电机运行中的电枢电流与电压滞后或超前现象详解
在深入理解电机运行机制的过程中，我们常常遇到电枢电流与电压相位关系的问题。这里，我们将探讨同步电机和永磁同步电机中，电枢电流id与电压Us之间的滞后或超前现象，以及它们在隐极发电机、凸极发电机、隐极电动机和永磁同步电机中的具体表现。
1.1 隐极发电机
在同步运行的隐极发电机中（图1），根据过励（输出感性功率，Us超前Is）和欠励（吸收感应功率，Us滞后Is）状态，电枢电流id和iq的分量表现各异。在过励时（图2a），id和iq皆为正值；而在欠励时（图2b），尽管Us与Is的相位相反，id仍为正值，iq保持正值。
1.2 隐极电动机
对于隐极电动机，欠励状态下（图3b）id变为负值，iq保持正值，而过励时（图3a）id依然是负值，iq为正值。
1.3 凸极电机
凸极发电机和电动机与隐极电机类似，只是电感参数有所区别。在电励磁同步电机中，id的正负取决于励磁电流，发电机时id为正，电动机时为负，iq始终为正值（图4和5）。
永磁同步电机的电枢电流与电压关系则受到控制策略的影响。在FOC（磁场定向控制，大部分id=0）或MTPA（最大扭矩电力控制，大部分id≠0）控制下，电流id和iq的确定依赖于电机运动状态和控制输入的ud、uq以及导通角（图6）。当给定电压Us时，id和iq由控制信号决定。
1.4 理论补充
- 电机运行中，转子方向默认逆时针为正（参考2）。
- 定子磁势在同步电机中，与转子保持恒定夹角，定子电流I1分解为I1d和I1q，共同产生定子磁势F1（参考3和4）。
总结来说，电机运行时电枢电流与电压的滞后或超前关系，不仅与电机类型（同步、永磁）和工作状态（发电机、电动机）有关，还受到控制策略的深刻影响。理解这些相位关系对于电机设计和故障诊断至关重要。