同步电机之工作原理

   图9一5 ( a）为一台两极永磁同步发电机，定子三相绕组用三个线圈Ax 、 BY 、 CZ表示，转子由原动机拖动以转速n 。旋转，永磁磁极产生旋转的气隙磁场，其基波为正弦分布式中，Bin为气隙磁密的幅值；0为距坐标原点的电角度，坐标原点取为转子两个磁极之间中心线的位置。在图9一5 ( a）瞬间，基波磁场与各线圈的相对位置如图9一5 ( b）所示。定子导体切割该旋转磁场产生感应电动势，根据感应电动势公式。一Blv可知，导体中的感应电动势e将正比于气隙磁密B，其中Z为导体在磁场中的有效长度。基波磁场旋转时，磁场与导体间产

生相对运动且在不同瞬间磁场以不同的气隙磁密B切割导体，在导体中感应出与磁密成正比的感应电动势。设导体切割N极磁场时感应电动势为正，切割S极磁场时感应电动势为负，则导体内感应电动势是一个交流电动势。对于A相绕组，线圈的两个导体边相互串联，其中的感应电动势大小相等，方向相反，为一个线圈边内感应电动势的2倍。将转子的转速用每秒钟内转过的电弧度。表示，田称为角频率。在时间O一t内，主极磁场转过的电角度0 ? aJt，则A相绕组的感应电动势瞬时值为。式中，EI为感应电动势的有效值。 B 、 C相绕组的感应电动势分别滞后于A相绕组的感应电动势1200和240 。电角度，即。若给发电机接上三相对称负载，则在定子三相对称绕组中产生三相对称电流，进而产生三相基波合成磁场。该三相基波合成磁场以转速、 s一掣旋转，旋转方向取决于三相电流的尸相序，由电流超前的相绕组轴线向电流滞后的相绕组轴线转动。可以看出，三相基波合成磁场与永磁磁极产生的基波磁场转速相等、转向相同、相对静止，产生恒定的电磁转矩。电磁转矩与转子上的驱动转矩方向相反，为制动性质。

永磁同步发电机空载时，气隙中只有一个以同步速旋转的永磁磁场，它在电枢绕组内产生三相对称感应电动势。外加三相对称负载时，电枢绕组中将流过三相对称电流，产生电枢反应磁场，电机气隙内的磁场由电枢磁动势和永磁磁动势共同作用所产生。与空载时相比，电机的气隙磁场发生了变化。电枢磁动势的基波对气隙基波磁场的影响称为电枢反应。永磁同步发电机的空载磁场与永磁同步电动机相同，不再赘述，这里只讨论电枢反应磁场。

电枢反应使气隙磁场的幅值和空间相位发生变化，除了直接关系到机电能量转换之外，还有去磁或助磁作用，对电机的运行性能产生影响。电枢反应的性质（助磁、去磁或交磁）取决于电枢磁动势和主磁场在空间的相对位置，这一相对位置与励磁电动势户。和负载电流i之间的相位差巩（内功率因数角）有关。下面根据巩值的不同，分成两种情况加以分析。