電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)6

1、/2ybzcaxIII 與異步電動(dòng)機(jī)不同，同步電機(jī)采用的是雙邊激磁同步電機(jī)采用的是雙邊激磁，即不僅定子繞組通以三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)和磁場(chǎng)，且轉(zhuǎn)子繞組也通以直流勵(lì)磁（或采用永磁體）產(chǎn)生磁勢(shì)和磁場(chǎng)，故要求轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必須與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)保持同步（其轉(zhuǎn)差為零），才能產(chǎn)生有效的電磁轉(zhuǎn)矩。21fsf0()/osnnn0nn20f 在原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)下，轉(zhuǎn)子磁極以同在原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)下，轉(zhuǎn)子磁極以同步速拖動(dòng)氣隙合成磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，因而在步速拖動(dòng)氣隙合成磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，因而在定子繞組中感應(yīng)電勢(shì)，并輸出電功率，定子繞組中感應(yīng)電勢(shì)，并輸出電功率，從而將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)換為從而將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)換為電功率輸出，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電能量轉(zhuǎn)換

2、。電功率輸出，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。 同步發(fā)電機(jī)的工作原理：同步發(fā)電機(jī)的工作原理： 同步電機(jī)定子的結(jié)構(gòu)與異步電機(jī)完全相同，而轉(zhuǎn)子則有所不同。按照轉(zhuǎn)子勵(lì)磁方式的不同，同步電機(jī)可分為永磁式同步電機(jī)和轉(zhuǎn)子帶直流勵(lì)磁繞組的同步電機(jī)；按照轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，同步電機(jī)又分為隱極式同步電機(jī)隱極式同步電機(jī)和凸極式同步電機(jī)凸極式同步電機(jī)。 同步電機(jī)的額定數(shù)據(jù)同步電機(jī)的額定數(shù)據(jù)l 額定功率額定功率 ；l 額定電壓額定電壓 ；l 額定電流額定電流 ；l 額定功率因數(shù)額定功率因數(shù) ；l 額定頻率額定頻率 ( (Hz) )；l 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 ( (r/min) )，即為同步速；，即為同步速；l 額定效率額定效率 ；此外，

3、還包括：轉(zhuǎn)子額定勵(lì)磁功率此外，還包括：轉(zhuǎn)子額定勵(lì)磁功率 、額定勵(lì)磁電壓、額定勵(lì)磁電壓 以及額定以及額定溫升等。溫升等。NfNPNUNINcosNnNfNPfNU 額定數(shù)據(jù)之間滿(mǎn)足下列關(guān)系式： 對(duì)于三相同步發(fā)電機(jī)：對(duì)于三相同步發(fā)電機(jī)：NNNNNNIUSPcoscos3對(duì)于三相同步電動(dòng)機(jī)：對(duì)于三相同步電動(dòng)機(jī)：NNNNNIUPcos3 同步電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)同步電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì) 當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)的定子三相對(duì)稱(chēng)繞組連接到三相對(duì)稱(chēng)電源上時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生三相合成旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，簡(jiǎn)稱(chēng)電樞磁動(dòng)勢(shì)，用空間矢量Fa表示。 設(shè)電樞磁動(dòng)勢(shì)Fa 的轉(zhuǎn)向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?，轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速。在同步電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)子也是逆時(shí)針?lè)较蛞酝睫D(zhuǎn)速旋

4、轉(zhuǎn)。由直流勵(lì)磁電流If 產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)，用Ff 表示，它也是一個(gè)空間矢量。電樞磁動(dòng)勢(shì)Fa 與勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)Ff ，兩者都以同步轉(zhuǎn)速按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，但是兩者在空間的位置不一定相同。 這里規(guī)定兩個(gè)軸方向：轉(zhuǎn)子這里規(guī)定兩個(gè)軸方向：轉(zhuǎn)子N N極和極和S S極的中心線稱(chēng)為直極的中心線稱(chēng)為直軸或縱軸，簡(jiǎn)稱(chēng)軸或縱軸，簡(jiǎn)稱(chēng)d d 軸；與直軸相距軸；與直軸相距9090 空間電角度的方向空間電角度的方向稱(chēng)為交軸或橫軸，簡(jiǎn)稱(chēng)稱(chēng)為交軸或橫軸，簡(jiǎn)稱(chēng)q q 軸。直軸和交軸隨轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)軸。直軸和交軸隨轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)三相同步電機(jī)空載時(shí)的電磁關(guān)系三相同步電機(jī)空載時(shí)的電磁關(guān)系空載：空載： 同步電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，電樞電流同

5、步電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，電樞電流 。0I 若在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)通以直流勵(lì)磁電流 ，則轉(zhuǎn)子的直流勵(lì)磁磁勢(shì)（或安匝數(shù)） 為：fIfFfffFN I 由勵(lì)磁磁勢(shì) 建立主磁場(chǎng)并產(chǎn)生主磁通 ，主磁通 以同步速切割定子繞組，定子繞組會(huì)感應(yīng)出電勢(shì) ，其電磁關(guān)系可用下圖表示。fF000E同步電機(jī)空載運(yùn)行的電磁關(guān)系 先考慮勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)Ff單獨(dú)在電機(jī)主磁路中產(chǎn)生磁通時(shí)的情況。勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)Ff總是在直軸方向，產(chǎn)生的磁通如下圖所示。將由勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)Ff 單獨(dú)產(chǎn)生的磁通叫勵(lì)磁磁通，用f 表示。f 經(jīng)過(guò)的磁路是以直軸為對(duì)稱(chēng)的 根據(jù)電磁感應(yīng)定律， 可表示為：0E001114.44 wEjf N k其中， 為定子繞組感應(yīng)電勢(shì)的頻率，它由下式給

6、出：1f6011npf 改變 的大小，主磁通 將發(fā)生變化， 也將隨之發(fā)生改變。 與 之間的關(guān)系又稱(chēng)為同步電機(jī)的空載特性同步電機(jī)的空載特性。典型同步電機(jī)的空載特性如下圖所示。fI00E0EfI典型同步電機(jī)的空載特性三相同步電機(jī)負(fù)載后的電樞反應(yīng)三相同步電機(jī)負(fù)載后的電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)：電樞反應(yīng)： 同步電機(jī)負(fù)載后，定子三相對(duì)稱(chēng)繞組中就有三相對(duì)稱(chēng)電流流過(guò)，從而在定子中同步電機(jī)負(fù)載后，定子三相對(duì)稱(chēng)繞組中就有三相對(duì)稱(chēng)電流流過(guò)，從而在定子中產(chǎn)生以同步速旋轉(zhuǎn)的電樞磁勢(shì)產(chǎn)生以同步速旋轉(zhuǎn)的電樞磁勢(shì) 和磁場(chǎng)和磁場(chǎng) ，它與以同步速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁勢(shì)，它與以同步速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁勢(shì) 和主和主磁場(chǎng)磁場(chǎng) 保持相對(duì)靜止，因此可以相互疊加

7、產(chǎn)生有效的氣隙磁勢(shì)保持相對(duì)靜止，因此可以相互疊加產(chǎn)生有效的氣隙磁勢(shì) 和磁場(chǎng)和磁場(chǎng) 。 換句話(huà)說(shuō)，與空載運(yùn)行相比，同步電機(jī)負(fù)載后的氣隙磁場(chǎng)將發(fā)生改變，這一換句話(huà)說(shuō)，與空載運(yùn)行相比，同步電機(jī)負(fù)載后的氣隙磁場(chǎng)將發(fā)生改變，這一變化是由電樞磁勢(shì)引起的。通常，把定子電樞磁勢(shì)對(duì)主磁場(chǎng)的影響稱(chēng)為變化是由電樞磁勢(shì)引起的。通常，把定子電樞磁勢(shì)對(duì)主磁場(chǎng)的影響稱(chēng)為電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)。 aFaBfF0BFB相應(yīng)于電樞反應(yīng)的磁勢(shì)又稱(chēng)為電樞反應(yīng)磁勢(shì)電樞反應(yīng)磁勢(shì)，其大小可以表示為： 1110.92waN kmFIp 既然勵(lì)磁磁勢(shì) 和電樞磁勢(shì) 均以同步速旋轉(zhuǎn)，兩者相對(duì)靜止，因而可以相互疊加共同產(chǎn)生氣隙磁勢(shì) 。于是，氣隙磁勢(shì)可以表

8、示為：faFFFfFaFF 電樞磁勢(shì) 對(duì)主磁勢(shì) 的影響結(jié)果取決于 與 之間的空間相對(duì)位置，即 與 之間的夾角 （又稱(chēng)為內(nèi)功率因數(shù)角內(nèi)功率因數(shù)角）。aFfFaFfF0EI 凸極同步電動(dòng)機(jī)的雙反應(yīng)原理 對(duì)于電樞磁動(dòng)勢(shì)Fa單獨(dú)在電機(jī)主磁路中產(chǎn)生磁通時(shí)的情況，則比勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)Ff產(chǎn)生磁通時(shí)的情況復(fù)雜。 由于Fa 與Ff 的空間位置不一定相同，所以只要Fa 與Ff的空間位置不相同，就必然使Fa的方向不在直軸方向。對(duì)于凸極式同步電動(dòng)機(jī)，由于氣隙的不均勻，即使知道電樞磁動(dòng)勢(shì)Fa 的大小和位置，也無(wú)法求得磁通。 如果電樞磁動(dòng)勢(shì)Fa與勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)Ff 的相對(duì)位置給定，由于電樞磁動(dòng)勢(shì)Fa與勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)Ff 無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，

9、可以把電樞磁動(dòng)勢(shì)Fa分解成兩個(gè)分量：一個(gè)分量叫直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)，用Fad 表示，作用在直軸方向；另一個(gè)分量叫交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)，用Faq 表示，作用在交軸方向，即aqadaFFF 同步電機(jī)氣隙磁場(chǎng)由定子磁動(dòng)勢(shì)（電樞磁動(dòng)勢(shì)）和轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)（勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)）合成建立 轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)由通入直流電流產(chǎn)生，與電樞磁場(chǎng)無(wú)關(guān)。與直流電機(jī)類(lèi)似，不同負(fù)載下，氣隙磁場(chǎng)有較大變化電樞反應(yīng) 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，定子旋轉(zhuǎn)電樞磁動(dòng)勢(shì)Fa，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì) 合成磁動(dòng)勢(shì)： 定子電樞的電勢(shì)關(guān)系有fFfaFFFaadaqdqFFFIIIaddadaqqaqadaqEjI xEjI xxx 000dadqaqadqqdadaqadqdqaUEj I xjI x

10、j I xI rEj I xj I xj I xj I xI rEj I xj I xI r 00aaaaUEEEI rEj I xj I xI r 1220()emCuaemFemecPPPPPPppPp202000/emTTTPp 0cossinddqqI xEUI xU20CuaapmI r1coscos()coscossinsinemPPmUImUImUImUIsincosdqIIII2011sinsin22emdqdUEUPmmxxx200011sinsin22emdqdUEUTmmxxxar000sinsinemdemdUEPmxUETmx22011sin2211sin22emqdemqdUPmxxUTmxx00sin0sin00emdUETmx00/2sin1emMdUETmx01cossintUEPmUImconstx0cossintxconstIconstEconstUconst()fIf