鄧武進

摘 要：電機學被稱為電氣專業(yè)“四大天書”之首，是電氣工程自動化專業(yè)課中被普遍認為是最為困難的。知識點十分抽象，概念復雜晦澀，難以理解。課本編排十分瑣碎，不便于學習。在電氣工程的學習中，大多數學生都感到十分困難。學生發(fā)現自己在許多問題上都無法理解而只能死記硬背。筆者在剛剛接觸電機學時，有許多問題無法理解掌握。經過長時間的鉆研，掌握了許多獨特的理解分析方法。電機學中難度最大，難點最多的便是同步電機。此文便對同步電機的若干疑難問題提供了自己的解決方法，以供電機學習者的參考。

關鍵詞：電機學;同步電機;疑難問題;理解分析

同步電機，是指轉速恒定為同步轉速的電機。它的繞組繞制方式，感應電勢的產生，旋轉磁場的產生，電樞反應以及同步電抗，都是被認為是難以理解的。本文將對這些疑難問題提出一系列便于深刻理解，透徹掌握的方法。

1 關于繞組的疑難問題

（1）在電機中有兩種旋轉磁場，其中一種是在轉子上繞制的線圈上通入直流，用原動機拖動轉子達到同步轉速，以此產生旋轉磁場。

（2）同步電機的磁極設計成沿著旋轉方向，NS極交替。

（3）電角度：將一個圓周當成360電角，劃分給相鄰的一對NS級，產生一組ABC三相繞組。有幾對磁極就有幾組ABC三相繞組，于是一個圓周360度，可以看為有p個 360度電角。

（4）按照每對磁極劃分三相繞組時，每一對磁極的相應位置應該差360電角。

（5）電勢星形圖表示的是電角度，一圈表示一對磁極的劃分，如果有多對磁極，則同一個位置的兩槽相差360電角。在每一對磁極的劃分中，三相電勢之間都相差120度電角度。

（6）按照慣例，單層繞組使用整距。雙層考慮到諧波而使用短距。因為單層繞組使用整距，所以在一對極域里產生一個線圈組。因為雙層繞組使用短距，所以一個級域內產生一個線圈組。短距會使得雙層繞組個別線圈無法按照電勢相加原則，使得電勢下降。

（7）在分配單層繞組導體時，一個槽只有一個導體，將槽分成ABCXYZ六份。在分配雙層繞組時，一個槽有兩層導體，分配時只分配上層，與單層一樣，只不過只分成ABC三份，即原來的AX都為A，以此類推。對于下層，排列與上層一樣，但是一個線圈的上下導體之間差一個節(jié)距，將上層的排列整體旋轉一個節(jié)距即可。

（8）N—串聯(lián)等效線圈數。當匝數為n時，在每條支路上串聯(lián)的線圈數是匝數為1時的線圈數的n倍。

2 關于勵磁電流產生的感應電勢的疑難問題

（1）此處考慮的是定子側的空載電勢。

（2）繞組匝數的意義在于，從繞組的一個進口繞入，繞一圈后，從出口繞出，在接著從進口繞入，出口繞出，此時繞入的各匝繞組都是平行關系。而對于線圈而言，各匝的線圈之間是串聯(lián)疊加的關系。

3 關于三相電流通過三相繞組產生的旋轉磁場的疑難問題

（1）對于單相整距集中繞組而言，線圈產生的磁勢都可以認為在兩側的氣隙上消耗掉了。所以沿氣隙圓周的磁勢均勻分布。將定子內圓展開后，將轉子一側作為參考磁勢，在右半圓，定子內圓為正。在左半圓，定子內圓為負。于是形成了矩形波磁勢。人們把這種空間位置固定，大小隨時間變化的磁勢稱為脈動磁勢。

（2）在分析基波磁勢與電角度X的曲線時。不應該把不同時刻的圖像看成是不同幅值的正弦圖像，而應該看成一個在空間上沿著氣隙傳播的波形不斷在空間變化的波。波在空間的每一個位置都存在隨時間而上下來回的振動。在每一點處都有著一個幅值，每個幅值都是確定的值，為X=0處幅值中的最大值與cosX的乘積。在這個波的各個時刻的波形圖中，磁勢的最大值總是在X=0處取得。因為此時還受到關于時間的余弦函數約束，所以波形呈現出正弦圖像形式。

（3）在用圖解法將單相基波脈振磁勢分解成兩個基波旋轉磁勢的時候，需要先確定一個位置，即把X固定，再研究隨時間而旋轉的兩個轉向反向的旋轉磁勢。

4 關于電樞反應的疑難問題

（1）電樞反應的實質是定子電流對勵磁磁勢的反作用。

（2）電機學有一個重要的推導公式的方法，那就是用一個電路上的電抗的壓降來表示磁路上的磁壓降，電抗便用來表示磁路上的阻礙。這個做法非常抽象，讓人難以理解。在同步電機中，電樞電流產生的磁通分為兩部分，主磁通和漏磁通，他們都會受到磁壓降，所以它們分別感應出的電勢便會分別與一個虛擬出的電抗成比例。在推導中，因為各個位置對應的磁路不相同，所以選取兩個沿著d軸和q軸的典型磁路加以分析。其他的磁路可以分解成這兩個磁路的疊加。意思是一個普通磁路可以用兩個典型磁路進行等效，其電磁效果是相同的。對應于兩個等效出的典型磁路，有兩個電樞電抗。同時，電樞電流也按照d軸和q軸進行分解。于是電樞電流和磁路都關于d軸和q軸分解等效了，等效的磁路都各自對應一個電抗。這樣電樞電勢就可以表示出來了。同步電抗是電樞電抗和漏磁電抗的合成。

5 總結

本文是作者對電機學學習鉆研許久的成果。由于電機學原理太過抽象，推導難以讓人理解，甚至難以讓人信服。筆者寫作此文的目的便是希望電氣學子能夠受到些許啟發(fā)，有利于他們對電機學同步電機部分的學習。

參考文獻：

[1]吳建華.開關磁阻電機設計與應用[M].機械工業(yè)出版社，2000.

[2]孔彥召，張向龍.基于有限元法的開關磁阻電機建模及驗證[J].黑龍江電力，2018（05）.

[3]黃蘇丹，曹廣忠，錢清泉，段吉安.平面開關磁阻電機非線性力電流轉換模型[J].電工技術學報，2017（02）.