【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 刷交流發(fā)電機(jī)電 壓調(diào)節(jié)器通過控制勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流間接的調(diào)節(jié)主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。 其原理如圖 所示。 交流勵(lì)磁機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器主發(fā)電機(jī)副勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子 圖 三級(jí)無(wú)刷交流同步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)原理 由于對(duì)三級(jí)式同步電機(jī)建模比較復(fù)雜，在本文中對(duì)兩級(jí)式無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)進(jìn)行建模，用 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 7 直流電源取代副勵(lì)磁機(jī)為調(diào)壓器和控制保護(hù)電路供電，其可視為三級(jí)式無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)的簡(jiǎn)化模型。圖 是兩級(jí)式旋轉(zhuǎn)整流器式無(wú)刷勵(lì)磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。整個(gè)電機(jī)可分為兩級(jí)，第一級(jí)為勵(lì)磁機(jī)，其勵(lì)磁繞組在定子上，而點(diǎn)數(shù)繞組在轉(zhuǎn)子上。第二 級(jí)為主發(fā)電機(jī)，勵(lì)磁繞組在轉(zhuǎn)子上而電樞繞組在定子上。勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁繞組通上直流電后，電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，勵(lì)磁機(jī)的電樞繞組切割磁力線，所產(chǎn)生的交流電經(jīng)安裝在轉(zhuǎn)子上的整流器整流后變?yōu)橹绷麟娤蛑靼l(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組供電。這樣，定轉(zhuǎn)子之間取消了機(jī)械和電氣的連接，從而實(shí)現(xiàn)了無(wú)刷勵(lì)磁。由于主發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)的磁路相對(duì)獨(dú)立，這種結(jié)構(gòu)的無(wú)刷同步電機(jī)可以看作兩個(gè)同步電機(jī)同軸串聯(lián)而成。 勵(lì) 磁 機(jī)主 發(fā) 電 機(jī)轉(zhuǎn)子定子旋 轉(zhuǎn)整 流 器 圖 兩級(jí)式無(wú)刷勵(lì)磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)圖 同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 建立同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，通常假定 電機(jī)為理想電機(jī)，即： （ 1）電機(jī)磁鐵部分的磁導(dǎo)率為常數(shù)，即忽略掉磁滯、磁飽和的影響，也不計(jì)渦流及集膚作用等的影響。 （ 2）對(duì)縱軸及橫軸而言，電機(jī)轉(zhuǎn)子在結(jié)構(gòu)上是完全對(duì)稱的。 （ 3）定子的 3 個(gè)繞組的位置在空間互相相差 1200電度角， 3 個(gè)繞組在結(jié)構(gòu)上完全相同。同時(shí)，它們均在氣隙中產(chǎn)生正弦形分布的磁動(dòng)勢(shì)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 8 （ 4）定子及轉(zhuǎn)子的槽及通風(fēng)溝等不影響電機(jī)定子及轉(zhuǎn)子的電感，即認(rèn)為電機(jī)的定子及轉(zhuǎn)子具有光滑的表面。 基本方程 一、電壓方程 ： 定子各相繞組電壓方程為： ===a a a ab b a bc c a cu p riu p riu p ri???????? （ 21） 式中， p=d/dt，為對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)算子； ra 為定子各相繞組的電阻。電壓?jiǎn)挝粸?V，電流單位為A，電阻單位為 Ω，磁鏈單位為 Wb，時(shí)間單位為 s。 轉(zhuǎn)子各繞組的電壓方程為： u = += + 0= + 0f f f fD D D DQ Q Q Qp r iu p r iu p r i???????? ?? （ 22） 式中， rf、 rD、 rQ分別為 f、 D、 Q 繞組的電阻 。 可把式（ 21）與式（ 22）合并，寫成矩陣形式的 abc 坐標(biāo)下的電壓方程，即： 0 0 0 0 0 i0 0 0 0 0 i0 0 0 0 0 i=p0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0a a a ab b b bc c c cf f f fD D D DQ Q Q Qururu r iu r iu r i??????? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? （ 23） 二、繞組磁鏈方程 ： 寫成矩陣形式為： afQaf=a a a b a c a f a D a Q ab a b b b b c b f b D b Q bc c a c b c c c F c D c Q cf fa fb fc ff fD fD D D b D c D f D D D Q DQ Q a Q b Q c Q Q D Q Q QL L L L L L iL L L L L L iL L L L L L iL L L L L L iL L L L L L iL L L L L L i??????? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 9 1 1 ( 3 3 ) 1 2 ( 3 3 )2 1 ( 3 3 ) 2 2 ( 3 3 )i= abcfD QLLL L i? ?? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? （ 24） 可簡(jiǎn)寫成 66=L i? ?（ ） （ 25） 式（ 24）中 L11 為定子繞組的自感和互感； L22 為轉(zhuǎn)子繞組的自感和互感；而 L12 和 L21 為定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組相互間的互感。電感單位為 H。電感矩陣 L（ 66） 為對(duì)稱陣。 A， 定子繞組自感（ Laa， Lbb， Lcc） 以定子 a 相繞組威力進(jìn)行分析， b 相、 c 相和 a 相相似。當(dāng)轉(zhuǎn)子 d 軸與 a 軸重合時(shí)，相應(yīng)的磁阻最小，（ ia）產(chǎn)生的 a 相磁鏈 Ψa 達(dá)最大值，亦即當(dāng) θa=00和 θa=1800時(shí)， Laa達(dá)最大值。而當(dāng) d 軸與 a 軸正交，即 q 軸與 a 軸重合時(shí)，相應(yīng)的磁阻最大，（ ia）產(chǎn)生的 Ψa 最小，亦即當(dāng) θa=900和 θa=2700時(shí)， Laa 為最小值。 由以上分析和理想電機(jī)的假定可知， Laa 將以 1800為周期，隨 d 軸與 a 軸夾角 θa 的變化而呈正弦變化，且恒為正值。假定定子繞組自感中的恒定部分為 LS（ LS0），脈動(dòng)部分幅值為 Lt，則： = + c o s 2 = + c o s 2a a S t a s tL L L L L?? （ 26a） 同理可得： ? ?? ?0bb0= + c o s 2 = + c o s 2 1 2 0= + c o s 2 = + c o s 2 + 1 2 0S t b s tc c S t c s tL L L L LL L L L L??????? （ 26b） B， 定子繞組互感（ Lab， Lba， Lbc ， Lcb， Lca， Lac） 現(xiàn)以 a,b 相繞組間互感為例進(jìn)行分析，其他的相繞組間的互感可以類推。 由于 a、 b 繞組在空間互差 1200，故（ ib） 0 時(shí)， Ψa0，即 Lab0 恒為負(fù)值。當(dāng) d 軸落后于 a 軸 300（ θa=300）或領(lǐng)先 a 軸 1500（ θa=1500）時(shí)， |Lab|達(dá)到最大值；而當(dāng) θa=600和 θa=1200時(shí)， |Lab|達(dá)到最小值。設(shè) Lab 的定常部分絕對(duì)值為 MS，則可以證明在忽略漏磁時(shí)定子互感的脈動(dòng)部分幅值與定子自感的脈動(dòng)部分幅值相等，也為 Lt，由前面分析可得： ? ? ? ?00a b b a t= = c o s 2 + 3 0 = + c o s 2 + 3 0S a S tL L M L M L????? ?? （ 27a） 同理有 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 10 ? ? ? ?? ? ? ?00bc c b tc a a c t= = c os 2 +3 0 = + c os 2 90= = c os 2 +3 0 = + c os 2 +1 5 0S b S tS c S tL L M L M LL L M L M L??? ???? ? ???? ??? （ 27b） C， 轉(zhuǎn)子繞組自感（ Lff， LDD， L） 由于轉(zhuǎn)子各繞組自感所對(duì)應(yīng)的磁路磁阻在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中保持不變，故轉(zhuǎn)子繞組自感均為常數(shù)，且均為正值。設(shè)： f f , , , , = 0= = =a b c D Qf i i i i i ffL L c on sti?? （ 28a） 同理， D 繞組、 Q 繞組有： ====DD D QL L constL L const??????? （ 28b） D， 轉(zhuǎn)子繞組互感（ LDf， LfD， LDQ ， LQD， LfQ， LQf） 由于 d， q 軸互相正交，故 d 軸上的繞組與 q 軸上的繞組間的互感為零，即： = =0= =0DQ QDfQ QfLLLL????? （ 29a） 而轉(zhuǎn)子 d 軸上繞組 f 和 D 間的互感由于其所對(duì)應(yīng)的磁路磁阻在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中保持不變，因此為常數(shù)，其值設(shè)為 MR（ MR0），即： f = =MD fD RLL （ 29b） E， 定子與轉(zhuǎn)子繞組 間的互感（ L12， L21 中元素） 先以 a 相為例討論定子繞組與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組 f 間的互感。當(dāng) θa=00時(shí)， a 繞組與 f 繞組的互感為正的最大值；當(dāng) θa=1800時(shí)，該互感為負(fù)的最大值。 Laf將按正弦變化，設(shè)其幅值為 Mf（ Mf0），則可得： a = = c o s = c o sf fa f a fL L M M?? （ 210a） 同理 ? ?? ?00= = c o s = c o s 1 2 0= = c o s = c o s + 1 2 0b f fb f b fc f fc f c fL L M ML L M M??????? （ 210b） 同理可導(dǎo)出定子繞組與 d 軸阻尼繞組 D 間的互感為（設(shè)幅值為 MD， MD0） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 11 ? ?? ?aa00= = c os = c os= = c os = c os 120= = c os = c os + 120D D D a DbD D b D b Dc D D c D c DL L M ML L M ML L M M????????????? （ 211） 以及定子繞組與 q 軸阻尼繞組 Q 間的互感為（設(shè)幅值為 MQ， MQ0） ? ?? ? ? ?? ? ? ?0a Q Q a00= = c os +90 = si n= = c os +90 = si n 120= = c os +90 = si n + 120Q a QbQ Q b Q b Qc Q Q c Q c QL L M ML L M ML L M M??????????? （ 212） 三、轉(zhuǎn)矩方程 按發(fā)電機(jī)慣例電磁力矩瞬時(shí)值表達(dá)式為： 1= 2 Tep dLT p i id? （ 213） 式中， pp 為極對(duì)數(shù)； i=（ ia,ib,ic,if,iD,iQ） T。L 為式（ 25）中的電感矩陣； θ 為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電角度。將磁鏈方程（ 24）和式（ 25）以及電感參數(shù)表達(dá)式（ 26） ~（ 212）代入式（ 213），可導(dǎo)出 ? ? ? ? ? ?e1= + + 30 1 11 = 1 0 13 1 1 0p a a c b c a c a bTp ab c ab cT p i i i i i ipi? ? ?????????????? （ 214） 派克變換 一、平面旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 12 XX ’YY ’M( X ’ , Y ’ )( X