若是隐极式同步电动机，因Xd =Xq ，功角特性和矩角特性的表达式为  第10章 交流同步电机 max.book118.com  稳定运行问题         下面以隐极同步电动机为例来讨论同步电动机的稳定运行问题。由图可见，当电动机拖动负载运行在? = 0?～90?的范围内，电动机能够稳定运行；当电动机拖动负载运行在? = 90?～180?的范围内，电动机不能够稳定运行。  第10章 交流同步电机         如果与异步电动机一样，将最大电磁转矩Tem与额定电磁转矩TN之比，称为过载倍数，用? 表示。 （10-30）        可见，  为了满足过载限制的要求，  隐极同步电动机额定运行时，                       。对于凸极同步电动机，额定运行时的功率角还要小些。         第10章 交流同步电机 例10-1 例10-2 10.4  同步电动机的工作特性 max.book118.com  功率因数调节        当同步电动机接在交流电源上，可以认为电源的电压Us以及频率f1都保持不变。另外，假设同步电动机拖动的负载转矩也保持不变，那么仅改变同步电动机的励磁电流If ，就能调节同步电动机的功率因数。下面以隐极同步电动机为例进行分析。          （10-31）         这说明当同步电动机只改变励磁电流If时，电动势E0的大小及相位也要跟着改变，以满足上式的关系。  第10章 交流同步电机         当负载转矩不变时，由于同步电动机的转速恒定不变，所以同步电动机的输出功率不变。在忽略电机中的各种损耗的情况下，同步电动机的输入功率与输出功率相等。于是有  （10-32）         上式的物理意义是：在只改变励磁电流的情况下，同步电动机定子绕组中电流的有功分量保持不变。          根据式（10-31）和式（10-32）所确定的条件可画出隐极同步电动机在三种不同励磁电流时的相量图，如图10-18所示。  在电压Us 不变的条件下，必有  第10章 交流同步电机         当改变同步电动机的励磁电流时，能够改变同步电动机的功率因数，这点是三相异步电动机所不具备的。         当改变励磁电流时，同步电动机功率因数变化的规律可以分为三种情况，即正常励磁状态、欠励状态和过励状态。同步电动机拖动负载运行时，一般要过励，至少运行在正常励磁状态，不要让它运行在欠励状态。  第10章 交流同步电机 max.book118.com  U形曲线         同步电动机的U形曲线是指当电源电压和电源的频率均为额定值时，在输出功率不变的条件下，调节励磁电流If 时定子电流Is的相应变化。 第10章 交流同步电机         对每条U形曲线，定子电流有一最小值，这时定子仅从电网吸收有功功率，功率因数                。把这些点连起来，称为         线。它微微向右倾斜，说明输出为纯有功功率情况下，   输出功率增大的同时，必须相应地增加一些励磁电流。这样，               线可作为分界线，在线的左边是欠励区，右边是过励区。         当同步电动机带一定负载时， 若减小励磁电流If，电动势E0、电磁功率 Pem减小。当Pem减小到一定程度，θ超过90?， 电动机就失去同步，如图10-19中虚线所示的不稳定区。从这个角度来看，同步电动机最好也不运行于欠励状态。   第10章 交流同步电机 10.5  永磁式同步电动机*         世界上第一台电机就是永磁电机，但是早期的永磁材料磁性能很差，致使永磁电机体积很大，非常笨重，因而很快就为电励磁式电机所取代。近年来，随着稀土永磁材料的快速发展，特别是第三代稀土永磁材料钕铁硼（Nd-Fe-B）的问世，给永磁电机的研究和开发带来了新的活力。从20世纪80年代初开始，各工业发达国家竟相研制高性能永磁电机，其中永磁式同步电动机以其高效节能的优点而备受青睐。目前在运动控制系统中普遍使用的永磁式同步电动机主要有两大类：正弦波永磁同步电动机（简称永磁同步电动机）和梯形波永磁同步电动机（又称无刷直流电动机）。  第10章 交流同步电机 max.book118.com  正弦波永磁同步电动机         1. 基本结构         正弦波永磁同步电动机包括定子和转子两部分。定子部分与一般交流同步电动机的定子相同，转子部分则采用永磁体励磁。 第10章 交流同步电机         同步电动机的主要参数同步电抗Xd、Xq决定于磁路的磁导，在电励磁同步电动机中， Xd   Xq 。但在永磁同步电动机中，情况有所不同，因为在直轴磁路中有永磁体，   永磁体的磁导率很低，其导磁性能与空气相似，因而大大减小了直轴电枢反应的作用，表现为Xd较小；而在交轴磁路中，主要是软铁极靴和套环类的磁性材料，导磁性能较好，交轴电枢反应的作用较大， Xq较 大，因而在永磁同步电动机中Xd   Xq 。 第10章 交流同步电机 第10章 交流同步电机 电机及拖动基础  10.1  同步电机的结构和运行方式 10.2  同步电动机的电磁关系 10.3  同步电动机的功率与转矩 10.4  同步电动机的工作特性 10.5  永磁式同步电动机* 引   言         本章主要阐述同步电机的工作原理，利用双反应理论建立同步电动机的基本电磁关系，在此基础上对同步电动机的功率关系、功角特性、矩角特性及功率因数的调节等进行深入的分析。本章还对迅速发展的永磁式同步电动机做了简要介绍。  第10章 交流同步电机 10.1  同步电机的结构和运行方式           如果三相交流电机的转子转速n与定子电流的频率f1满足下面的方程式关系，这种电机就称为同步电机。同步电机多被用作发电机，当今作为动力用的强大电力几乎全是由三相同步发电机发出的，因此它是各类发电厂的核心设备之一。同步电机也可以作电动机使用，例如空气压缩机、鼓风机、电力推进装置和电动发电机组等。        第10章 交流同步电机 max.book118.com  同步电机的基本结构          1.  定子         同步电机的定子，就其基本结构来看，与异步电机的定子没有多大区别，也是由定子铁心、定子绕组以及机座、端盖等附件组成。  第10章 交流同步电机         2. 转子         同步电机的转子有两种结构形式：一种有明显的磁极，   称为凸极式，如图10-1a所示；另一种转子为一个圆柱体，表面上开有槽，无明显的磁极，称为隐极式，如图10-1b所示。 第10章 交流同步电机         同步电机的励磁电源有两种：一种是由励磁机供电，另一种是由交流电源经过整流而得到。每台同步电机应配备一台励磁机或整流励磁装置，以便调节励磁电流。  水轮发电机  凸极式 汽轮发电机  隐极式 转速较低  转速较高 max.book118.com  同步电机的基本原理        1.  同步电机的物理模型  第10章 交流同步电机         2. 同步电机的工作原理         现以同步发电机为例来说明同步电机的工作原理。当同步发电机的转子在原动机的拖动下达到同步转速n1时，由于转子绕组是由直流电流If 励磁， 所以转子绕组在气隙中所建
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