永磁同步电机运行基本原理

永磁同步电机运行基本原理

无刷直流电机也是三相绕组，我们在其中的每相绕组上通入直流电。而我们的三相永磁同步电机或者感应电机也都具有类似的定子绕组，只不过我们每相绕组上通入的是正弦的交流电。我们经常听说的就是三相相差120度º交流电，可以形成圆形旋转磁场。这个应该怎么理解呢？很多书一来就是一大堆的公式推导，让人摸不清。下面我们通过动图的方式，来直观感应的认识一下圆形旋转磁场的形成过程。

单相绕组的磁链

如果给A相绕组通入正弦交流电，那么将在绕组中形成如下形式的磁场:

A相绕组磁场产生过程

从图中我们可以看到，A相绕组形成的磁链在水平方向来回变化。因为我们通入的是按正弦回路变化的交流电，所以形成磁场的磁链幅值也是按照正弦来回变化的。方向随着通入电流方向的改变而改变。这里我们首次提到了矢量的概念。我们知道矢量就是同时具有大小和方向的量，所以用它来描述磁链的变化，将非常合适。由于我们正弦交流电是一个连续的变化过程，所以我们的磁链矢量也是一个连续的变化过程。

A相绕组形成磁链的磁链是这种方式，当然我们B的绕组也应该是类似的。只不过由于B相绕组的安装位置与A相绕组的安装位置相差了120º电角度，所以形成的磁链矢量方向也会相差120º的位置。如果给B相绕组通入正弦交流电，那么将具备如下形式:

B相绕组磁场产生过程

同样的道理，C相绕组形成的磁链矢量这类似:

C相绕组磁场产生过程

以前都是分别在单相绕组中通入正弦交流电后，磁链矢量的形成方式，如果三相绕组同时通入相同的正弦交流电，将发生什么样的反应呢？

三相绕组磁链矢量合成

这里，我们先把三相绕组的通电顺序做出一下调整。首先给A相绕组通电，等A相绕组交流电电压波形“摆”了三分之一周期再给B相绕组通电。同样，等B相电压又“摆”了三分之一周期给C相通电。这样，就形成三相互差120º电角度的三相交流电了。

三相120度交流电变化过程

我们思考一下，每一相绕组产生的磁链矢量都是具有大小和方向的量。那么我们知道，矢量是可以合成的，是具有聚集效应的。我们在直流电机部分说过，每一个线圈产生的磁链是脉动的，产生的转矩也是脉动的，但是多个线圈形成的合成磁链却是朝一个方向的，形成的合力矩将是均匀的。那么，我们三相绕组中，通入互差120º电角度交流电以后将形成如下形式的合成磁场:

圆形旋转磁场形成过程

通过上图，我们可以清晰的看到每相绕组自身磁链矢量的变化过程，同时也可以清晰的看到三相绕组合成磁链矢量的过程。最终形成了圆形旋转磁场。图右边是三相交流电的变化过程，与图中每相绕组磁链矢量的变化过程是一一对应的。

永磁同步电机运行动画

通过前面分析可以知道，三相交流电形成了圆形旋转磁场，这里可以试想一下，如果三相绕组的中心放置一个永磁体的话，会有什么现象？我们在电机相关定则一节说过，电机转矩的产生与励磁磁场、永磁体磁场以及他们之间的夹角有关。所以，在圆形旋转磁场中放置一个永磁体的话，由于三相电流产生的圆形旋转磁场是旋转的，这个永磁体产生的磁场与三相合成圆形旋转磁场将会产生力矩。那么这个永磁转子也就会随着这个旋转磁场一起旋转。这也就是三相永磁同步电机转起来的根本原因。

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