华中科技永磁同步电机课件

气隙合成磁场：
B
E E adE aqE 0
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五、感应电势
线圈 电动 势
线圈组电动势ຫໍສະໝຸດ Baidu支路电动势 相电动势
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• 1. 导体电动势
p对极电机，气隙 磁场空间分布为p个正弦 波的磁场称为基波磁场 ，基波磁场在绕组中感 应的电动势为基波电动 势。
当p对极的正弦分布 磁 场 以 转 速 n1 切 割 导 体 时，在导体中感应电动 势为正弦波，其有效值 为
π Ec1 2fΦ12.22fΦ1
f pn1 为感应电动势频率 60
Φ精1品 为基波磁场每极磁通量
2. 线圈电动势与短距系数
短距系数
ky1
sin(y1
π) 2
★ ky1≤1 ★ 对于整距线圈
ky1=1
E y12 (N cE c1 )siy n 1π 2)(2 (精N 品cE c1 )ky1
★ 3. 线圈组电动势与分布系数
sinq1
Eq1
qEy1
2
qsin1
qEy1kq1
2
分布系数
sin q 1
k q1
q sin
2 1
2
★ kq1≤1 ★ 对于集中绕组 kq1=1
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✓ 4. 相电动势与绕组系数
✓ 相电动势等于并联支路的支路电动势。 ✓ 每条支路所串联的各线圈组的电动势都是同大小、同相
位，可以直接相加。 ✓ 对于单层绕组，每相有p个线圈组，每条支路有p/a个线圈
组；对于双层绕组，每相有2p个线圈组，每条支路有2p/a 个线圈组。 ✓ 基波相电动势有效值Eφ1为
E12apapEEq1q144.4.44f4fp2aqp精a品cN qkcN y1kkyq11kΦq11Φ1
(单层绕 ) 组 (双层绕 ) 组
pqNc
N
2
a pqNc
a
kN1 k ky1 q1
转速
n1
60 f p
n
方向与转子同向
Fa与 Ff
在空间相对静止，联合建立气隙磁场 Bδ
Фδ
电枢绕组感应电动势精品E δ
电枢反应：电枢电流产生的磁动势对励磁磁场的影响
2. 电枢反应的性质
当取任一相绕组轴线作为时间参考轴，设三相对称负载时， 相电流I滞后于E0 相角 。若在t＝0时，转子励磁磁动势正 向轴线（d轴）超前参考相轴线90o（电角度），则各时－空 矢量如图所示。
Fad，与Ff1反向，去磁性质 Fa
Faq，与Ff1正交，交磁性质
(4) －90o<ψ< 0o时(负载为容性)
Fad，与Ff1同向，助磁性质 Fa
Faq，与Ff1正交，交磁性质
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•
I
•
I aq
•
I ad
•
I
•
I aq
•
I ad
3. 分析方法
(1) 隐极同步电机
气隙均匀，Fa 处于任意位置上，产生的气隙磁 场Ba大小相同，故可直接由：
FaFf1Fa 求出 B
E
不饱和时，
F F af1 BB af1 a 0 EE a0 E EaE0
饱和时，磁场 性不 叠满 加足 条线 件， 势但 可是 以磁 叠动
先
由 FδFf1Fa求
得
合
成气
隙 再磁 由 Fδ 求动出 Φ δ 势 或Eδ ，
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(2) 凸极同步电机－双反应理论
1.电机是机、电、磁三种物理量相互关联的，以电磁场作为耦合场的机电
能量转换装置。
从机的角度去看
从电的角度去看
FS
FR
T KFS F f sin sf
从磁的角度去看
2.电机矢量的概念
S f Sf
KFS FR sin s
KF f FR sin f
Ff
对于交流电机来说，气隙磁势沿气隙周长方向呈正弦分布，因此可以用空 间磁势矢量来表示，这就是电机矢量的概念 。
凸极电机气隙不均匀，Fa 处于不同位置，产生 的气隙磁场Ba不同，处于d，q轴上时，分别产生出 如图所示的磁动势：
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双反应理论：
当 Fa处于任意位置且不计饱和时：
分解
I Fa
F ad ad E ad F aq aq E aq
分解
或 I
Id F a d a d E a d Iq F a q a q E a q
• 自控式变频的同步电动机与他控式变频系统相比较具有不会失步等明显的优点。
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三、气隙磁场的主要系数
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磁 通 波 形 系 数
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四、电枢反应和电枢反应电抗
1. 定义
If
Ff
随转子旋转
转速为 n 基波 Ff1(n)
E0（ f
pn 60
）
接三相对称负载
三相对称电流 iabc(f)
大小
Fa
1.35INKN1 p
旋转磁势基波
Fa
(电枢磁势)
旋磁转动基势波Fa
n1
精6品0 f p
n n1 (同步电机)
同步电机一般采用旋转磁极式结构，根据磁极形状可分 为隐极和凸极两种型式。
➢ 凸极同步电机气隙不均匀，适合于中速或低速旋转场合 ➢ 隐极同步电机在不考虑精齿品槽效应时，气隙均匀，适合于
高速旋转
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二、基本结构形式
(单层绕组) (双层绕组)
绕组系数
相绕组串联匝数
相电动势统一计算式
E14.44 fNN1Φ k1
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电压方程
六、稳态电磁关系
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向量图
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电磁功率
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无功调节和V形曲线
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七、动态数学模型
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Ω
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八、永磁同步电机的矢量控制
同步电动机矢量控制思想的引入
根据交流电机绕组理论磁动势原理，电枢三相电流产生的 合成旋转磁动势基波矢量 F a 与 I 重合。
Fa
Fa
F f1
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(1)ψ=0o时(负载为纯阻性) Fa=Faq,与Ff1正交，为交磁性质
I
(2)ψ=90o时(负载为纯感性) Fa=－Fad,与Ff1反向，为去磁性质
II
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(3) 0<ψ< 90o时(负载为感性)
华中科技大学
一、概述
同步电机与异步电机的根本区别是旋转的转子通入直流电流励磁
ea
N
If
n
S
转子通直流电流 If
励磁磁场Bf
随转子旋转 角速度ω
2f
电枢感应 电动势
f pn 60
ea Emcost ebEmcost (12)0 ecEmcost (12)0
ec
eb 三相对称负 载运行时
三相对称电 枢电流 iabc
同步电动机及异步电动机的气隙磁场在空间分布是接近正弦的，其产生有效
转矩的工作磁场是磁场的基波分量，这就使同步电动机及异步电动机分析及运算 中对磁场可以采用空间矢量的方法来分精析品及运算，对电压、电流等可以采用时间
相量的方法来分析及运算，这个条件也为这类电机采用矢量控制奠定了基础。
3. 自控式变频的优缺点