同步電動機的異步起動

1、2022-6-231同步電動機的異步起動一 . 同步電動機的常用起動方法二異步起動過程三 影響牽入同步的因素四永磁同步電機的牽入同步2022-6-232一. 同步電動機的常用起動方法1. 輔助電動機起動法通常選用和同步電動機極數(shù)相同的異步電機（容量為主機的515%）作為輔助電動機，先用輔助電動機將同步電動機拖到同步速附近，然后用自整步法將其投入電網(wǎng)，再切斷輔助電動機電源。缺點是不能在負載下起動，否則要求輔助電動機的容量很大增加整個機組設備的投資。2022-6-2332. 變頻起動法此法實質上是改變定子旋轉磁場轉速利用同步轉矩來起動。為此，在開始起動時，把電源頻率調得很低，然后逐步增加電源頻率直

2、至額定頻率為止。于是轉子轉速也將隨著定子旋轉轉速的增加同步上升，直至額定轉速，采用此法起動須有變頻電源，而且勵磁機必須是非同軸的，否則在最初很低轉速時無法產(chǎn)生所需的勵磁電壓。3. 異步起動法在轉子上裝有類似于感應電機鼠籠繞組的起動繞組（即阻尼繞組）。這是同步電動機最常用的起動方法。2022-6-234二異步起動過程異步起動：在勵磁回路串接為勵磁繞組電阻值10倍的附加電阻而構成閉合回路后，把同步電動機定子直接投入電網(wǎng)，使之按異步電動機起動，等到轉速升至接近同步速時，投入勵磁電流。勵磁繞組切忌開路，因剛起動時定子磁場轉速相對轉子繞組轉速很高，勵磁繞組匝數(shù)又很多，將在其中感應出很高的感應電勢，可能破

3、壞勵磁繞組的絕緣，造成人身安全事故；不能直接短路，因為此時勵磁繞組電流很大，將與氣隙磁場作用產(chǎn)生較大的附加轉矩，（單軸轉矩）其特點是在略大于同步速處產(chǎn)生較大的負轉矩，使電動機的合成轉矩曲線發(fā)生明顯的下凹，可能把同步電動機卡于半速附近運轉，不能繼續(xù)升速。后面詳述。2022-6-235牽入同步：當轉速升到約95%同步速時接入勵磁電流，這時轉子有了確定的極性，這時轉速振蕩就有所不同，當轉子落后于定子等效磁極，兩者極性相反時產(chǎn)生加速轉矩，兩者極性相同時產(chǎn)生減速轉矩，故當定子相對于轉子滑過一對極時，轉矩變化一個周期，由于其周期較長，轉矩值又大，轉子轉速變化很大，瞬時可能超過同步速，而在減速過程中回到同步

4、速，由于整步轉矩的作用，經(jīng)過一段時間衰減振蕩后轉子即可牽入同步。2022-6-236磁阻轉矩異步轉矩整步轉矩2022-6-237三 影響牽入同步的因素1. 負載轉矩負載轉矩越大，啟動完畢，進入穩(wěn)態(tài)異步運行時電動機的轉差率越大，若負載過大，即使加入勵磁繞組也可能牽不進同步2. 異步電磁轉矩此轉矩由阻尼繞組和勵磁繞組中的感應電流與氣隙磁場相互作用產(chǎn)生，在異步起動和牽入同步中均存在。2022-6-238阻尼繞組產(chǎn)生的電磁轉矩 同感應電機在起動過程中勵磁繞組對起動的影響在同步電機起動時，由于轉子繞組是單相繞組，轉子繞組產(chǎn)生的電流頻率為sf，產(chǎn)生的磁場為脈振磁場，該脈振磁場可分解為相對于轉子正轉和反轉的

5、兩個圓形旋轉磁場，相對轉子以sn1的轉速相對轉子旋轉，對正轉磁場，相對于定子的轉速分別為n+sn1=n1，對反轉磁場，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，轉子的反轉分量和定子（1-2s）f的電流產(chǎn)生的磁場構成一對相對靜止的磁場，好像一臺異步電機，但原邊是轉子，副邊是定子：2022-6-239當n0.5，（1-2s）n10.5n1，s0，產(chǎn)生一個負向轉矩，對轉子起制動作用。 該單軸轉矩與與普通異步轉矩共同作用，這兩種轉矩合成的M-n曲線如圖所示，2022-6-2310在略大于0.5n1處產(chǎn)生一個明顯的下凹?？赡芸ㄔ诎胪剿?/p>

6、附近無法升速，見圖2022-6-23113. 同步電磁轉矩（整步轉矩）由主極磁場和定子電流相互作用而產(chǎn)生。又稱為整步轉矩。同步電磁轉矩對轉子的牽入同步起到至關重要的作用。 同步電磁轉矩的瞬時值與加入勵磁后勵磁繞組的磁鏈有關，和電機瞬態(tài)參數(shù)和時間常數(shù)有關，此外還與功角的正弦值有關。 同步轉矩的幅值越大，牽入同步的可能性越大；如果加入勵磁時功角在電動機范圍和穩(wěn)定區(qū)，則同步轉矩為驅動性質有利于牽入同步，如果功角在一段時間內(nèi)為發(fā)電機狀態(tài)，同步轉矩為制動轉矩，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。2022-6-23124. 附加同步電磁轉矩由瞬態(tài)凸極效應造成，其大小與電源電壓的平方、dq軸

7、參數(shù)的不對稱度和sin2成正比。在接入勵磁前的異步運行時會造成轉差率的振蕩；接入勵磁后在某些情況下，有利轉子的牽入同步以上2、3、4項構成牽入過程中總的電磁轉矩。5. 加入勵磁時轉差率的瞬時值6. 機組轉動慣量牽入過程：2022-6-2313牽入同步：s=02022-6-2314四永磁同步電機的牽入同步2coscos2cos2sincossin2121pcpmavpcpcpmpmcgeTTTTTTTTTTl . 基于狀態(tài)方程的起動過程分析由永磁電機的狀態(tài)方程，可得電磁轉矩的表達式cgavTTT2221pmpmpmTTT2221pcpcpcTTT可見，在起動過程中電磁轉矩包括三個分量：平均轉矩、

8、轉差頻率的脈動轉矩和兩倍轉差頻率的脈動轉矩。式中2022-6-2315l 基于磁場的起動過程轉矩分析1. 起動過程中的磁場a) 定子繞組三相對稱電流引起的定轉子磁場在起動過程中，定子繞組通以頻率為f的三相對稱交流電流，產(chǎn)生以同步轉速n1旋轉的旋轉磁場，由于轉子磁路不對稱，隨著轉子的旋轉，磁密幅值在最大和最小之間變化，為一橢圓形旋轉磁場。該旋轉磁場可分解為相對于轉子正轉和反轉的兩個圓形旋轉磁場，相對于定子的轉速分別為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2022-6-2316b) 永磁體引起的定轉子磁場永磁體產(chǎn)生一恒定磁場，相對定子

9、轉速為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)生的磁場如下表所示各旋轉磁場的轉速及其相互作用產(chǎn)生的轉矩2022-6-23172. 起動過程中的轉矩分析a) 平均轉矩定轉子中都有轉速為n1的旋轉磁場，由定子電流產(chǎn)生，這就是所謂的異步轉矩Ta，其性質與感應電動機中的平均轉矩相同。 定轉子中都有轉速為（1-2s）n1的旋轉磁場，由于轉子磁路不對稱產(chǎn)生，產(chǎn)生平均轉矩Tb。該轉子磁場在定子中感應出（1-2s）n1的電流，相當于轉子供電。當n0.5，（1-2s）n10.5n1，s0，產(chǎn)生一個負向轉矩，對轉子起制動作用。2022-6-2318定轉子中都有轉速為（1-

10、s）n1的旋轉磁場，由永磁體產(chǎn)生，產(chǎn)生平均轉矩Tg。其機理相當于一臺同步發(fā)電機，對應的電磁轉矩是制動轉矩。所以，永磁電機中在起動過程中的平均轉矩Tav為上述三者之和Tav=Ta+Tb+Tg平均轉矩與轉差率的關系曲線可以看出平均轉矩出現(xiàn)兩次下凹，一次在低速處，一次在稍高于半同步速處。2022-6-2319此外不同轉速的磁場間相互作用，產(chǎn)生脈動轉矩。由于永磁體產(chǎn)生的發(fā)電制動電磁轉矩，同步永磁電動機起動較為困難。受永磁體磁場存在的影響，自起動永磁電機起動電流和轉矩與普通異步電機會存在一定差別，且主要體現(xiàn)在起動沖擊電流和轉矩較大。因此，自起動永磁電機的起動電流要高于同規(guī)格普通異步電動機；在某些特殊初始狀態(tài)下，