動機的運行效率比永磁電機和開關磁組電機低，特別是低速運行時效率更低。永磁電機具有更高能量密度、體積小、重量輕、結構簡單、效率高、控制靈活等特點。在電動汽車中有極好的應用前景。永磁無刷電機系統(tǒng)分為兩類：一類是方波驅動的無刷直流電動機系統(tǒng)(BDCM);另一類是永磁同步電動機系統(tǒng)(PMSM),也稱之為正弦波驅動的無刷直流電動機系統(tǒng)。永磁無刷電動機能量密度高于電磁式、磁阻式電機，目前的研究多集中于提高電機轉矩/重量比方面。典型的永磁無刷電動機系統(tǒng)是一種準解耦矢量控制系統(tǒng)。永磁同步電動機的磁性能

9、受溫度、震動等的影響，過載能力受控制器的限制。近年來，電動汽車應用方波驅動的無刷直流電動機系統(tǒng)的越來越多，而采用永磁同步電動機系統(tǒng)的電動汽車也為數不少。在電動汽車的直接驅動方面，這兩種電機較其它各種電機具有更明顯的優(yōu)勢。傳統(tǒng)的交流電機均采用正弦波電源，考慮到方波電機可比正弦波電機產生更大的轉矩(例如，準方波電機要比正弦波電機多輸出大約10的轉矩)，方波電機的研制和應用引起人們的注意，如開關磁阻電機。開關磁阻電機結構簡單、堅固，轉子上沒有繞組、磁鋼或滑環(huán)，可以高速運行，效率較高。既具有異步電動機矢量控制系統(tǒng)的高效率、高可靠性，又具有直流調速系統(tǒng)的良好控制特性。但開關磁阻電動機具有嚴重的非線性。因

10、而，許多工作集中于非線性基礎上的電磁轉矩和鐵耗的精確求解上。對于開關磁阻電動機的轉矩、轉速控制，一般在低速時采用電流斬波控制，或稱之為電流滯環(huán)控制，以獲得恒轉矩特性；在高速時，采用角度位置控制。從目前電動汽車驅動機構及系統(tǒng)的發(fā)展趨勢來看，目前和未來的電動汽車電驅動模式向著交流電動機驅動方向發(fā)展。(1)特種結構永磁轉子的永磁同步電動機：采用新型結構的永磁轉子，使永磁同步電機更適合高速的運行；能產生更大的轉矩、易實現弱磁控制、承受高速旋轉時的機械力。(2)采用混合勵磁方式的同步電機：這種同步電動機一方面可以提高永磁電機弱磁控制恒功率運行特性，另一方面，在混合電動汽車上，還可以作發(fā)電機使用。混合勵磁

11、同步電機綜合了直流勵磁同步電機和永磁同步電機兩種電機的優(yōu)點。特點是：特別適合于需要恒功率調速的場合，可以作混合電動汽車的發(fā)電機運行；體積?。恍时犬惒诫妱訖C高。四、電動汽車驅動機構電機驅動系統(tǒng)包括電子控制器、功率轉換器、電動機、機械傳動裝置和車輪，其功用是將電源的電能轉化為機械能，通過傳動裝置或直接驅動車輪和工作裝置。五、永磁同步電機的永磁轉子的選擇轉子采用永磁體代替電勵磁，根據永磁體在轉子上的安裝位置不同，正弦波永磁同步電機又分為三類：凸裝式、嵌入式和內埋式為了提高電機的磁阻轉矩、提高弱磁擴速能力及機械強度，電動汽車用PMSM宜選用雙層永磁體的內置式磁體結構。為增大PMSM1轉矩密度，應加大

12、永磁體用量，顯然徑向矩形磁體結構是不適宜的。在其它磁體結構如瓦片型結構、V型結構、U型結構及切向結構中，v型結構及切向結構可看作U型結構的特例，因此電動汽車用PMSMJ磁體結構型式認為只有瓦片型結構及U型結構。如圖23凸良人把鉆同步把風能）矗太結蜘(a)瓦片型結構(b)U型結構圖2電動汽車用PMSM轉子結構型式(1)與瓦片式磁體結構相比，U型磁體結構在弱磁能力方面占有優(yōu)勢。同時，U型磁體結構還具有明顯的制造成本和價格優(yōu)勢，具有更寬余的永磁體擺放空問，這對于電動汽車用調速PMSM多用永磁體增大漏磁系數的設計原則是有利的。(2)u型結構的凸極率特別是在低速大轉矩時的凸極率小于瓦片式結構，且U型結構

13、的機械強度要比瓦片式結構差。(3)在抑制轉矩脈動方面，通常通過對電機結構進行優(yōu)化設計來實現。例如：采用不均勻氣隙，在轉子上分布圓形孔洞，優(yōu)化定子齒形，優(yōu)化磁極形狀等等。圖2為一種新型永磁體形狀設計。磁橋寬度保持不變，隨著角度8變小，轉矩脈動和齒槽轉矩減小。圖2標準模型與修改后的模型電動汽車驅動用PMSM的磁體結構應根據實際應用工況綜合考慮電機的弱磁能力、抗失磁能力、機械強度及磁阻轉矩的利用等方面的具體情況進行選擇。有了高性能永磁材料，還要充分、合理地利用永磁體。用永磁體的矩形結構替代通常的瓦片形結構，能降低永磁體的加工用時與用量。自起動永磁同步電動機所需的永磁體體積為Vm = 2pSfLM =

14、 2PLM454匯UcK/B.Hm1 B k丁、 jle rnM mD AB占PnPDA"ncosPn60f式中_4x6,1<7efcrrxtKs1-*匚-/%KtKwBHm裕量系數;巳,氣限磁感應斷度；L”永磁體的例11句長度:A電負d：j:D電根TL徑永磁體的主要尺寸確定永磁體有3個主要尺寸：磁化方向長度hM、磁化寬度bM、以及軸向長度LMo通常而言，永磁體的LM取為永磁電機電樞的軸向長度（因為LM過長與過短都無實際意義。），所以設計永磁體尺寸時可只考慮另外兩個尺寸hM和bM當永磁電機轉子永磁體采用內置徑向式磁路結構時，永磁體尺寸的預估計算公式為（3-6）,本設計中所采用的

15、就是內置徑向式轉子磁路結構。(3-6)當永磁電機轉子永磁體采用內置切向式磁路結構時，永磁體尺寸的預估計算公式為：Im（12sb_b0*B.l%"Br.K'Lm式中，Ks電機的飽和系數，其值為1.051.3;Ka與轉子結構有關的系數0.71.2;bm0永磁體空載工作點；6氣隙長度（mm）;（70空載漏磁系數；B61氣隙磁密基波幅值（T）;r1極距（mm）;Lef鐵心長度（mm）;Br剩余磁感應強度（T）;K氣隙磁通波形系數；LM軸向長度（mm）。氣隙長度選取永磁同步電動機的氣隙長度是一個十分重要的尺寸參數，雖然其對永磁電機無功電流的影響沒有對感應電機的無功電流的影響那樣敏銳，可

16、其對永磁電機的直、交軸電抗有很大的影響。而且，氣隙長度的大小還在很大程度上影響著永磁電機的裝配工藝與永磁電機的雜散損耗。通常，永磁同步電動機的氣隙長度比同容量的感應電動機的氣隙長度要大，主要是由于永磁電機中氣隙磁場的諧波含量比感應電機的大，另外，電機的容量與中心高越大，永磁電機的氣隙長度就比同規(guī)格感應電機的氣隙長度大的越多，一般而言要大0.01O.O3cm。這在很大程度上是由于適當地增大氣隙長度能夠在一定范圍內降低永磁同步電動機過大的雜散損耗，能減小電機的振動、噪聲以及使電機的裝配工藝簡便化。有實驗數據顯示，當一臺永磁同步電動機的氣隙長度增加0.0lcm時，它的雜散損耗的下降度能提高1.5%。

17、因此，設計自起動永磁同步電動機的氣隙長度時，可依據相似規(guī)格的感應電機的氣隙長度值進行選取，然后再進一步作適當修改即可。六、永磁同步電機定子的選擇永磁同步電機的種類繁多，按照定子繞組感應電動勢的波形的不同，可以分為正弦波永磁同步電機（PMSM和梯形波永磁同步電機（BLDC）。正弦波永磁同步電機定子由三相繞組以及鐵芯構成，電樞繞組常以Y型連接，采用短距分布繞組；氣隙場設計為正弦波，以產生正弦波反電動勢；定子繞組一般制成多相，轉子由永久磁鋼按一定對數組成。電機電樞繞組既有采用集中整距繞組的,也有采用分布短距繞組和非常規(guī)繞組的"正弦波永磁同步電動機通常采用分布短距繞組,但在一些正弦波電流控制

18、永磁同步電動機中,為了減少繞組產生的磁動勢空間諧波,使之更加接近正弦分布以提高電動機的有關性能,采用了非常規(guī)繞組,可大大減小電動機轉矩紋波,提高電動機運行平穩(wěn)性。為了減小電動機雜散損耗,定子繞組通常采用星型接法。七、提高弱磁擴速能力弱磁控制可以實現永磁同步電動機在低速時能輸出恒定轉矩，高速時能輸出恒定功率，有較寬的調速范圍。較弱的弱磁性能能夠在逆變器容量不變的情況下提高系統(tǒng)性能；或者說在保持系統(tǒng)性能不變的前提下降低電機的最大功率，從而降低逆變器的容量。因此對永磁同步電動機進行弱磁控制并且拓寬弱磁范圍有著重要的意義。為了提高電機效率、擴大電機的弱磁能力，國內外提出了許多弱磁設計方案：其中代表性的

19、主要有：(1) 定子采用深槽結構：通過采用深槽結構增加直軸漏杭，從而增加電機的弱磁能力。日本人采用這種方法設計出的樣機最高速度可達13000r/min。但采用這種方法高速鐵耗比較大。日本電機采用了高性能低飽和硅鋼片，采用普通的硅鋼片材料設計效果不會很好。(2) 復合轉子結構：復合式轉子由永磁段和軸向層疊磁阻段組成，兩者同軸置于同一定子鐵心內?？梢詫@兩部分進行獨立設計，磁阻段用于控制電機直、交軸電抗參數，以獲得需要的凸極比。這種結構可以增大電機的直軸電抗，擴大電機的轉速范圍。但這種結構會使轉矩密度降低，高速時鐵磁損耗很大。(3) 交替極結構永磁電機：這種電機的定子由疊片鐵心、鐵軛以及3相繞組組

20、成；沿圓周的直流繞組被放置在定子鐵心的中間。轉子極分為兩部分：一部分放徑向磁化的永磁體，一部分為鐵極結構。該結構容易實現弱磁控制，但直流繞組的引入減小了功率密度，對空間體積的要求也增加了。(4) 雙套定子繞組：低速時采用低速繞組提高電機的轉矩、降低電流從而提高電機的效率，高速時采用高速繞組降低電機的反電勢擴大電機的高速運行范圍。美國技術公司就采用了這項技術。沈陽工業(yè)大學和香港大學也對這項技術進行了研究。香港大學通過實驗證明采用雙套繞組后永磁同步電機的最高轉速可由2000rmin擴大到4500rmin以上。八、電機設計步驟通過前面幾節(jié)的分析，可以形成一套電動汽車用永磁同步電機的設計方法，按照設計

21、的順序，它包含以下幾個方面：(1) 主要尺寸設計?？焖俚玫诫姍C的初步設計方案，滿足整車頻繁調整尺寸的要求。(2) 磁路設計、繞組設計和電路參數設計。這部分與傳統(tǒng)永磁同步電機設計區(qū)別不大。但應多采用解析計算，有限元仿真作輔助。因為，電動汽車驅動電機設計方案從提出到成型需要調整的次數非常多，采用具備一定精度的解析計算，可以方便在設計過程中加入優(yōu)化算法，提高設計的效率。(3) 額定工作性能設計。通過引入電機控制策略，計算實際運行情況下的額定工作性能，得到滿足額定性能指標的基本設計方案。(4) 弱磁擴速比和過載倍數計算。首先計算電機在不同過載倍數下達到極限溫度所用的時間，然后確定電機在額定轉速與最高轉

22、速下的過載倍數，最后得到電機帶載的弱磁擴速比。通過這兩個參數的計算和對基本設計方案的調整，得到滿足電機轉速、轉矩指標的可行設計方案。(5) 區(qū)域性能設計。通過電機效率Map圖的計算，調整可行設計方案，盡量擴大電機工作的高效區(qū)，得到優(yōu)化設計方案。(6) 依據車輛運行的循環(huán)工況計算電機的性能。根據不同循環(huán)工況的計算結果，優(yōu)化設計方案的溫度指標，得到從電動汽車角度出發(fā)的優(yōu)化設計方案。九、電動汽車研究熱點和發(fā)展趨勢永磁同步電機的功率因數大、效率高、功率密度大、是一種比較理想的驅動電機，但正由于電磁結構中轉子勵磁不能隨意改變導致電機弱磁困難，調速特性不如直流電機，目前永磁同步電機理論還不如直流電機和感應

23、電機完善還有許多問題需要進一步研究主要有以下兩方面：(1)電機效率：永磁同步電機低速效率較低，如何通過設計降低低速損耗減小低速額定電流是目前研究的熱點之一（2）電機的弱磁能力永磁同步電機由于轉子是永磁體勵磁隨著轉速的升高電動機電壓會逐浙達到逆變器所能輸出的電壓極限這時要想繼續(xù)升高轉速只有靠調節(jié)定子電流的大小和相位增加直軸去磁電流來等效弱磁提高轉速，電機的弱磁能力大小主要與直軸電抗和反電勢大小有關，但永磁體串聯在直軸磁路中，所以直軸磁路一般磁阻較大，弱磁能力較小,電機反電勢較大時，也會降低電機的最高轉速。國內外提出了許多弱磁設計方案，其中代表性的主要有：（ 1） 定子采用深槽結構：通過采用深槽結

24、構增加直軸漏杭%從而增加電機的弱磁能力。（ 2） 復合轉子結構：復合式轉子由永磁段和磁阻段組成，安放在同一定子鐵芯內。（ 3） 雙套定子繞組：低速時采用低速繞組提高電機的轉矩、降低電流從而提高電機的效率，高速時采用高速繞組降低電機的反電勢擴大電機的高速運行范圍。目前永磁同步電機的發(fā)展趨勢主要有以下幾方面：（ 4） 位置傳感器永磁同步電機驅動系統(tǒng);（ 5） 有磁場控制的永磁同步電機驅動系統(tǒng);（ 6） 式永磁同步電機驅動系統(tǒng);（ 7） 力傳動一體化電機驅動系統(tǒng)（電機/減速,齒輪/傳動軸）;（ 8） 饋電永磁同步電機驅動系統(tǒng);十、永磁同步電機數學模型忽略電機鐵耗，銅耗，定子電阻和飽和效應，根據同步電

25、機雙反應理論可寫出電壓、磁鏈和轉矩方程（電動機慣例）：5=枕4%=叩dT=呷ML-男兒)=謝”+卬4-&)其中以，為定子電壓.為定子電流為方便分析，選取如下基值標么化參數%=ufaL，%=®lm，=k(7.1)(7.2)(7.3)其中為定予極限電流，為定子極限電壓，為電機運行在最高轉速時對應的電角速度.永磁電機在低速運行時，可認為電機電源電壓不受限制，達到極限電流。由式(3.1)(3.2)C3.3)可寫出：4=1為求取最大電磁轉矩；令(7.4)一吟+8(工；也二。)(7.5)式(3.5)代入式(3.4)可得:(7.6)其中:C=+8(Z；-£；)2在最高速轉運行，定

26、子電壓為定子最高電壓，定予電流達到極限電流時，由式(7.1)(7.2)(7.3)可列寫下式:.(以)尸+必)、1v(7.7)通過式(7.6)與式(7.7)即可對永磁電機的設計參數進行合理得選取。而在實際中可以通過電機的運行路況來確定電機的參數所選擇的電動機功率應不小于在平坦良好路面上車輛以最高車速行駛時阻力功率之和，即式中，Pe為電動機額定功率；M為整車總質量；g為重力加速度；f為滾動阻力系數；Uma勸最高車速；Cd為空氣阻力系數；A為車輛迎風面積；“t為傳動系效率以常規(guī)車速確定電動機額定轉速通常以電動汽車經常跑動的車速來確定電動機的額定轉速，也即電動機經常運行的轉速。iivg0.377尸其中

27、：Nm電動機額定轉速，r/min；ig一變速器傳動比io一主減速器傳動比;Vn一常規(guī)車速；Km/h;r一滾動半徑/m以額定功率和額定轉速確定電動機額定轉矩：9550尸N-Nm其中：TN一額定轉矩，N_m以最大爬坡度確定其短時工作條件下的低速轉矩假定以勻速爬坡，車輛在行駛過程中所受阻力有滾動阻力，空氣阻力,坡道阻力。則電動機提供的驅動力為:CAVF=cosa+苛+mgsina其中：F廣電動汽車驅動力，N;d_坡道角度值。再根據車輛驅動力與電機輸出軸轉矩關系式，便可得出所需轉矩:T=F*r當電動汽車以額定車速在平地上勻速行駛時，電動機輸出的轉矩即為額定轉矩。電動機加速性能在水平良好路面上，車輛的行

28、駛加速度表小為:式中：Ttq一電機額定轉矩；ig變速器傳動比；i0一主減速器傳動比；r車輪半徑；”一傳動機構效率，包寸S變速器、傳動軸和主減速器；Fa車輛行駛的空氣阻力，*2115；Ff車輛行駛滾動阻力4=M，Ml總質量；6轉動質量換算系數。十一、電機計算正弦波永磁同步電動機與電勵磁凸極同步電動機有著相似的內部電磁關系，故可采用雙反應理論來研究。需要指出的是，由于永磁同步電動機轉子直軸磁路中永磁體的磁導率很小，使得電動機直軸電樞反應電感一般小于交軸電樞反應電感。同步電機的額定值1）額定電壓：是指在正常運行時，按照制造廠的規(guī)定，定子三相繞組上的線電壓。電壓的單位用V或kV表示。2）額定電流：流過

29、定子繞組的線電流。3）額定功率：是指在正常運行時，電機的輸出功率。A:對于發(fā)電機而言：輸出的是電功率。PN33UnINCOSNB:對于電動機而言：輸出的是機械功率。Pn'3UnNNCOSn4 .相數m:一般m=35 .額定頻率：電源逆變器輸出頻率。6）額定轉速：額定轉速即為電機的同步速，在一定極數及頻率時，它的轉速是定值。nN60fNP7）額定勵磁電壓8）額定勵磁電流電樞反應：內功率因數角W=00時軸q軸A軸交軸電樞反應內功率因數角3=900q軸A軸直軸去磁電樞反應內功率因數角W=-900q軸A軸直軸助磁電樞反應內功率因數角00V年900既有交軸又有直軸去磁電樞反應電樞磁勢和電樞電流分

30、量FaFad F aq直軸分量FadFa sin交軸分量FaqFa cos?1）小=00, q 1 aI Id I qI d I sinI q I cos交軸電樞磁動勢和勵磁磁動勢作用產生電磁力,形成制動性質的電磁轉矩Tem勵磁磁動勢超前電樞磁動勢2）巾小=1800,交軸電樞磁動勢和勵磁磁動勢作用產生電磁力，形成驅動性質的電磁轉矩Tem電樞磁動勢超前勵磁磁動勢?3）巾=小=900,IdIr，直軸電樞磁動勢也產生電磁力，但不形成電磁轉矩當同步發(fā)電機供給滯后電流時，電樞磁勢除了一部分產生交軸電樞反應外，還有一部分產生直軸去磁電樞反應；當電機供給超前電流時，電樞磁勢除了一部分產生交軸電樞反應外，還有

31、一部分產生直軸增磁電樞反應。(3)同步發(fā)電機負載運行1) 隱極同步電機的電樞反應：在三相對稱電流通過電樞繞組后，所產生的匝鏈定子繞組的磁通為(a)，兩者在電樞繞組中所產生的全部電勢為.EaE(jIaXajIaX).jIa(XaX)jIaXt式中XtXaX稱為隱極同步電機的同步電抗。2) 凸極同步電機：將磁動勢Fa分解成沿直軸和交軸方向的兩個分量。FadFasinFaqFacos有：.EadjIdXad.EaqjIdXaqXdXaqX直軸和交軸電樞反應電抗各和定子漏抗相加，便可以得到直軸同步電抗和交軸同步電抗，即：Xq在永磁同步電機中可以看成是凸極同步電機，故有：當凸極同步發(fā)電機在對稱負載下運行

32、時，氣隙中也存在著兩種旋轉磁勢，即轉子上磁極磁勢和定子上電樞磁勢。由于凸極電機中，轉子直軸和交軸上的氣隙不等，在分析電樞磁勢影響時，必須按照前面我們所分析的將磁動勢分解成直軸和交軸兩個分量，然后和處理隱極電機一樣，不考慮磁路的飽和現象，應用迭加原理認為它們各自獨立地產生相應的磁通，并在電樞繞組內產生感應電勢。凸極發(fā)電機的電磁過程：Ifpf=>E(JJdad1Ead>Eg/=>=>/q=>反五=>0)叼=>Eaq,這樣，產生的端電壓為:EoEadEaqEUIaRa整理得：E0 U jIdXad jlqXaq jlaXI a Ra可以把漏抗壓降分解成兩個分

33、量，即:j(IdIq)XjIdXjIqXE0 U jId(XadX ) j Iq(Xaq X ) IaRaUjIdXdjIqXqIaRa凸極發(fā)電機的相量圖如下:arctanxqIU sinU cos(4)凸極同步發(fā)電機的功角特性Pem mUIa cos mUI a cos( ) mUL cos cos mUI a sin sin aamUI a cos mUI d sin q凸極同步發(fā)電機的相量圖:從凸極發(fā)電機的相量圖可以看出:IaXa U sinq qIdXdE0 U cosIqIdU sin*E0 U cosXd最后，可得:U sinPemmU 一XqcosmU Eo Ucos sinXdUE。.mosinXd'''EmPem2(X Xq1)sin2Xd式中Pem為基本電磁功率；P'm為附加電磁功率顯然，此時當功角=90。時，電磁功率并不