同步電機(jī)之永磁同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)性能

3 .1穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和相皿圖

正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)（以下簡(jiǎn)稱永磁同步電動(dòng)機(jī)）與電勵(lì)磁凸極同步電動(dòng)機(jī)有著相似的內(nèi)部電磁關(guān)系，故可采用雙反應(yīng)理論來(lái)研究。需要指出的是，由于永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子直軸磁路中永磁體的磁導(dǎo)率很小（對(duì)稀土永磁來(lái)說(shuō)其相對(duì)回復(fù)磁導(dǎo)率約為1 )，使得電動(dòng)機(jī)直軸電樞反應(yīng)電感一般小于交軸電樞反應(yīng)電感，分析時(shí)應(yīng)注意其異于電勵(lì)磁凸極同步電動(dòng)機(jī)的這一特氛。

電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行于同步轉(zhuǎn)速時(shí)，根據(jù)雙反應(yīng)理論可寫出永磁同步電動(dòng)機(jī)的電壓方程。

    由電壓方程可畫出永磁同步電動(dòng)機(jī)于不同情況下穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的幾種典型相量圖，如圖6一9所示。圖中，E，為氣隙合成基波磁場(chǎng)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，稱為氣隙合成電動(dòng)勢(shì)（v ) ; E ‘為氣隙合成基波磁場(chǎng)直軸分量所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，稱為直軸內(nèi)電動(dòng)勢(shì)（v )；夕為亡超前藝。的角度，即功率角，也稱轉(zhuǎn)矩角；勢(shì)為電壓亡超前定子相電流I，的角度，即功率因數(shù)角。圖69a 、 b和C中的電流I 、均超前于空載反電動(dòng)勢(shì)E，直軸電樞反應(yīng)均為去磁性質(zhì)，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)直軸內(nèi)電動(dòng)勢(shì)E己小于空載反電動(dòng)勢(shì)E。圖69e中電流1滯后于五。，此時(shí)直軸電樞反應(yīng)為增磁性質(zhì)，導(dǎo)致直軸內(nèi)電動(dòng)勢(shì)Ed大于E。圖69d所示是直軸增，去磁臨界狀態(tài)（了1與窟。同相）下的

相量圖，由此可列出如下電壓方程：。從而可以求得直軸增、去磁臨界狀態(tài)時(shí)的空載反電動(dòng)勢(shì)。

式（6一6）可用于判斷所設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)是運(yùn)行于增磁狀態(tài)還是運(yùn)行于去磁狀態(tài)。實(shí)際E 。值由永磁體產(chǎn)生的空載氣隙磁通算出，比較E 。與刃。如E 。大于刃。，電動(dòng)機(jī)將運(yùn)行于去磁工作狀態(tài)，反之將運(yùn)行于增磁工作狀態(tài)從圖6一9還可看出，要使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于單位功率因數(shù)（圖6一9b）或容性功率因數(shù)狀態(tài)（圖69a )，只有設(shè)計(jì)在去磁狀態(tài)時(shí)才能達(dá)到．

3.2穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能分析計(jì)算

永磁同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能包括效率、功率因數(shù)、輸入功率和電樞電流等與輸出功率之間的關(guān)系以及失步轉(zhuǎn)矩倍數(shù)等。電動(dòng)機(jī)的這些穩(wěn)態(tài)性能均可從其基本電磁關(guān)系或從相量圖推導(dǎo)而得。

3.2.1電磁轉(zhuǎn)矩和矩角特性

從圖69可得出如下關(guān)系：（6-16）第1項(xiàng)由永磁氣隙磁場(chǎng)與定子電樞反應(yīng)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的基本電磁轉(zhuǎn)矩，又稱水磁轉(zhuǎn)矩；曲線2為式（6-16）中第2項(xiàng)，即由于電動(dòng)機(jī)d 、 q軸磁路不對(duì)稱而產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩；曲線3為曲線1和曲線2的合成。由于永磁同步電動(dòng)機(jī)直軸同步電抗X己一般小于交軸同步電抗X 。，磁阻轉(zhuǎn)矩為一負(fù)正弦函數(shù)，因而矩角特性曲線上轉(zhuǎn)矩最大值聽對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩角大于9少，而不象電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)那樣小于90 "，這是水磁同步電動(dòng)機(jī)一個(gè)值得注意的特點(diǎn)。圖6-10b為某臺(tái)永磁同步電動(dòng)機(jī)的實(shí)測(cè)〔輸出轉(zhuǎn)矩／額定轉(zhuǎn)矩）一轉(zhuǎn)矩角曲線（爪／T 、夕曲線），從中可看出，輸出額定轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩角約為58 。，而輸出最大轉(zhuǎn)矩時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩角約為110。

矩角待睦（圖6一10）上的轉(zhuǎn)矩最大值叭陰，被稱為永磁同步電動(dòng)機(jī)的失步轉(zhuǎn)矩，如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過(guò)此值，則電動(dòng)機(jī)將不再能保持同步轉(zhuǎn)速。最大轉(zhuǎn)矩與電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩丁，的比值、稱為永磁同步電動(dòng)機(jī)的失步轉(zhuǎn)矩倍數(shù)。

3.2.2工作特性曲線

計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的E、X己、 X，和R，等參數(shù)后，給定一系列不同的轉(zhuǎn)矩角夕，便可求出相應(yīng)的輸入功率、定子相電流和功率因數(shù)等，然后求出電動(dòng)機(jī)此時(shí)的損耗，便可得到電動(dòng)機(jī)的輸出功率尸，和效率1一刀，從而得到電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能（等）與輸出功率P：之間的關(guān)系曲線，即電動(dòng)機(jī)的工作特性曲線。圖6一n為按以上步驟求出的某臺(tái)永磁同步電動(dòng)機(jī)的工作特性曲線。