同步电机之永磁同步电动机的稳态性能

3 .1稳态运行和相皿图

正弦波永磁同步电动机（以下简称永磁同步电动机）与电励磁凸极同步电动机有着相似的内部电磁关系，故可采用双反应理论来研究。需要指出的是，由于永磁同步电动机转子直轴磁路中永磁体的磁导率很小（对稀土永磁来说其相对回复磁导率约为1 )，使得电动机直轴电枢反应电感一般小于交轴电枢反应电感，分析时应注意其异于电励磁凸极同步电动机的这一特氛。

电动机稳定运行于同步转速时，根据双反应理论可写出永磁同步电动机的电压方程。

    由电压方程可画出永磁同步电动机于不同情况下稳定运行时的几种典型相量图，如图6一9所示。图中，E，为气隙合成基波磁场所产生的电动势，称为气隙合成电动势（v ) ; E ‘为气隙合成基波磁场直轴分量所产生的电动势，称为直轴内电动势（v )；夕为亡超前艺。的角度，即功率角，也称转矩角；势为电压亡超前定子相电流I，的角度，即功率因数角。图69a 、 b和C中的电流I 、均超前于空载反电动势E，直轴电枢反应均为去磁性质，导致电动机直轴内电动势E己小于空载反电动势E。图69e中电流1滞后于五。，此时直轴电枢反应为增磁性质，导致直轴内电动势Ed大于E。图69d所示是直轴增，去磁临界状态（了1与窟。同相）下的

相量图，由此可列出如下电压方程：。从而可以求得直轴增、去磁临界状态时的空载反电动势。

式（6一6）可用于判断所设计的电动机是运行于增磁状态还是运行于去磁状态。实际E 。值由永磁体产生的空载气隙磁通算出，比较E 。与刃。如E 。大于刃。，电动机将运行于去磁工作状态，反之将运行于增磁工作状态从图6一9还可看出，要使电动机运行于单位功率因数（图6一9b）或容性功率因数状态（图69a )，只有设计在去磁状态时才能达到．

3.2稳态运行性能分析计算

永磁同步电动机的稳态运行性能包括效率、功率因数、输入功率和电枢电流等与输出功率之间的关系以及失步转矩倍数等。电动机的这些稳态性能均可从其基本电磁关系或从相量图推导而得。

3.2.1电磁转矩和矩角特性

从图69可得出如下关系：（6-16）第1项由永磁气隙磁场与定子电枢反应磁场相互作用产生的基本电磁转矩，又称水磁转矩；曲线2为式（6-16）中第2项，即由于电动机d 、 q轴磁路不对称而产生的磁阻转矩；曲线3为曲线1和曲线2的合成。由于永磁同步电动机直轴同步电抗X己一般小于交轴同步电抗X 。，磁阻转矩为一负正弦函数，因而矩角特性曲线上转矩最大值听对应的转矩角大于9少，而不象电励磁同步电动机那样小于90 "，这是水磁同步电动机一个值得注意的特点。图6-10b为某台永磁同步电动机的实测〔输出转矩／额定转矩）一转矩角曲线（爪／T 、夕曲线），从中可看出，输出额定转矩时，电动机的转矩角约为58 。，而输出最大转矩时电动机的转矩角约为110。

矩角待睦（图6一10）上的转矩最大值叭阴，被称为永磁同步电动机的失步转矩，如果负载转矩超过此值，则电动机将不再能保持同步转速。最大转矩与电动机额定转矩丁，的比值、称为永磁同步电动机的失步转矩倍数。

3.2.2工作特性曲线

计算出电动机的E、X己、 X，和R，等参数后，给定一系列不同的转矩角夕，便可求出相应的输入功率、定子相电流和功率因数等，然后求出电动机此时的损耗，便可得到电动机的输出功率尸，和效率1一刀，从而得到电动机稳态运行性能（等）与输出功率P：之间的关系曲线，即电动机的工作特性曲线。图6一n为按以上步骤求出的某台永磁同步电动机的工作特性曲线。