车辆航海航空航天电力系统中的同步电机及其工作原理

同步电机主要工作在发电状态。事实上，大部分发电机都是同步电机，这主要是由于其输出交流电压的质量优越。因此也就不需要任何电力变换元件以获得要求质量的交流电压。输出电压的频率和幅值控制比其他发电机都要简单。输出电压频率与转速成正比。因此转速可以控制为恒定。转子绕组与直流电压源相连接。

同步电机在高功率等级场合时也可能工作于电动模式。拥有永磁体的同步电动机正逐步出现在低功率场合中。永磁同步电机（PMSM）及其驱动，在移动电力系统中有广泛应用。这些高级电机驱动将在以后章节中介绍。

在同步电动机中，起动过程中转子会发生颤动，由于这些颤动导致没有起动转矩。为了产生起动转矩，有两种方法可以使用。第一种方法，给同步电动机的转子增加更多的绕组，仿照异步电动机的笼型，以异步电动机的起动方式起动。这在起动时会产生额外的转矩，这种绕组通常称为阻尼器。在另外一种方法中，电源采用变频控制，使频率从零逐渐增加。同步电动机的转矩方程如下：

式中 δ、ω_s、V_t、E_f和X_s——功率角、同步转速、两端电压、反电动势和同步阻抗。

图3-20描绘了同步电动机中功率角和转矩之间的关系。从转矩—功率角曲线中可以看出，最大转矩出现在δ=90°。如果超过最大转矩，则电动机转速逐渐停止。

转矩—转速特性：(www.xing528.com)

图3-21描绘了同步电动机的转矩—转速之间的关系。我们可以得出结论：同步电动机转速只能是N_s；除了在N_s外，其余转速均不能提供转矩。这种电动机可以应用于需要恒速驱动的场合，同时市电电源的频率必须恒定。永磁可调转速驱动在以后章节介绍。

图3-20 同步电机中转矩—功率角之间的关系

图3-21 同步电机的转矩—转速特性