同步電動(dòng)機(jī)的異步起動(dòng)

1、2021-10-151同步電動(dòng)機(jī)的異步起動(dòng)一 . 同步電動(dòng)機(jī)的常用起動(dòng)方法二異步起動(dòng)過(guò)程三 影響牽入同步的因素四永磁同步電機(jī)的牽入同步2021-10-152一. 同步電動(dòng)機(jī)的常用起動(dòng)方法1. 輔助電動(dòng)機(jī)起動(dòng)法通常選用和同步電動(dòng)機(jī)極數(shù)相同的異步電機(jī)（容量為主機(jī)的515%）作為輔助電動(dòng)機(jī)，先用輔助電動(dòng)機(jī)將同步電動(dòng)機(jī)拖到同步速附近，然后用自整步法將其投入電網(wǎng)，再切斷輔助電動(dòng)機(jī)電源。缺點(diǎn)是不能在負(fù)載下起動(dòng)，否則要求輔助電動(dòng)機(jī)的容量很大增加整個(gè)機(jī)組設(shè)備的投資。2021-10-1532. 變頻起動(dòng)法此法實(shí)質(zhì)上是改變定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速利用同步轉(zhuǎn)矩來(lái)起動(dòng)。為此，在開始起動(dòng)時(shí)，把電源頻率調(diào)得很低，然后逐步增加電源

2、頻率直至額定頻率為止。于是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速也將隨著定子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的增加同步上升，直至額定轉(zhuǎn)速，采用此法起動(dòng)須有變頻電源，而且勵(lì)磁機(jī)必須是非同軸的，否則在最初很低轉(zhuǎn)速時(shí)無(wú)法產(chǎn)生所需的勵(lì)磁電壓。3. 異步起動(dòng)法在轉(zhuǎn)子上裝有類似于感應(yīng)電機(jī)鼠籠繞組的起動(dòng)繞組（即阻尼繞組）。這是同步電動(dòng)機(jī)最常用的起動(dòng)方法。2021-10-154二異步起動(dòng)過(guò)程異步起動(dòng)：在勵(lì)磁回路串接為勵(lì)磁繞組電阻值10倍的附加電阻而構(gòu)成閉合回路后，把同步電動(dòng)機(jī)定子直接投入電網(wǎng)，使之按異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)，等到轉(zhuǎn)速升至接近同步速時(shí)，投入勵(lì)磁電流。勵(lì)磁繞組切忌開路，因剛起動(dòng)時(shí)定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速相對(duì)轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)速很高，勵(lì)磁繞組匝數(shù)又很多，將在其中感應(yīng)出很高的感應(yīng)電勢(shì)

3、，可能破壞勵(lì)磁繞組的絕緣，造成人身安全事故；不能直接短路，因?yàn)榇藭r(shí)勵(lì)磁繞組電流很大，將與氣隙磁場(chǎng)作用產(chǎn)生較大的附加轉(zhuǎn)矩，（單軸轉(zhuǎn)矩）其特點(diǎn)是在略大于同步速處產(chǎn)生較大的負(fù)轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)的合成轉(zhuǎn)矩曲線發(fā)生明顯的下凹，可能把同步電動(dòng)機(jī)卡于半速附近運(yùn)轉(zhuǎn)，不能繼續(xù)升速。后面詳述。2021-10-155牽入同步：當(dāng)轉(zhuǎn)速升到約95%同步速時(shí)接入勵(lì)磁電流，這時(shí)轉(zhuǎn)子有了確定的極性，這時(shí)轉(zhuǎn)速振蕩就有所不同，當(dāng)轉(zhuǎn)子落后于定子等效磁極，兩者極性相反時(shí)產(chǎn)生加速轉(zhuǎn)矩，兩者極性相同時(shí)產(chǎn)生減速轉(zhuǎn)矩，故當(dāng)定子相對(duì)于轉(zhuǎn)子滑過(guò)一對(duì)極時(shí)，轉(zhuǎn)矩變化一個(gè)周期，由于其周期較長(zhǎng)，轉(zhuǎn)矩值又大，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化很大，瞬時(shí)可能超過(guò)同步速，而在減速過(guò)程

4、中回到同步速，由于整步轉(zhuǎn)矩的作用，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間衰減振蕩后轉(zhuǎn)子即可牽入同步。2021-10-156磁阻轉(zhuǎn)矩異步轉(zhuǎn)矩整步轉(zhuǎn)矩2021-10-157三 影響牽入同步的因素1. 負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大，啟動(dòng)完畢，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)異步運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率越大，若負(fù)載過(guò)大，即使加入勵(lì)磁繞組也可能牽不進(jìn)同步2. 異步電磁轉(zhuǎn)矩此轉(zhuǎn)矩由阻尼繞組和勵(lì)磁繞組中的感應(yīng)電流與氣隙磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生，在異步起動(dòng)和牽入同步中均存在。2021-10-158阻尼繞組產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩 同感應(yīng)電機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中勵(lì)磁繞組對(duì)起動(dòng)的影響在同步電機(jī)起動(dòng)時(shí)，由于轉(zhuǎn)子繞組是單相繞組，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的電流頻率為sf，產(chǎn)生的磁場(chǎng)為脈振磁場(chǎng)，該脈振磁場(chǎng)可分解為相對(duì)于

5、轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的兩個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，相對(duì)轉(zhuǎn)子以sn1的轉(zhuǎn)速相對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，對(duì)正轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)速分別為n+sn1=n1，對(duì)反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，n-sn1=(1-s)n1-sn1=(1-2s)n1，分別在定子繞組中產(chǎn)生頻率為f和（1-2s）f的電流分量，轉(zhuǎn)子的反轉(zhuǎn)分量和定子（1-2s）f的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)構(gòu)成一對(duì)相對(duì)靜止的磁場(chǎng)，好像一臺(tái)異步電機(jī)，但原邊是轉(zhuǎn)子，副邊是定子：2021-10-159當(dāng)n0.5，（1-2s）n10.5n1，s0，產(chǎn)生一個(gè)負(fù)向轉(zhuǎn)矩，對(duì)轉(zhuǎn)子起制動(dòng)作用。 該單軸轉(zhuǎn)矩與與普通異步轉(zhuǎn)矩共同作用，這兩種轉(zhuǎn)矩合成的M-n曲線如圖所示，2021-10-1510在略大于0.5n1處產(chǎn)生一個(gè)明顯的下

6、凹。可能卡在半同步速附近無(wú)法升速，見圖2021-10-15113. 同步電磁轉(zhuǎn)矩（整步轉(zhuǎn)矩）由主極磁場(chǎng)和定子電流相互作用而產(chǎn)生。又稱為整步轉(zhuǎn)矩。同步電磁轉(zhuǎn)矩對(duì)轉(zhuǎn)子的牽入同步起到至關(guān)重要的作用。 同步電磁轉(zhuǎn)矩的瞬時(shí)值與加入勵(lì)磁后勵(lì)磁繞組的磁鏈有關(guān)，和電機(jī)瞬態(tài)參數(shù)和時(shí)間常數(shù)有關(guān)，此外還與功角的正弦值有關(guān)。 同步轉(zhuǎn)矩的幅值越大，牽入同步的可能性越大；如果加入勵(lì)磁時(shí)功角在電動(dòng)機(jī)范圍和穩(wěn)定區(qū)，則同步轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動(dòng)性質(zhì)有利于牽入同步，如果功角在一段時(shí)間內(nèi)為發(fā)電機(jī)狀態(tài)，同步轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，或者在功角特性的不穩(wěn)定區(qū)域，則將增加牽入同步的難度。2021-10-15124. 附加同步電磁轉(zhuǎn)矩由瞬態(tài)凸極效應(yīng)造成，其大小

7、與電源電壓的平方、dq軸參數(shù)的不對(duì)稱度和sin2成正比。在接入勵(lì)磁前的異步運(yùn)行時(shí)會(huì)造成轉(zhuǎn)差率的振蕩；接入勵(lì)磁后在某些情況下，有利轉(zhuǎn)子的牽入同步以上2、3、4項(xiàng)構(gòu)成牽入過(guò)程中總的電磁轉(zhuǎn)矩。5. 加入勵(lì)磁時(shí)轉(zhuǎn)差率的瞬時(shí)值6. 機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量牽入過(guò)程：2021-10-1513牽入同步：s=02021-10-1514四永磁同步電機(jī)的牽入同步2coscos2cos2sincossin2121pcpmavpcpcpmpmcgeTTTTTTTTTTl . 基于狀態(tài)方程的起動(dòng)過(guò)程分析由永磁電機(jī)的狀態(tài)方程，可得電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式cgavTTT2221pmpmpmTTT2221pcpcpcTTT可見，在起動(dòng)過(guò)程中電磁

8、轉(zhuǎn)矩包括三個(gè)分量：平均轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)差頻率的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩和兩倍轉(zhuǎn)差頻率的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。式中2021-10-1515l 基于磁場(chǎng)的起動(dòng)過(guò)程轉(zhuǎn)矩分析1. 起動(dòng)過(guò)程中的磁場(chǎng)a) 定子繞組三相對(duì)稱電流引起的定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)在起動(dòng)過(guò)程中，定子繞組通以頻率為f的三相對(duì)稱交流電流，產(chǎn)生以同步轉(zhuǎn)速n1旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，由于轉(zhuǎn)子磁路不對(duì)稱，隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，磁密幅值在最大和最小之間變化，為一橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)可分解為相對(duì)于轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的兩個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)速分別為n+sn1=n1和n-sn1=(1-2s)n1，分別在定子繞組中產(chǎn)生頻率為f和（1-2s）f的電流分量2021-10-1516b) 永磁體引起的定轉(zhuǎn)子磁

9、場(chǎng)永磁體產(chǎn)生一恒定磁場(chǎng)，相對(duì)定子轉(zhuǎn)速為n=(1-s)n1，在定子繞組中產(chǎn)生頻率為（1-s）n1的電流分量，所以，氣隙中產(chǎn)生的磁場(chǎng)如下表所示各旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速及其相互作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩2021-10-15172. 起動(dòng)過(guò)程中的轉(zhuǎn)矩分析a) 平均轉(zhuǎn)矩定轉(zhuǎn)子中都有轉(zhuǎn)速為n1的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，由定子電流產(chǎn)生，這就是所謂的異步轉(zhuǎn)矩Ta，其性質(zhì)與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中的平均轉(zhuǎn)矩相同。 定轉(zhuǎn)子中都有轉(zhuǎn)速為（1-2s）n1的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，由于轉(zhuǎn)子磁路不對(duì)稱產(chǎn)生，產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩Tb。該轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)在定子中感應(yīng)出（1-2s）n1的電流，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子供電。當(dāng)n0.5，（1-2s）n10.5n1，s0，產(chǎn)生一個(gè)負(fù)向轉(zhuǎn)矩，對(duì)轉(zhuǎn)子起制動(dòng)作用。2021-1

10、0-1518定轉(zhuǎn)子中都有轉(zhuǎn)速為（1-s）n1的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，由永磁體產(chǎn)生，產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩Tg。其機(jī)理相當(dāng)于一臺(tái)同步發(fā)電機(jī)，對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。所以，永磁電機(jī)中在起動(dòng)過(guò)程中的平均轉(zhuǎn)矩Tav為上述三者之和Tav=Ta+Tb+Tg平均轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系曲線可以看出平均轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)兩次下凹，一次在低速處，一次在稍高于半同步速處。2021-10-1519此外不同轉(zhuǎn)速的磁場(chǎng)間相互作用，產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。由于永磁體產(chǎn)生的發(fā)電制動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩，同步永磁電動(dòng)機(jī)起動(dòng)較為困難。受永磁體磁場(chǎng)存在的影響，自起動(dòng)永磁電機(jī)起動(dòng)電流和轉(zhuǎn)矩與普通異步電機(jī)會(huì)存在一定差別，且主要體現(xiàn)在起動(dòng)沖擊電流和轉(zhuǎn)矩較大。因此，自起動(dòng)永磁電機(jī)的起動(dòng)電流要高于同規(guī)格普通異步電動(dòng)機(jī)；在某些特殊初始狀態(tài)下，