当n<n1作异步运行时，将直流电源加入 三相转子绕组，→产生转子磁场→定子
磁场拉着转子磁场→n=n1
+
U1 V1V2 U2
W2 W1
集电环
A1 IA1A2
A1 B1 C1
V2 U2 W2
“异步”B1
IB1B2 IC1C2
C1
QS “同步”
二、三相同步电动机工作原理：
1.三相定子绕组加入三相对称交流电
q
电抗Xd大 ，转过90º时，
N
气隙大，磁阻大，
磁导小→Xq小
S
略去定子绕组电压降：定子电压平衡方 程式
凸极： U E0 jIdm Xd jIgm Xq
隐极： U E0 jIm X
Xd Xq X
d
İdM
İ
M M İqM
d轴
Ù jİqMxq
jİdMxd
q
IdM：定子相电流的直流分量。 IqM：定子相电流的交轴分量。
S
N
Bf Ba
S
n
n
N Bf
S
n Ba
Ba与Bf保持垂直→Tem=Tm Bf与Ba同方向→Tem=0 若Bf与Ba之间保持一定的夹角， 电机继续 旋转。
（二）三相永磁同步电动机 的工作原理
转子位置传感器检
测转子的实际位置
→控制电子开关中 晶体管的通断→ 磁场方向变→Tem →电机旋转。
Ud
V1 V2
I dm I sin( m m )
I gm I cos( m m )
I dm X d E0 U1 cos m I gm X q U1 sin m
Pem P1 mUI cosm mUI cos[(m m ) m ]
Pem mUI cos( m m ) cos m mUI sin( m m )sin m
1b V3 V4
V5 V6
6b
V1b
V6b
晶体管控制电路
A
nN
S
B
C
转子位置传Leabharlann 器１.V2.V3导通，→Ba与Bf垂直→Tem=Tm 2.V4.V5导通， →Ba转过1200→Tem=Tm
3.霍尔位置传感器
二、三相永磁同步电动机 的工作原理
（一）反装式直流 电机的工作原理
1.普通直流电机 的工作原理
N
n
Ba Bf
S
2.反装式直流电动机 的工作原理
根据左手定则，电枢绕组产生最大的电 磁转矩，要使电枢绕组顺时针方向转动， 电磁转矩的反作用力，迫使磁极逆时针 方向转。
N
n Bf Ba
分类：按定子三相电枢绕组所加电压波形分： 正弦波驱动和方波驱动* 方波驱动控制简单，成本低
（二）定子电枢绕组的开关控制
三相绕组接成Y或△。 由转子位置检测器决定晶体管的导通、关
断。
V1 V2
V3 V4
A
V5 V6
BC
MS 3~
MS 3~
△接法的控制方式
（三）转子位置传感器
作用：检测电动机转子的实际位置。 1.光电编码器：光学编码器或旋转编码器 （1）增量式 组成：固定在定子上的光电耦合开关
具有硬机械特性。
一、永磁同步电动机的基本结构
组成：电机本体、转子位置传感器、电
子开关
电源
控制信号 电子开关
输出
MS 3~
BQ
无刷直流电动机的外形图
系 统 图
（一）永磁同步电动机— 直流无刷电动机
定子：三相对称绕组，接成Y或△， 称为电枢绕组→产生同步旋转磁场。
转子：高磁能积的稀土磁性材料 →永磁转子。
mUI gm cos m mUIdm sin m
m UE0 Xd
sin m
mU 2 2
1 (
Xg
1 Xd
) sin 2 m
Tem
Pm
Pem 1
m UE0 1 X d
sin m
m
U2 21
(1 Xq
1 Xd
) sin 2 m
四、同步电动机的V形曲线 与功率的调整
（一）V 形曲线
U U N，f fN，P2 c Im f (I f )
重点：同步电动机的工作原理 同步电动机的起动 无刷直流电动机的结构特点 工作原理 步进电动机的工作原理 运行特性
第一节 同步电动机的 工作原理
同步电动机 n=ｎ1= 60f1/p
一、三相异步电动机的同步运行
1. 异步电动机的工作原理： n<n1→E2s→I2s→Tem n=n1→Tem=0
2. 异步电动机的同步运行：
+固定在转轴上的遮光盘 原理：有光线通过，光电管导通，
输出低电平。 无光线通过，光电管截止，输出高电平。
发光二极管（固定）
遮光盘 （旋转）
光电二极管（固定）
A相 B相 R相 （基准）
（２）绝对码式：
光电码盘的码按照 二进制读数设计。
2.旋转变压器
光电码盘易受电气 “噪声”的干扰。
旋转变压器的定子、 转子均有二相交流绕 组。
同步电动机的起动方法
1.变频起动法 起动时让f1从0逐渐增加。
2. 同 步 电 动 机 的 转 子 上 装 置 阻 尼 绕 组 （装在极靴上）
方法：异步起动后，牵入同步运行。
S1 A
B
C
S2
+ - 5~10Rrf
第二节 三相永磁同步电动机
三相永磁同步电动机：无换向器电动机
或直流无刷电动机
特点：结构简单，无机械换向器，
İM M M
İqM
I f I f2 I f1 Eo2 E01 过励
m 0
Ù jİMxt
İM M
Ė03
M İqM
I f I f3 I f1
E03 E01 欠励
m 0
I f I f1 E0 E01 I Im
m 0 cos m 1 m
调节If→P1q变→cosM (二）功率因数的调整
假设：（1）不计Pcu，PFe，Pm，
（2）（隐极机） X d X q X t
P1
Pem
mUI cosm
m
E0U Xt
sin m
c
E0 sin m c及I cosm c
根据 U E0 jIm X t
可得图示特性曲线 jİMxt
Ė02
jİMxt
Ù
Ė0
Ù
M İM
I f I f1 E0 E01 I Im
同步电机过励，
Pem2>Pem1>Pem IM
Pem2 Pem1
不稳定 cosM=1
Pem=0
向电网输送无功电流， 滞后
超前
提高功率因数。
0 欠励 If0 过励
If
五、同步电动机的起动
当转子与定子磁场相对静止时，定子磁场 才能拉着转子旋转。
S n1 Tem N
S
N
n1 N N
Tem S
S
所以同步电动机不能自行起动。
→旋转磁场
dN
2.转子永久磁铁→永久磁场 3.定子磁场拉着转子磁场旋转
n1
→三相永磁同步电动
n1
S
q
N
S
双边励磁的同步电动机两种结构
定子
定子
N n1
S
凸极转子 S
N n1
隐极转 子
N 集流环
S 集流环
凸极式
隐极式
三、同步电动机电磁功率公式
d N
凸极式（转子）
n1
当定、转子处于图示位置
n1
S
气隙小，磁阻小，