《同步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介》PPT課件.ppt

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1、同步電機(jī)原理介紹 聯(lián)眾公司熱軋儀電處 講師：彭君權(quán) 結(jié)構(gòu)模型 同步發(fā)電機(jī)和其它類(lèi)型的旋轉(zhuǎn)電機(jī)一樣，由固定的定子和可 旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩大部分組成。一般分為轉(zhuǎn)場(chǎng)式同步電機(jī)和轉(zhuǎn)樞式同步電機(jī)。 圖 15.1給出了最常用的轉(zhuǎn)場(chǎng)式同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)模型，其定 子鐵心的內(nèi)圓均勻分布著定子槽，槽內(nèi)嵌放著按一定規(guī)律排列的三 相對(duì)稱(chēng)交流繞組。這種同步電機(jī)的定子又稱(chēng)為電樞，定子鐵心和繞組又稱(chēng)為電樞鐵心和電樞繞組。 轉(zhuǎn)子鐵心上裝有制成一定形狀的成對(duì)磁極，磁極上繞有勵(lì)磁 繞組，通以直流電流時(shí)，將會(huì)在電機(jī)的氣隙中形成極性相間的分布磁場(chǎng)，稱(chēng)為勵(lì)磁磁場(chǎng) (也稱(chēng)主磁場(chǎng)、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng) )。 氣隙處于電樞內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子磁極之間，氣隙層的厚度和形

2、狀對(duì) 電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)的分布和同步電機(jī)的性能有重大影響。 除了轉(zhuǎn)場(chǎng)式同步電機(jī)外 ,還有轉(zhuǎn)樞式同步電機(jī)，其磁極安裝于 定子上，而交流繞組分布于轉(zhuǎn)子表面的槽內(nèi)，這種同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子充當(dāng)了電樞。圖中用 AX、 BY、 CZ三個(gè)在空間錯(cuò)開(kāi) 120電角度分布 的線圈代表三相對(duì)稱(chēng)交流繞組。 工作原理 主磁場(chǎng)的建立：勵(lì)磁繞組通以直流勵(lì)磁電流，建立極性相間的 勵(lì)磁磁場(chǎng)，即建立起主磁場(chǎng)。 載流導(dǎo)體：三相對(duì)稱(chēng)的電樞繞組充當(dāng)功率繞組，成為感應(yīng)電 勢(shì)或者感應(yīng)電流的載體。 切割運(yùn)動(dòng)：原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（給電機(jī)輸入機(jī)械能），極 性相間的勵(lì)磁磁場(chǎng)隨軸一起旋轉(zhuǎn)并順次切割定子各相繞組（相當(dāng)于繞組的導(dǎo)體反向切割勵(lì)磁磁場(chǎng)）。 交變電勢(shì)的

3、產(chǎn)生：由于電樞繞組與主磁場(chǎng)之間的相對(duì)切割運(yùn) 動(dòng)，電樞繞組中將會(huì)感應(yīng)出大小和方向按周期性變化的三相對(duì)稱(chēng)交變電勢(shì)。通過(guò)引出線，即可提供交流電源。 感應(yīng)電勢(shì) 有效值：由第 11章可知，每相感應(yīng)電勢(shì)的有效值為 E=4.44fN kw (15.1) 感應(yīng)電勢(shì) 頻率： 感應(yīng)電勢(shì)的頻率決定于同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 和 極對(duì)數(shù) p ，即 f=pn/60 (15.2) 交變性與對(duì)稱(chēng)性：由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)極性相間，使得感應(yīng)電勢(shì)的 極性交變；由于電樞繞組的對(duì)稱(chēng)性，保證了感應(yīng)電勢(shì)的三相對(duì)稱(chēng)性。 同步轉(zhuǎn)速 同步轉(zhuǎn)速 從供電品質(zhì)考慮，由眾多同步發(fā)電機(jī) 并聯(lián)構(gòu)成的交流電網(wǎng)的頻率應(yīng)該是一個(gè)不變的 值，這就要求發(fā)電機(jī)的頻率應(yīng)該和電網(wǎng)的頻

4、率 一致。我國(guó)電網(wǎng)的頻率為 50Hz ，故有： n=3000/p (15.3) 要使得發(fā)電機(jī)供給電網(wǎng) 50Hz的工頻電能，發(fā)電 機(jī)的轉(zhuǎn)速必須為某些固定值，這些固定值稱(chēng)為 同步轉(zhuǎn)速。例如 2極電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為 3000r/min， 4極電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為 1500r/min， 依次類(lèi)推。只有運(yùn)行于同步轉(zhuǎn)速，同步電機(jī)才 能正常運(yùn)行，這也是同步電機(jī)名稱(chēng)的由來(lái)。 運(yùn)行方式 同步電機(jī)的主要運(yùn)行方式有三種，即作為發(fā)電 機(jī)、電動(dòng)機(jī)和補(bǔ)償機(jī)運(yùn)行。 作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行是 同步電機(jī)最主要的運(yùn)行方式，作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行 是同步電機(jī)的另一種重要的運(yùn)行方式。同步電 動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)，在不要求調(diào)速的場(chǎng) 合，應(yīng)用大型同步電動(dòng)機(jī)

5、可以提高運(yùn)行效率。 近年來(lái)，小型同步電動(dòng)機(jī)在變頻調(diào)速系統(tǒng)中開(kāi) 始得到較多地應(yīng)用。 同步電機(jī)還可以接于電網(wǎng) 作為同步補(bǔ)償機(jī)。這時(shí)電機(jī)不帶任何機(jī)械負(fù)載 ，靠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁電流向電網(wǎng)發(fā)出所需的 感性或者容性無(wú)功功率，以達(dá)到改善電網(wǎng)功率 因數(shù)或者調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓的目的。 凸極式轉(zhuǎn)子 凸極式轉(zhuǎn)子上有明顯凸出的成對(duì)磁極和勵(lì) 磁線圈，如圖 15.3 所示。當(dāng)勵(lì)磁線圈中 通過(guò)直流勵(lì)磁電流后，每個(gè)磁極就出現(xiàn)一 定的極性，相鄰磁極交替為 N 極和 S 極。 對(duì)水輪發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，由于水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速較 低，要發(fā)出工頻電能，發(fā)電機(jī)的極數(shù)就比 較多，做成凸極式結(jié)構(gòu)工藝上較為簡(jiǎn)單。 另外，中小型同步電機(jī)多半也做成凸極式。 水輪發(fā)

6、電機(jī) 水輪發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)是：極數(shù)多，直徑大，軸向 長(zhǎng)度短，整個(gè)轉(zhuǎn)子在外形上與汽輪發(fā)電機(jī)大不 相同。大多數(shù)水輪發(fā)電機(jī)為立式。水輪發(fā)電機(jī) 的直徑很大，定子鐵心由扇形電工鋼片拼裝疊 成。為了散熱的需要，定子鐵心中留有徑向通 風(fēng)溝。轉(zhuǎn)子磁極由厚度為 1 2mm的鋼片疊成； 磁極兩端有磁極壓板，用來(lái)壓緊磁極沖片和固 定磁極繞組。有些發(fā)電機(jī)磁極的極靴上開(kāi)有一 些槽，槽內(nèi)放上銅條，并用端環(huán)將所有銅條連 在一起構(gòu)成阻尼繞組，其作用是用來(lái)擬制短路 電流和減弱電機(jī)振蕩，在電動(dòng)機(jī)中作為起動(dòng)繞 組用。磁極與磁極軛部采用 T 形或鴿尾形連接， 如圖 15.4所示。 隱極式轉(zhuǎn)子 隱極式轉(zhuǎn)子上沒(méi)有凸出的磁極，如圖 15.2b

7、所示。 沿著轉(zhuǎn)子本體圓周表面上，開(kāi)有許多槽，這些 槽中嵌放著勵(lì)磁繞組。在轉(zhuǎn)子表面約 1/3部分沒(méi) 有開(kāi)槽，構(gòu)成所謂大齒，是磁極的中心區(qū)。勵(lì) 磁繞組通入勵(lì)磁電流后，沿轉(zhuǎn)子圓周也會(huì)出現(xiàn) N 極和 S 極。在大容量高轉(zhuǎn)速汽輪發(fā)電機(jī)中， 轉(zhuǎn)子圓周線速度極高，最大可達(dá) 170米 /秒。為 了減小轉(zhuǎn)子本體及轉(zhuǎn)子上的各部件所承受的巨 大離心力，大型汽輪發(fā)電機(jī)都做成細(xì)長(zhǎng)的隱極 式圓柱體轉(zhuǎn)子?？紤]到轉(zhuǎn)子冷卻和強(qiáng)度方面的 要求，隱極式轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和加工工藝較為復(fù)雜。 j 汽輪發(fā)電機(jī) 定子大體上與異步電機(jī)相同，定子鐵心由 0.35mm,0.5mm或其它厚度的電工鋼片疊成。定子外徑 較小時(shí)，采用圓形沖片，當(dāng)定子外徑大于

8、 1m 時(shí)，采用 扇形沖片。定子鐵心固定在機(jī)座上，機(jī)座常由鋼板焊接 而成，它必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)還必須滿足通 風(fēng)和散熱的需要。汽輪發(fā)電機(jī)的電壓較高，要求定子繞 組有足夠的絕緣強(qiáng)度，一般采用 B 級(jí)或 F 級(jí)絕緣。 為 了減少高速旋轉(zhuǎn)引起的離心力，一般采用隱極式轉(zhuǎn)子， 其外形常做成一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的圓柱體。轉(zhuǎn)子鐵心表面圓周上 銑有許多槽，勵(lì)磁繞組嵌放在這些槽內(nèi)。 勵(lì)磁繞組為 同心式繞組，以銅線繞制，并用不導(dǎo)磁的槽楔將繞組緊 固在槽內(nèi)。 勵(lì)磁方式簡(jiǎn)介 獲得勵(lì)磁電流的方法稱(chēng)為勵(lì)磁方式。目前采用 的勵(lì)磁方式分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是用直流發(fā)電機(jī) 作為勵(lì)磁電源的直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)；另一類(lèi) 是用硅整流裝置將交流轉(zhuǎn)

9、化成直流后供給勵(lì)磁 的整流器勵(lì)磁系統(tǒng)?，F(xiàn)說(shuō)明如下： 1 直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁 直流勵(lì)磁機(jī)通常與同步發(fā) 電機(jī)同軸，采用并勵(lì)或者他勵(lì)接法。采用他勵(lì) 接法時(shí)，勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流由另一臺(tái)被稱(chēng)為副 勵(lì)磁機(jī)的同軸的直流發(fā)電機(jī)供給。如圖 15.5所 示。 2 靜止整流器勵(lì)磁 同一軸上有三臺(tái)交流發(fā) 電機(jī)，即主發(fā)電機(jī)、交流主勵(lì)磁機(jī)和交流 副勵(lì)磁機(jī)。副勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流開(kāi)始時(shí)由 外部直流電源提供，待電壓建立起來(lái)后再 轉(zhuǎn)為自勵(lì) (有時(shí)采用永磁發(fā)電機(jī) )。副勵(lì)磁 機(jī)的輸出電流經(jīng)過(guò)靜止晶閘管整流器整流 后供給主勵(lì)磁機(jī)，而主勵(lì)磁機(jī)的交流輸出 電流經(jīng)過(guò)靜止的三相橋式硅整流器整流后 供給主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組。 (見(jiàn)圖 15.6） 3 旋

10、轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁 靜止整流器的直流輸出必須 經(jīng)過(guò)電刷和集電環(huán)才能輸送到旋轉(zhuǎn)的勵(lì)磁繞組， 對(duì)于大容量的同步發(fā)電機(jī)，其勵(lì)磁電流達(dá)到數(shù) 千安培，使得集電環(huán)嚴(yán)重過(guò)熱。因此，在大容 量的同步發(fā)電機(jī)中，常采用不需要電刷和集電 環(huán)的旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁系統(tǒng)，如圖 15.7所示。主 勵(lì)磁機(jī)是旋轉(zhuǎn)電樞式三相同步發(fā)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)電 樞的交流電流經(jīng)與主軸一起旋轉(zhuǎn)的硅整流器整 流后，直接送到主發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組。交 流主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流由同軸的交流副勵(lì)磁機(jī) 經(jīng)靜止的晶閘管整流器整流后供給。由于這種 勵(lì)磁系統(tǒng)取消了集電環(huán)和電刷裝置，故又稱(chēng)為 無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)。 額定值 同步電機(jī)的額定值有： 額定容量 (VA,kVA,MVA等 ) 或額

11、定功率 PN (W,kW,MW等 ) ：指電機(jī)輸出功率的保證值。發(fā)電機(jī)通 過(guò)額定容量值可以確定電樞電流，通過(guò)額定功率可以確 定配套原動(dòng)機(jī)的容量。電動(dòng)機(jī)的額定容量一般用 kW數(shù) 表示，補(bǔ)償機(jī)則用 kVAR表示。 額定電壓 (V,kV等 ) ：指額定運(yùn)行時(shí)定子輸出端的 線電壓。 額定電流 (A) ：指額定運(yùn)行時(shí)定子的線電流。 額定功率因數(shù) ：額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的功率因數(shù)。 額定頻率 ：額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)電樞輸出端電能的頻 率，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)頻率規(guī)定為 50Hz。 同步發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行分析 當(dāng)原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)在同步轉(zhuǎn)速下運(yùn)行 , 勵(lì)磁繞組通過(guò)適當(dāng)?shù)膭?lì)磁電流 ,電樞繞組 不帶任何負(fù)載時(shí)的運(yùn)行情況，稱(chēng)為空載運(yùn) 行。

12、空載運(yùn)行是同步發(fā)電機(jī)最簡(jiǎn)單的運(yùn)行 方式，其氣隙磁場(chǎng)由轉(zhuǎn)子磁勢(shì)單獨(dú)建立， 分析較為簡(jiǎn)單 空載氣隙磁場(chǎng) 對(duì)于凸極發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，由于定轉(zhuǎn)子間的氣隙沿整個(gè)電樞圓周分布不均勻， 極面下氣隙較小，而極間氣隙較大，極面下的磁阻較小，而極間磁阻很大， 而且在同一個(gè)極面下，在一個(gè)極的范圍內(nèi)氣隙徑向磁通密度的分布近似于 平頂?shù)拿毙?。極靴以外的氣隙磁通密度減少很快，相鄰兩極中線上的磁通 密度為零。氣隙磁密可以用付立葉諧波分析的方法分解出空間基波和一系 列諧波。圖 16.1a中畫(huà)出了基波波形 。通常將極靴的極弧半徑做成小于定 子的內(nèi)圓半徑，而且兩圓弧的圓心不重合 (稱(chēng)為偏心氣隙 )，從而形成極弧 中心處的氣隙最小，沿極

13、弧中心線兩側(cè)方向氣隙逐漸增大，這樣可以使得 氣隙磁通密度的分布較接近正弦波形。 隱極電機(jī)的勵(lì)磁繞組嵌埋于轉(zhuǎn)子槽內(nèi)，沿轉(zhuǎn)子圓周氣隙可視為是均勻 的。勵(lì)磁磁勢(shì)在空間的分布為一個(gè)階梯形，受齒槽的影響 ,氣隙磁密呈現(xiàn)出 波動(dòng)變化。用諧波分析法可求出其基波分量，如圖 16.1 (b)所示。合理地 選擇大齒的寬度可以使氣隙磁密的分布接近正弦波。在本書(shū)以后的分析中， 如無(wú)特殊說(shuō)明，僅考慮磁通密度的基波分量。 感應(yīng)電勢(shì)的波形和大小與氣隙磁密的分布形狀及幅值大小緊密相關(guān)， 在設(shè)計(jì)和制造電機(jī)時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧?，以獲得盡可能接近正弦分布的 氣隙磁密，從而得到品質(zhì)較高的感應(yīng)電勢(shì)。在本課程以后的分析中，我們 僅考慮感

14、應(yīng)電勢(shì)的基波分量。 空載特性 當(dāng)空載運(yùn)行時(shí) ,勵(lì)磁電勢(shì)隨勵(lì)磁電流變化的關(guān)系 稱(chēng)為同步發(fā)電機(jī)的空載 特性。勵(lì)磁電勢(shì)的大小 (有效值 ) 與轉(zhuǎn)子每極磁通成正比，而勵(lì)磁電流的大 小又和作用于同步電機(jī)磁路上的勵(lì)磁磁勢(shì) 正比例變化，所以空載特性與電 機(jī)磁路的磁化曲線具有類(lèi)似的變化規(guī)律。如圖 16.2 所示。 由圖可見(jiàn)，當(dāng)勵(lì)磁電流較小時(shí)，由于磁通較小，電機(jī)磁路沒(méi)有飽和， 空載特性呈直線（將其延長(zhǎng)后的射線稱(chēng)為氣隙線）。隨著勵(lì)磁電流的增大， 磁路逐漸飽和，磁化曲線開(kāi)始進(jìn)入飽和段。為了合理地利用材料，空載額 定電壓一般設(shè)計(jì)在空載特性的彎曲處，如圖中的 c點(diǎn)。 空載特性可以通過(guò)計(jì)算或試驗(yàn)得到。試驗(yàn)測(cè)定的方法與直流

15、發(fā)電機(jī)類(lèi) 似。同步電機(jī)的空載特性也常用標(biāo)么值表示，空載電勢(shì)以額定電壓為基值， 取 時(shí)的勵(lì)磁電流 (稱(chēng)為額定勵(lì)磁電流 )為勵(lì)磁電流的基值。用標(biāo)么值表示的 空載特性具有典型性，不論電機(jī)容量的大小，電壓的高低，其空載特性彼 此非常接近。 空載特性在同步發(fā)電機(jī)理論中有著重要作用： 將設(shè)計(jì)好的電機(jī)的 空載特性與表 16-1中的數(shù)據(jù)相比較，如果兩者接近，說(shuō)明電機(jī)設(shè)計(jì)合理， 反之，則說(shuō)明該電機(jī)的磁路過(guò)于飽和或者材料沒(méi)有充分利用?？蛰d特性結(jié)合短路特性 (在后面介紹 )可以求取同步電機(jī)的參數(shù)。發(fā)電廠通過(guò)測(cè)取 空載特性來(lái)判斷三相繞組的對(duì)稱(chēng)性以及勵(lì)磁系統(tǒng)的故障。 負(fù)載后磁勢(shì)分析 空載時(shí)，同步電機(jī)中只有一個(gè)以同步轉(zhuǎn)速

16、旋轉(zhuǎn)的勵(lì)磁磁勢(shì) ，它 在電樞繞組中感應(yīng)出三相對(duì)稱(chēng)交流電勢(shì) ，稱(chēng)為勵(lì)磁電勢(shì)。 當(dāng)電樞繞組接上三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載后，電樞繞組和負(fù)載一起構(gòu)成 閉合通路，通路中流過(guò)的是三相對(duì)稱(chēng)的交流電流 ，我們知道，當(dāng) 三相對(duì)稱(chēng)電流流過(guò)三相對(duì)稱(chēng)繞組時(shí)，將會(huì)形成一個(gè)以同步速度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。 由此可見(jiàn)，負(fù)載以后同步電機(jī)內(nèi)部將會(huì)產(chǎn)生又一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì) -電樞旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。因此，同步發(fā)電機(jī)接上三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載以后，電機(jī) 中除了隨軸同轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁勢(shì) (稱(chēng)為機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁勢(shì) )外，又多了一個(gè) 電樞旋轉(zhuǎn)磁勢(shì) (稱(chēng)為電氣旋轉(zhuǎn)磁勢(shì) ) 。 參看異步電機(jī)篇的介紹，不難證明這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的轉(zhuǎn)速 均為同步速，而且轉(zhuǎn)向一致，二者在空間處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，可以用矢量加

17、法將其合成為一個(gè)合成磁勢(shì) 。 氣隙磁場(chǎng) 可以看成是由合成磁勢(shì) 在電機(jī)的氣隙中建立起來(lái) 的磁場(chǎng)。 也是以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 可見(jiàn)同步發(fā)電機(jī)負(fù)載 以后，電機(jī)內(nèi)部的磁勢(shì)和磁場(chǎng)將發(fā)生顯著變化，這一變化主要由電樞磁勢(shì)的出現(xiàn)所致。 電樞反應(yīng) 電樞磁勢(shì)的存在，將使氣隙磁場(chǎng)的大小 和位置發(fā)生變化，我們把這一現(xiàn)象稱(chēng)為電 樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)會(huì)對(duì)電機(jī)性能產(chǎn)生重大 影響。 電樞反應(yīng)的情況決定于空間相量 和 之間的夾角，而這一夾角又和時(shí)間相 量 E0 和 Ia 之間的相位差 y相關(guān)連。 y稱(chēng)為 內(nèi)功率因數(shù)角 ，其大小由負(fù)載的性質(zhì)決定。 時(shí)空相量圖 如圖 16.4 所示的瞬間， A相繞組中感應(yīng)電 勢(shì) 達(dá)到最大值，此時(shí)

18、如果 y=0 ，即 A相電 流 和 同相位，則 亦達(dá)到最大值。 由異步電機(jī)篇的介紹可知，電樞磁勢(shì) (三相合成磁勢(shì) ) 的軸線在此瞬間將和 A相 線圈的軸線重合。 一般情況下， (時(shí)間相量 )滯后或 超前于 (時(shí)間相量 )y 電角度時(shí)， (空間相 量 )的軸線位置也滯后或超前于 A 相繞組 的軸線 y電角度。即 和 在時(shí)間上的相位差 等于 的軸線和 A相繞組軸線的空間角度差。 以上結(jié)論雖然是在一個(gè)特殊的瞬間 (磁極軸線和 A相繞組軸線正交時(shí) )得出的，由于 和 同速同步旋 轉(zhuǎn)，故在負(fù)載一定的情況下， 和 的空間相位差等 于 90+y 電角度。 為了分析方便，人們常將時(shí)間相量 , , ,U 和 空

19、間相量 , , 畫(huà)一起構(gòu)成所謂的時(shí)空相量圖 (見(jiàn)圖 16.4)。在時(shí)空相量圖中 和 Ff (處于磁極軸線方向， 稱(chēng)為直軸，用 d表示 )重合， 滯后于 90 電角度 (處于相鄰一對(duì)磁極的中性線位置，稱(chēng)為交軸，用 q 表示 )， 和 之間的相位差 y由負(fù)載性質(zhì)決定， 和 重合。 利用時(shí)空相量圖 (圖 16.5) ，可以方便地 分析不同負(fù)載情況時(shí)同步發(fā)電機(jī)電樞反應(yīng)的情況。 y=0或者 180度 此時(shí) 和 Ff之間的夾角為 90度或者 270度 ， 即二者正交，轉(zhuǎn)子磁勢(shì)作用在直軸上，而 電樞磁勢(shì)作用在交軸上，電樞反應(yīng)的結(jié)果 使得合成磁勢(shì)的軸線位置產(chǎn)生一定的偏移， 幅值發(fā)生一定的變化。這種作用在交軸上

20、 的電樞反應(yīng)稱(chēng)為交軸電樞反應(yīng)，簡(jiǎn)稱(chēng)交磁 作用。 y=90 此時(shí) 與 之間的夾角為 180度 ，即二者反 相，轉(zhuǎn)子磁勢(shì)和電樞磁勢(shì)一同作用在直軸 上，方向相反，電樞反應(yīng)為純?nèi)ゴ抛饔茫?合成磁勢(shì)的幅值減小，這一電樞反應(yīng)稱(chēng)為 直軸去磁電樞反應(yīng)。 y=-90 此時(shí) 與 之間的夾角為 0 ，即二者同相， 轉(zhuǎn)子磁勢(shì)和電樞磁勢(shì)一同作用在直軸上， 方向相同，電樞反應(yīng)為純?cè)龃抛饔?，合?磁勢(shì)的幅值加大，這一電樞反應(yīng)稱(chēng)為直軸 增磁電樞反應(yīng)。 同步電抗和電樞反應(yīng)電抗 當(dāng)三相對(duì)稱(chēng)電樞電流流過(guò)電樞繞組時(shí)，將 產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的電樞磁勢(shì) ， 將在電機(jī)內(nèi)部產(chǎn) 生跨過(guò)氣隙的電樞反應(yīng)磁通 和不通過(guò)氣 隙的漏磁通 ， 和 將分別在電樞各相

21、繞組 中感應(yīng)出電樞反應(yīng)電勢(shì) 和漏磁電勢(shì) 。 與 電樞電流 的大小成正比 (不計(jì)飽和 )，比例 常數(shù)稱(chēng) 為電樞反應(yīng)電抗。考慮到相位關(guān) 系后，每相電樞反應(yīng)電勢(shì)為： （ 16-3) 電樞反應(yīng)電抗的大小和電樞反應(yīng)磁通 所經(jīng)過(guò)磁 路的磁阻成反比，磁阻與電樞磁勢(shì) 軸線的位置 有關(guān)。對(duì)于凸極電機(jī)而言，當(dāng) 和 重合時(shí)， 經(jīng) 過(guò)直軸氣隙和鐵心而閉合（這條磁路稱(chēng)為直軸 磁路），如圖 16.6a 所示。此時(shí)由于直軸磁路中 的氣隙較短，磁阻較小，所以電樞反應(yīng)電抗就 較大。當(dāng) 和 正交時(shí)，即 和磁極的軸線垂直時(shí)， 經(jīng)過(guò)交軸氣隙和鐵心而閉合（這條磁路稱(chēng)為交 軸磁路），如圖 16.6b所示。此時(shí)由于交軸磁路 中的氣隙較長(zhǎng)，

22、磁阻較大，所以電樞反應(yīng)電抗 就較小。 一般情況下， 和 之間的夾角由負(fù)載的性 質(zhì)決定，為 90+y， 的流通路徑介于直軸 磁路和交軸磁路之間，電樞反應(yīng)電抗的大 小也就介于最大和最小之間。 由于 和 之 間的夾角受制于內(nèi)功率因數(shù)角 (即負(fù)載的 性質(zhì) )，不同負(fù)載時(shí)， 和 之間的夾角不同， 對(duì)應(yīng)的 也就不同，這給分析問(wèn)題帶來(lái)了 諸多不便。 為了解決這一問(wèn)題，人們采用了正交分解 法和疊加原理，將 看成是其直軸分量 和 交軸分量 的疊加，并認(rèn)為 單獨(dú)激勵(lì)直軸 電樞反應(yīng)磁通 ，其流通路徑為直軸磁路， 對(duì)應(yīng)有一個(gè)固定的直軸電樞反應(yīng)電抗 ,并 在定子每相繞組中產(chǎn)生直軸電樞反應(yīng)電 勢(shì) ； 單獨(dú)激勵(lì)交軸電樞反應(yīng)

23、磁通 ，其 流通路徑為交軸磁路，對(duì)應(yīng)有一個(gè)固定的 交軸電樞反應(yīng)電抗 ，并在電樞每相繞組 中產(chǎn)生交軸電樞反應(yīng)電勢(shì) 。 電樞繞組總的電樞反應(yīng)電勢(shì) 可以寫(xiě)為 (16-4) 考慮到漏磁通 引起的漏抗電勢(shì) =-j ( 為 電樞繞組的漏電抗 )后，電樞繞組中由電樞 電流引起的總的感應(yīng)電勢(shì)為 (16-5) 其中 = + 定義為直軸同步電抗， =Xaq + 定義為交軸同步電抗。 對(duì)于隱極電機(jī)來(lái) 說(shuō)，由于電樞為圓柱體，忽略轉(zhuǎn)子齒槽分 布所引起的氣隙些微不均勻后，可以認(rèn)為 隱極電機(jī)直軸磁路和交軸磁路的磁阻相等， 直軸和交軸電樞反應(yīng)電抗相等，即 = = ， 結(jié)合 = + ，并代入式 (16-5)可得 (16-6)

24、式中 , 定義為隱極電機(jī)的同步電抗。 由定義可知，同步電抗包括兩部分：電樞 繞組的漏電抗和電樞反應(yīng)電抗。在實(shí)用上， 常將二者作為一個(gè)整體參數(shù)來(lái)處理，這樣 便于分析和測(cè)量。 附記 同步電動(dòng)機(jī)工作原理 先從一臺(tái)并聯(lián)在無(wú)窮大電網(wǎng)上的同步發(fā)電機(jī)著 手分析。同步電機(jī)的氣隙中同時(shí)存在著對(duì)應(yīng)于 電網(wǎng)電壓 U 的合成磁勢(shì) F和對(duì)應(yīng)于勵(lì)磁電勢(shì) E0 的轉(zhuǎn)子磁勢(shì) Ff , F的轉(zhuǎn)速由電網(wǎng)頻率決定，是固 定不變的。 在發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)時(shí)， Ff超前于 F 一個(gè) d角，或者 說(shuō)， Ff拖著 F一起旋轉(zhuǎn)，二者之間的電磁力矩對(duì) 轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)是阻力矩。轉(zhuǎn)子在原動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下克 服阻力矩，將轉(zhuǎn)子邊的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為定子邊的 電能 。 如果

25、減少原動(dòng)機(jī)輸出給轉(zhuǎn)子的機(jī)械功率，則 d角 逐漸縮小，在不計(jì)空載損耗時(shí)，當(dāng) d縮小到 0 時(shí)， 電機(jī)處于理想空載狀態(tài)，既不向電網(wǎng)提供有功 功率，也不吸收電網(wǎng)有功功率。 如果把原動(dòng)機(jī)撤掉并在轉(zhuǎn)子上加上機(jī)械負(fù)載， 則 Ff將落后于 F ，或者說(shuō)， F拖著 Ff一起旋轉(zhuǎn)， 二者之間的電磁力矩 對(duì)轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)是動(dòng)力矩，帶 動(dòng)轉(zhuǎn)子上的機(jī)械負(fù)載作機(jī)械功，從而將電網(wǎng)提 供的電能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子邊的機(jī)械能。此時(shí)同步電 機(jī)運(yùn)行于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)。 由以上分析可知，同步電機(jī)可以從發(fā)電機(jī)運(yùn)行 方式過(guò)渡為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式。產(chǎn)生這一過(guò)程的 本質(zhì)在于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁勢(shì) Ff (由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng) )和合 成旋轉(zhuǎn)磁勢(shì) F(由交流電網(wǎng)決定 )之間主從關(guān)系的

26、 改變。當(dāng) Ff超前于 F 時(shí)，同步電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)， 功角 d0 ，有功功率從電機(jī)流向電網(wǎng)；當(dāng) F超前 于 Ff時(shí)，同步電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)，功角 d0 ， 有功功率從電網(wǎng)流向電機(jī)?？梢杂门c分析發(fā)電 機(jī)類(lèi)似的方法分析同步電動(dòng)機(jī)，以下對(duì)同步電 動(dòng)機(jī)運(yùn)行作簡(jiǎn)單介紹。 同步電動(dòng)機(jī)電勢(shì)方程式和相量圖 研究同步電動(dòng)機(jī)的方法和研究同步發(fā)電機(jī)的方法相似。 可以采用發(fā)電機(jī)慣例或者電動(dòng)機(jī)慣例，我們以電動(dòng)機(jī)慣 例進(jìn)行分析。 根據(jù)等效電路，寫(xiě)出其電勢(shì)方程式： U=E0+j XsIa 對(duì)于凸極同步電動(dòng)機(jī)，用電動(dòng)機(jī)觀點(diǎn)直接寫(xiě)出其電壓平 衡方程式： U=E0+j XdId +j XqIq 采用與凸極發(fā)電機(jī)類(lèi)似的方法和步驟可

27、以作出凸極式同 步電動(dòng)機(jī)的相量圖，具體過(guò)程讀者自行分析。 同步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn) 接在電網(wǎng)上的負(fù)載絕大部分都是感性負(fù)載 (如異步電機(jī)、電抗器等 )， 都需要從電網(wǎng)吸收大量滯后性電流，使得電網(wǎng)及其輸電線路可供給的有功功率減小、損耗增加、壓降增大。 發(fā)電廠要求用戶的功率因數(shù)限制在一定的數(shù)值以內(nèi)，以使電網(wǎng)能得 到合理、經(jīng)濟(jì)地利用。那么用戶怎樣提高功率因數(shù)呢？ 方法有二： (1)是在線路上并聯(lián)電容器來(lái)補(bǔ)償電網(wǎng)的落后性功率因 數(shù)； (2)是用同步電動(dòng)機(jī)代替部分異步電動(dòng)機(jī)，因?yàn)橥诫妱?dòng)機(jī)能 吸收超前性電流，可以改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。 與發(fā)電機(jī)類(lèi)似，同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)可以通過(guò)改變勵(lì)磁電流的大 小來(lái)調(diào)節(jié)。如果增大

28、勵(lì)磁電流使電動(dòng)機(jī)處于過(guò)勵(lì)狀態(tài)，則勵(lì)磁磁勢(shì)Ff增大，而合成磁勢(shì) F的大小是不變的。 按照磁勢(shì)平衡原理，電網(wǎng)將輸出給電動(dòng)機(jī)一超前電流 Ia， 該電流在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部將產(chǎn)生去磁性的電樞反應(yīng)，使得磁 勢(shì)得到平衡。電網(wǎng)輸出給電動(dòng)機(jī)超前電流相當(dāng)于電網(wǎng)從 電動(dòng)機(jī)處吸取了滯后電流，正好滿足了附近電感性負(fù)載 的需要，使得電網(wǎng)的功率因數(shù)得到補(bǔ)償。 如果減小勵(lì)磁電流使電動(dòng)機(jī)處于欠勵(lì)狀態(tài)，則勵(lì)磁磁勢(shì) Ff也減小，電網(wǎng)必須輸出給電動(dòng)機(jī)一滯后電流來(lái)產(chǎn)生增 磁電樞反應(yīng)，以保持合成磁勢(shì) F不變。這種情況和異步 電機(jī)的情況類(lèi)似，所以同步電動(dòng)機(jī)一般不采用欠勵(lì)運(yùn)行。 如果保持機(jī)械負(fù)載不變（相當(dāng)于有功功率不變），調(diào)節(jié) 勵(lì)磁電流 If，對(duì)

29、應(yīng)的電樞電流 Ia隨之而變，和發(fā)電機(jī)一 樣可畫(huà)出同步電動(dòng)機(jī)的 V形曲線。 但是同步電動(dòng)機(jī)亦有一些缺點(diǎn)，如起動(dòng)性能較差，結(jié)構(gòu) 上較異步電動(dòng)機(jī)復(fù)雜，還要有直流電源來(lái)勵(lì)磁，價(jià)格比 較貴，維護(hù)又較為復(fù)雜，所以一般在小容量設(shè)備中還是 采用異步電動(dòng)機(jī)。在中大容量的設(shè)備中，尤其是在低速、 恒速的拖動(dòng)設(shè)備中，應(yīng)優(yōu)先考慮選用同步電動(dòng)機(jī)，如拖 動(dòng)恒速軋鋼機(jī)、電動(dòng)發(fā)電機(jī)組、壓縮機(jī)、離心泵、球磨 機(jī)、粉碎機(jī)、通風(fēng)機(jī)等。 利用同步電動(dòng)機(jī)能夠改變電網(wǎng)功率因數(shù)這一優(yōu)點(diǎn)，亦有 制造專(zhuān)門(mén)用作改變電網(wǎng)功率因數(shù)的電動(dòng)機(jī)，不帶任何機(jī) 械負(fù)載，這種不帶機(jī)械負(fù)載的同步電動(dòng)機(jī)稱(chēng)之為同步補(bǔ) 償機(jī)或同步調(diào)相機(jī)。同步調(diào)相機(jī)是在過(guò)勵(lì)情況下空載運(yùn)

30、行的同步電動(dòng)機(jī)。 同步電動(dòng)機(jī)的功角特性 同步電動(dòng)機(jī)以凸極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)比較多，因此以凸 極電機(jī)的功角特性為例來(lái)研究。 同步電動(dòng)機(jī)的功角特性公式和發(fā)電機(jī)的一樣都 可以從相量圖中導(dǎo)出來(lái)。電動(dòng)機(jī)的功角 d是 U超 前 E0的角度 ,如將發(fā)電機(jī)功角特性中的 d用 -d來(lái) 替代，這樣電磁功率就變成了負(fù)值，電動(dòng)機(jī)狀 態(tài)下是電網(wǎng)向電動(dòng)機(jī)提供有功功率，所以寫(xiě)電 動(dòng)機(jī)公式時(shí)，將負(fù)號(hào)去掉，于是功角特性就和 發(fā)電機(jī)的功角特性和矩角特性具有相同的形式： 同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩包括基本電磁轉(zhuǎn)矩和附 加電磁轉(zhuǎn)矩兩部分，當(dāng)勵(lì)磁電流為零時(shí)，即 E0=0時(shí)，仍具有附加電磁轉(zhuǎn)矩。利用此原理， 可以制成所謂的磁阻同步電動(dòng)機(jī)。這種電機(jī)的 轉(zhuǎn)

31、子上沒(méi)有勵(lì)磁繞組，是凸極式的，靠它的直 軸與交軸磁阻不相等而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。它的容 量一般很小，常常做成 10千瓦以下的電動(dòng)機(jī)， 能在變頻、變壓的電源下運(yùn)行，而且速度比較 均勻，常在轉(zhuǎn)速需要均勻的情況下被采用，如 精密機(jī)床工業(yè)、人造纖維工業(yè)、電子計(jì)算機(jī)等 方面。 同步電動(dòng)機(jī)的異步啟動(dòng) 當(dāng)定子繞組接到電源后，按照同步電機(jī)的原理同步電動(dòng)機(jī)是不能產(chǎn) 生啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的。目前工礦企業(yè)中看到的同步電動(dòng)機(jī)都能夠啟動(dòng)，這是利用異步電動(dòng)機(jī)的原理來(lái)產(chǎn)生啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使得電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)的。 下面我們分析同步電動(dòng)機(jī)沒(méi)有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的原因及啟動(dòng)問(wèn)題的解決方 法。 假設(shè)在合閘瞬間，轉(zhuǎn)子 (已經(jīng)加勵(lì)磁 )處于圖 18.5a所示的位置，此

32、時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩 T傾向于使轉(zhuǎn)子逆時(shí)鐘轉(zhuǎn)動(dòng)；在另一個(gè)瞬間 (圖 18.5b 所示 )，定子磁場(chǎng)已轉(zhuǎn)過(guò) 180度，而轉(zhuǎn)子由于機(jī)械慣性尚未啟動(dòng)，電 磁轉(zhuǎn)矩 T傾向于使轉(zhuǎn)子順時(shí)鐘轉(zhuǎn)動(dòng)。由于定子磁場(chǎng)以同步速旋轉(zhuǎn)， 作用于轉(zhuǎn)子上的力矩隨時(shí)間以 f = 50Hz作交變，那么轉(zhuǎn)子上受到的 平均轉(zhuǎn)矩為 0。因此同步電動(dòng)機(jī)是不能自行起動(dòng)的。概括一下同步 電動(dòng)機(jī)沒(méi)有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的原因是：（ 1）定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)之間相對(duì)運(yùn)動(dòng) 速度很快；（ 2）轉(zhuǎn)子本身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的存在。 同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法，目前幾乎都采用異步啟動(dòng)法。要實(shí)現(xiàn)同步 電動(dòng)機(jī)的異步啟動(dòng)，就需要在轉(zhuǎn)子磁極表面裝有類(lèi)似異步電動(dòng)機(jī)鼠 籠轉(zhuǎn)子的短路繞組，稱(chēng)之為啟動(dòng)繞組。它的結(jié)

33、構(gòu)型式和同步發(fā)電機(jī) 的阻尼繞組一樣。為了得到較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)繞組常用電阻較 大的黃銅條做成。啟動(dòng)時(shí)交流電壓施于定子繞組后，在空氣隙中產(chǎn) 生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，同異步電動(dòng)機(jī)的工作原理一樣，這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)將在轉(zhuǎn) 子啟動(dòng)繞組中感應(yīng)電流，此電流和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩， 這樣同步電動(dòng)機(jī)就按照異步電動(dòng)機(jī)的原理轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。在轉(zhuǎn)速上升到 接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，再給勵(lì)磁繞組中通入直流勵(lì)磁電流，使得轉(zhuǎn)子產(chǎn) 生磁極磁場(chǎng)，此時(shí)它和氣隙磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速已經(jīng)十分接近，依靠這兩個(gè) 磁場(chǎng)間的相互吸引力產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩（稱(chēng)為同步轉(zhuǎn)矩），將轉(zhuǎn)子磁極拉入同步，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為拉入同步過(guò)程。 拉入同步是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程，如果條件不合 適，不一定能夠成功。一般

34、說(shuō)，在加入直流勵(lì) 磁使得轉(zhuǎn)子拉入同步的瞬間，同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn) 差愈小、慣量愈小，負(fù)載愈輕，拉入同步就愈 容易。 綜上，同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程分為兩個(gè)階段： 首先是異步啟動(dòng)，使得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近于同步 速；加入直流勵(lì)磁，使得轉(zhuǎn)子拉入同步。由 于磁阻轉(zhuǎn)矩的作用，凸極式同步電動(dòng)機(jī)較容易 拉入同步。甚至在未加勵(lì)磁電流的情況下，有 時(shí)轉(zhuǎn)子也能拉入同步。因此為了改善起動(dòng)性能， 同步電動(dòng)機(jī)大多采用凸極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。 同步電動(dòng)機(jī)異步啟動(dòng)時(shí)，勵(lì)磁繞組不能開(kāi) 路，因?yàn)閯?lì)磁繞組的匝數(shù)較多，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 切割勵(lì)磁繞組而在其中感應(yīng)一危險(xiǎn)的高電 壓，容易使得勵(lì)磁繞組絕緣擊穿或引起人 身事故。在起動(dòng)時(shí)，勵(lì)磁繞組必須短路。 為了避免在勵(lì)磁繞

35、組中產(chǎn)生過(guò)大的短路電 流，勵(lì)磁繞組短路時(shí)必須串入比本身電阻 大（ 5-10）倍的外加電阻。 磁阻同步電動(dòng)機(jī) 磁阻電動(dòng)機(jī)是一種轉(zhuǎn)子上沒(méi)有裝設(shè)勵(lì)磁繞 組的凸極同步電動(dòng)機(jī)，它依靠直軸和交軸 兩條磁路上磁阻不等而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，所 以稱(chēng)為磁阻同步電動(dòng)機(jī)。 對(duì)凸極轉(zhuǎn)子，且當(dāng) XdXd時(shí)，即使轉(zhuǎn)子上 不裝設(shè)勵(lì)磁繞組，也會(huì)存在電磁功率和對(duì) 應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩，其大小為 由上式可見(jiàn)，電磁轉(zhuǎn)矩與功角 的關(guān)系是 按 (sin2)規(guī)律變化的。當(dāng) = 90度時(shí)，轉(zhuǎn) 矩等于零； = 45度時(shí)，轉(zhuǎn)矩最大； = 45 度時(shí)，轉(zhuǎn)矩又會(huì)變?yōu)榱?，這種情況可由圖 18.6來(lái)說(shuō)明。 圖 18.6a 是磁阻電動(dòng)機(jī)的空載情況，不計(jì)機(jī)械損耗時(shí)，

36、電機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩 TM0，故定子磁場(chǎng)軸線與磁極軸 線重合（即 = 0），磁力線不發(fā)生扭彎。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)加上負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)子直軸將落后于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 軸線 角，如圖 18.6b所示 ( 圖中 = 45)，由圖可見(jiàn)，這 個(gè)磁場(chǎng)被扭歪了。由于磁通具有使其所經(jīng)路徑的磁阻為 最小的性質(zhì)，從而力圖使轉(zhuǎn)子直軸方向與定子磁場(chǎng)軸線 取得一致 ,因此產(chǎn)生與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同轉(zhuǎn)向的磁阻轉(zhuǎn)矩 TM ，和負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡。 當(dāng) 角增大到 90時(shí)，由圖 18.6c 可見(jiàn)，氣隙磁場(chǎng)又對(duì)稱(chēng) 分布，其合成轉(zhuǎn)矩又變成零。 磁阻同步電動(dòng)機(jī)只存在電樞反應(yīng)磁場(chǎng)，故又稱(chēng)為反應(yīng)式 同步電動(dòng)機(jī)。 電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩的最大值為： 可以看出，電機(jī) Xd、

37、 Xq的數(shù)值愈大，則 TMmax的數(shù)值也愈大。為了增大 Xd、 Xq， 轉(zhuǎn)子常采用如圖 18.7所示的鋼片和非磁性 材料（如鋁、銅）相間鑲嵌的結(jié)構(gòu)，其中 鋁或銅部分可起到籠型繞組的作用使電機(jī) 起動(dòng)。在電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，由于交軸磁路 多次跨過(guò)非磁性區(qū)域，遇到的磁阻很大， 對(duì)應(yīng)的 Xq很小。 磁阻電動(dòng)機(jī)一般靠實(shí)心轉(zhuǎn)子的感應(yīng)渦流并 借助于鋁或銅所起籠型繞組的作用起動(dòng)。 當(dāng)轉(zhuǎn)子接近同步速時(shí)，借助凸極效應(yīng)產(chǎn)生 的磁阻轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子會(huì)自動(dòng)拉入同步。磁阻 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上既無(wú)勵(lì)磁繞組也沒(méi)有集電環(huán) 而使得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，在控制系統(tǒng)、 自動(dòng)記錄裝置、電鐘等需要保持恒速的場(chǎng) 合獲得了廣泛的應(yīng)用。 小結(jié) 作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行是同步電機(jī)又一種重要的運(yùn)行方式。同 步電機(jī)接于頻率一定的電網(wǎng)上運(yùn)行，其轉(zhuǎn)速恒定，不會(huì) 隨負(fù)載變動(dòng)而變動(dòng)；另外，同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)可以 調(diào)節(jié)，在需要改變功率因數(shù)和不需要調(diào)速的場(chǎng)合，常優(yōu) 先采用同步電動(dòng)機(jī)。 通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流可以方便地改變同步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功功 率。過(guò)勵(lì)時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)吸取超前電流；欠勵(lì)則 吸取滯后電流。能夠改善電網(wǎng)的功率因數(shù)是同步電動(dòng)機(jī) 的最大優(yōu)勢(shì)。 從同步電動(dòng)機(jī)的原理來(lái)看，它不能自行啟動(dòng)；在同步電 動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上裝設(shè)啟動(dòng)繞組，借助異步電動(dòng)機(jī)的原理來(lái) 完成其啟動(dòng)過(guò)程。 結(jié)束