【正文】 過(guò)勵(lì)時(shí)從電網(wǎng)吸收超前無(wú)功功率 ， 欠勵(lì)時(shí)從電網(wǎng)吸收滯后無(wú)功功率 。 同步電動(dòng)機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流可以改變功率因數(shù) 。對(duì)低速電機(jī)，采用凸隱極式轉(zhuǎn)子，氣隙不均勻，勵(lì)磁繞組為集中繞組。同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是定子鐵心上嵌放三相對(duì)稱繞組，轉(zhuǎn)子鐵心上裝置直流勵(lì)磁繞組。為產(chǎn)生恒定電磁轉(zhuǎn)矩，要求系統(tǒng)向 PMSM輸入三相對(duì)稱正弦電流，同時(shí)要求 PMSM的每相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為正弦波，因此也稱 PMSM為 正弦波電動(dòng)機(jī) 。為產(chǎn)生恒定電磁轉(zhuǎn)矩，要求系統(tǒng)向 BDCM輸入三相對(duì)稱方波電流，同時(shí)要求 BDCM的每相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為梯形波，因此也稱 BDCM為 方波電動(dòng)機(jī) ； (2) 永磁同步電動(dòng)機(jī)（簡(jiǎn)稱 PMSM） ： 其出發(fā)點(diǎn)是用永磁體取代 電勵(lì)磁式同步電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)子上的勵(lì)磁繞組，以省去勵(lì)磁線圈、滑環(huán)和電刷。 3/π2ACBCBACACBAB電 角 度 ：03/π 3/π2 π 3/π4 3/π5 π2導(dǎo) 通 順 序V 1V 2V 3V 4V 5V 6導(dǎo) 通導(dǎo) 通導(dǎo) 通導(dǎo) 通導(dǎo) 通導(dǎo) 通導(dǎo) 通導(dǎo) 通導(dǎo) 通導(dǎo) 通導(dǎo) 通導(dǎo) 通47 第八章 同步電機(jī)原理 四、兩種永磁同步電動(dòng)機(jī)的比較 (1) 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)（簡(jiǎn)稱 BDCM） ： 其出發(fā)點(diǎn)是用裝有永磁體的轉(zhuǎn)子取代 有刷直流電動(dòng)機(jī) 的定子磁極，將原直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電樞變?yōu)槎ㄗ印? 當(dāng) B、 C相通電時(shí)，電流流通的路徑為： 電源正極 → V3管 → B相繞組 → C相繞組 → V2管 → 電源負(fù)極。 假設(shè)在任意時(shí)刻開(kāi)關(guān)線路的上橋臂和下橋臂各有一個(gè)晶體管導(dǎo)通，即三相繞組的通電順序依次為 AC、 BC、 BA、 CA、 CB、AB（ 120?導(dǎo)通型逆變器） 。圖 1126表示的是常用的三相星形橋式連接方式。 42 第八章 同步電機(jī)原理 1. 基本結(jié)構(gòu) 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)本體、電子開(kāi)關(guān)線路和轉(zhuǎn)子位置傳感器三部分組成，其系統(tǒng)構(gòu)成如圖 819所示，其中直流電源通過(guò)開(kāi)關(guān)線路向電動(dòng)機(jī)的定子繞組供電，位置傳感器檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，并提供信號(hào)控制開(kāi)關(guān)線路中的功率開(kāi)關(guān)元件，使之按照一定的規(guī)律導(dǎo)通和關(guān)斷，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。 這種電動(dòng)機(jī)利用電子開(kāi)關(guān)線路和位置傳感器來(lái)代替電刷和換向器 ， 既具有直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性 ， 又具有交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 、 運(yùn)行可靠 、 維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn) ， 它的轉(zhuǎn)速不再受機(jī)械換向的限制 ， 可以制成轉(zhuǎn)速高達(dá)每分鐘幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)的高速電動(dòng)機(jī) 。 所以 ， 長(zhǎng)期以來(lái)人們?cè)诓粩鄬で罂梢圆挥秒娝⒑蛽Q向器裝置的直流電動(dòng)機(jī) 。 41 第八章 同步電機(jī)原理 三、梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)由于調(diào)速性能好 、 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)而在各種運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中等到廣泛應(yīng)用 ， 但是直流電動(dòng)機(jī)具有電刷和換向器裝置 ， 運(yùn)行時(shí)所形成的機(jī)械摩擦嚴(yán)重影響電機(jī)的精度和可靠性 ，因摩擦而產(chǎn)生的火花還會(huì)引起無(wú)線電干擾 。 可見(jiàn) ， 對(duì)于自起動(dòng)永磁式同步電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō) ， 永磁體和籠型起動(dòng)繞組之間的合理設(shè)計(jì)是十分重要的 。 這就是所謂的 “ 異步起動(dòng) ， 同步運(yùn)行 ” 。 當(dāng)永磁同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí) ， 依靠籠型繞組產(chǎn)生如同異步電動(dòng)機(jī)工作時(shí)一樣的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來(lái) 。 2. 工作原理與起動(dòng)問(wèn)題 永磁體的引入固然使同步電動(dòng)機(jī)面貌一新，但由此而產(chǎn)生的一些問(wèn)題也不容忽視，這其中最主要的當(dāng)屬起動(dòng)問(wèn)題，在由變頻電源供電的場(chǎng)合，永磁同步電動(dòng)機(jī)可以順利起動(dòng)，但當(dāng)由工頻電源直接供電時(shí)，由于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子永磁體磁場(chǎng)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不能產(chǎn)生恒定方向的電磁轉(zhuǎn)矩，造成起動(dòng)困難。 38 第八章 同步電機(jī)原理 NSN SSNNSN NSSNNSSNSSNNSN SNNNSSSNN NSSSSSNN圖 8 1 8 永 磁 同 步 電 動(dòng) 機(jī) 轉(zhuǎn) 子 結(jié) 構(gòu) a ) 徑 向 結(jié) 構(gòu) b ) 切 向 結(jié) 構(gòu) c ) 并 聯(lián) 結(jié) 構(gòu) d ) 混 合 結(jié) 構(gòu)39 第八章 同步電機(jī)原理 同步電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)同步電抗 Xd、 Xq決定于磁路的磁導(dǎo) ，在電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)中 ， Xd Xq 。定子部分與一般同步電動(dòng)機(jī)的定子相同， 定子鐵心通常由帶有齒和槽的沖片疊成， 在槽中嵌入交流繞組。從上世紀(jì)八十年代初開(kāi)始，各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家竟相研制高性能永磁電機(jī)，其中永磁同步電動(dòng)機(jī)以其高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)而受到特別的關(guān)注。 1cos 1 ?? 1cos 1 ??1cos 1 ??37 第八章 同步電機(jī)原理 第五節(jié) 永磁同步電動(dòng)機(jī) * 一、概述 世界上第一臺(tái)電機(jī)就是永磁電機(jī)，但是早期的永磁材料磁性能很差，致使永磁電機(jī)體積很大，非常笨重，因而很快就為電勵(lì)磁式電機(jī)所取代。當(dāng) Pem減小到一定程度， θ超過(guò) 90?， 電動(dòng)機(jī)就失去同步，如圖 816中虛線所示的不穩(wěn)定區(qū)。這樣， 線可作為分界線，在線的左邊是 欠勵(lì)區(qū) ，右邊是 過(guò)勵(lì)區(qū) 。把這些點(diǎn)連起來(lái)，稱 線。39。2P39。2P39。以勵(lì)磁電流 If 為橫座標(biāo)，定子電流 Is 為縱座標(biāo)，將兩個(gè)電流數(shù)值變化關(guān)系繪制成曲線，由于其形狀象英文字母“ U”，故稱其為 U形曲線。39。39。39。 XIj??39。0E?sU39。 同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載運(yùn)行時(shí) ，一般要過(guò)勵(lì) ， 至少運(yùn)行在正常勵(lì)磁狀態(tài) ， 不要讓它運(yùn)行在欠勵(lì)狀 態(tài)。 常數(shù)?? 11 c o s3 ?ss IUP在電壓 Us 不變的條件下，必有 常數(shù)?1c o s ?sI34 第八章 同步電機(jī)原理 當(dāng)改變同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流時(shí) ， 能夠改變同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù) ， 這點(diǎn)是三相異步電動(dòng)機(jī)所不具備的 。于是有 （ 832） 上式的物理意義是： 在只改變勵(lì)磁電流的情況下，同步電動(dòng)機(jī)定子繞組中電流的有功分量保持不變。 33 第八章 同步電機(jī)原理 當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，由于同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定不變，所以同步電動(dòng)機(jī)的輸出功率不變。 假若同步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載保持不變， 則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩 T2也不變，如果忽略空載轉(zhuǎn)矩，由式（ 826），有 。另外，假設(shè)同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的有功負(fù)載也保持不變， 僅改變同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流 If ，就能調(diào)節(jié)同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。 所以 ， 同步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性為一條水平的直線 。 當(dāng)負(fù)載改變時(shí) ， θ角隨之變化 ， 就能使同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Te或電磁功率 Pem跟著變化 ， 以達(dá)到新的平衡狀態(tài) 。這里 oemNNs in 9 0 2 ~ 3 .5s inTT? ?? ? ?（ 830） 可見(jiàn)， 為了滿足過(guò)載限制的要求， 隱極同步電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)， 。由圖可見(jiàn)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載運(yùn)行在 ? = 0?～ 90?的范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)能夠穩(wěn)定運(yùn)行；