同步電機(jī)之工作原理

   圖9一5 ( a）為一臺(tái)兩極永磁同步發(fā)電機(jī)，定子三相繞組用三個(gè)線圈Ax 、 BY 、 CZ表示，轉(zhuǎn)子由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)以轉(zhuǎn)速n 。旋轉(zhuǎn)，永磁磁極產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的氣隙磁場(chǎng)，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(gè)磁極之間中心線的位置。在圖9一5 ( a）瞬間，基波磁場(chǎng)與各線圈的相對(duì)位置如圖9一5 ( b）所示。定子導(dǎo)體切割該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)公式。一Blv可知，導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e將正比于氣隙磁密B，其中Z為導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的有效長(zhǎng)度。基波磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁場(chǎng)與導(dǎo)體間產(chǎn)

生相對(duì)運(yùn)動(dòng)且在不同瞬間磁場(chǎng)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(dòng)勢(shì)。設(shè)導(dǎo)體切割N極磁場(chǎng)時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為正，切割S極磁場(chǎng)時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為負(fù)，則導(dǎo)體內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)交流電動(dòng)勢(shì)。對(duì)于A相繞組，線圈的兩個(gè)導(dǎo)體邊相互串聯(lián)，其中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小相等，方向相反，為一個(gè)線圈邊內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(chǎng)轉(zhuǎn)過的電角度0 ? aJt，則A相繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值為。式中，EI為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值。 B 、 C相繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別滯后于A相繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)1200和240 。電角度，即。若給發(fā)電機(jī)接上三相對(duì)稱負(fù)載，則在定子三相對(duì)稱繞組中產(chǎn)生三相對(duì)稱電流，進(jìn)而產(chǎn)生三相基波合成磁場(chǎng)。該三相基波合成磁場(chǎng)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(dòng)?？梢钥闯?，三相基波合成磁場(chǎng)與永磁磁極產(chǎn)生的基波磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速相等、轉(zhuǎn)向相同、相對(duì)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(dòng)轉(zhuǎn)矩方向相反，為制動(dòng)性質(zhì)。

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

電樞反應(yīng)使氣隙磁場(chǎng)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(duì)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(dòng)勢(shì)和主磁場(chǎng)在空間的相對(duì)位置，這一相對(duì)位置與勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)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。