（控制科学与工程专业论文）具有高频链的同步电动机励磁控制系统的设计研究.pdf

摘要 同步电动机在工业上的用途主要有两个，一是作为普通的工业电机，由于其 结构较简单、维护方便、功率因数和效率较高、机械特性硬、气隙较大便于安装 使用、转矩受电源电压影响小及过载能力较强等优点，而备受生产部门的青睐。 二是作为改善电网的无功补偿机，由于其具有可调的功率因数，且功率因数调制 机理简单，补偿效率高，应此得到了广泛的应用。 同步电动机的励磁电流是同步电动机稳定运行，且实现功率因数可调的决定 因素。而本论文所研究的同步电动机励磁装置是实现同步电动机准确励磁的关 键。 针对传统的可控硅励磁系统需要操作笨重且能耗较高的工频变压器，且自动 励磁装置多用模拟电路搭建而成，并不能准确的控制励磁等缺点，提出了一种充 分利用现代高新导磁材料，日益发达的集成电路技术和先进的控制理论的基于高 频链的智能控制励磁机的设计实现。 论文详细介绍了同步电动机的异步启动过程和功率因数可调的原理，通过上 述研究得出了利用具有零电压开关特征的移相软开关电源代替传统相控电源的 可行性，然后介绍了使用c 8 0 5 1 f 0 2 0 单片机和i t c o s i i 操作系统所构成的智能 励磁控制回路，最后介绍了一种先进的基于自适应p i d 的励磁电流控制策略。 课题的主要内容包括系统软硬件的设计与实现，如励磁装置所必需的硬件电 路，高频变压器的设计，触发脉冲放大单元，滑差检测单元，以及c p u 主控单 元，键盘输入单元，液晶显示单元，以及各种故障检测单元。 系统设计简单，实现容易，可靠性较好，为励磁系统的智能控制系统及类似 需要大功率可控电源的控制系统的设计和实现提供了条件，具有一定的理论研究 意义和广阔的应用前景。 关键词：同步电动机，高频变压器，高频软开关，c 8 0 5 1 f 0 2 0 ，自适应控制 a b s t r a c t s y n c h r o n o u sm o t o rh a st w om a i n l ya p p l i c a t i o n si ni n d u s t r y t h ef i r s to n ei su s e d t ob ea no r d i n a r ym o t o r t h i sm o t o ri ss i m p l e ，e a s yt om a i n t a i n ，h i g ho fp o w e rf a c t o r a n d e f f i c i e n c y , o fh a r dm e c h a n i c a lt r a i t ，e a s yt oi n s t a l l ，a n dc a p a b l eo fo v e r - l o a d i n g s o ，i th a sb e e ni nt h eg r e a tf a v o ro ft h em a n u f a c t o r yd e p a r t m e n t 1 1 1 es e c o n do n ei s u s e dt ob eas u p p l yt h es y s t e m sr e a c t i v ep o w e rf o ri m p r o v i n gn a t i o n a lg r i d n a ti s b e c a u s ei th a sa d j u s t a b l ep o w e rf a c t o ra n dt h em e t h o do fa d j u s ti sv e r ys i m p l e ，a n d h i 曲l ye f f i c i e n tf o rc o m p e n s a t o r y t h ee x c i t ec u r r e n ti sk e yf a c t o ro ft h es y n c h r o n o u sm o t o r ss t a b l er u n n i n ga n d i m p l e m e n to fa d j u s t i n gi t sp o w e rf a c t o r 1 1 1 i sp a p e ri sa b o u tt h eh i g hf r e q u e n c ya n d i n t e l l i g e n c eo ft h em o d e me x c i t i n gs y s t e m ，w h i c hi st h ef o u n d a t i o n - p a r tf o rr e a l i z i n g t h em o t o r e x c i t i n g t 1 i sp a p e ra i m st h et r a d i t i o n a lc o n t r o l l a b l es i l i c o ne x c i t i n gs y s t e mr e q u i r i n ga h u g ea n de n e r g yc o n s u m i n gi n d u s t r yf r e q u e n c yt r a n s f o r m e ra n dt h i ss y s t e mb e i n g b u i l tb ya n a l o ge l e c t r oc i r c u i tw h i c hc a nn o te n s u r ea na c c u r a t ec o n t r o lo ft h ee x c i t e r , a n dp r o p o s ean e wd e s i g nw h i c hu t i l i z i n gt h em o d e mm a g n e t i cm a t e r i a l ，i c t e c h n o l o g y , a n da d v a n c e dc o n t r o lt h e o r y t h i sp a p e rh a st h r e ep a r t s f i r s t ，i ti n t r o d u c e st h ep r o c e s so fs y n c h r o n o u sm o t o r s s t a r t i n ga n dt h ep r i n c i p l eo ft h ea d ju s t a b l eo fp o w e rf a c t o r , a n dg e t st h ef e a s i b l eo fa n e w p h a s e s h i f t e ds w i t c hi n s t e a dt r a d i t i o n a lp h a s e c o n t r o ls w i t c h s e c o n d i tp r o p o s e s a ni n t e l l i g e n tc o n t r o lc i r c u i tw h i c hc o m b i n i n gc 8 0 51f 0 2 0m i c r o c h i pa n di - t c o s i i o p e r a t i o n t h el a s tb u tn o tt h el e a s t ，i ta d v a n c eac o n t r o lt a c t i c sb a s e da d a p t i v ec o n t r o l t h e o r y n i sp a p e rr e s e a r c h e st h eh i g hf r e q u e n c ya n di n t e l l i g e n c eo ft h em o d e m e x c i t i n g s y s t e m ，w h i c hf o c u s e so nt h ef e a s i b i l i t yo ft h eh i g h f r e q u e n c y b a s e de x c i t i n gs y s t e m ， t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h es o f t w a r ea n dh a r d w a r e a l lo ft h e s ei n c l u d et h e n e c e s s a r yh a r d w a r ee l e c t r i c - c i r c l ea n dt h ed e s i g no fh i g hf r e q u e n c yt r a n s f o r m a sw e l l a st h ec o m p o n e n to ft h et r i g g e rp u l s em a g n i l y i n g ，t h es l i pd i f f e r e n t i a ld e t e c t i n g ，t h e c p uc o n t r o l ，k e y b o a r d ，l c dd i s p l a y , a n da l lk i n do ff a u l td e t e c t i n g t h i ss y s t e mi s s i m p l e ，r e l i a b l ea n de a s yt oi m p l e m e n t i tp r o v i d e ss i g n i f i c a n t c o n d i t i o n sf o rt h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fb o t ht h ei n t e l l i g e n tc o n t r o ls y s t e mo f t h ee x c i t i n gs y s t e ma n dt h ea n a l o g o u sc o n t r o ls y s t e mo ft h eh i g h p o w e rc o n t r o l l a b l e p o w e r t h e r ei sac e r t a i nt h e o r yr e s e a r c hm e a n i n ga n dab r i l l i a n tf u t u r ef o ri t s a p p l i c a t i o n k e y w o r d s ：s y n c h r o n o u sm o t o lh i g h s w i t c h ，c 8 0 5 1f 0 2 0 ，a d a p t i v ec o n t r o l f r e q u e n c yt r a n s f o r m e r , h i g hf r e q u e n c ys o f t i i 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。 作者签名：莹置日期：碰年明丛日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名：监导师签名兰鱼垒日期：丝年三月丛日 硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论弟一早珀化 1 1 同步电动机励磁装置的发展现状 1 1 1 励磁装置的智能化和高频化 同步电动机的励磁系统为由外电源供电的它励式励磁系统。其励磁系统主要 有下列几种： ( 1 ) 直流励磁机励磁系统。 这种励磁系统用直流发电机作为励磁电源，而直流发电机则由同步电动机转 子直接带动，或者单独由交流异步电动机拖动。这种励磁系统使用历史最长，在 制造、运行等方面己有较丰富的经验，工作比较可靠。但由于这种系统结构庞大 复杂，调节励磁的反应速度慢，且直流励磁机受制造容量限制，维护困难，效率 也低，因此目前己基本被淘汰。 ( 2 ) 硅整流励磁系统。 随着电力电子器件的不断发展，同步电动机励磁系统逐渐采用硅整流励磁系 统。这种励磁系统采用硅整流器把交流变为直流，取代了有旋转部件的直流励磁 机，因而大大提高了效率，降低了损耗，减小了维护工作量。但是，在实现励磁 调节控制上，与直流励磁机励磁系统是一样的，即仍采用复杂、笨重的继电器接 触系统。在手动调节励磁电流时，也需要操纵笨重的自耦变压器。因此，它只是 一种过渡性励磁系统l l j 。 图1 1 可控硅励磁系统的原理框图 ( 3 ) 可控硅励磁系统。 在可控硅元件出现后同步电动机的励磁系统有了突飞猛进的发展，图1 1 为 可控硅励磁系统的原理框图。励磁系统由整流变压器t 、可控硅整流桥u ，灭磁 装置及自动励磁调节器( a v r ) 等组成。 硕士学位论文第一章绪论 ( 4 ) 具有高频链的智能励磁系统。 传统的可控硅励磁系统需要操作笨重且能耗较高的工频变压器，且自动励磁 装置多用模拟电路搭建而成，不能准确地控制励磁。随着电力电子技术的迅猛发 展，高电压、大功率半导体元件和其它电子元件、集成电路等相继问世，且性能 不断改进，可靠性日益提高。为励磁系统发展提供了重要条件。微型计算机应用 于励磁系统的发展趋势日益加快，1 6 位的微处理器己大量使用，为励磁系统采 用新技术提供了条件。现代控制理论在工业上的应用已为新型励磁机的推广提供 了理论基础。励磁系统中采用多变量输入和多信号反馈控制方式的研究已取得了 成效。例如最佳励磁控制器、自适应励磁控制器或自校正控制器等，都是很有发 展前途的新型励磁调节装置1 2 j l 引。 1 1 2 软开关功率变换技术 励磁电源作为励磁系统中不可取代的一环，具有巨大的研究价值。传统励磁 系统的励磁电源都由工频变压器将电网电源隔离变压之后，通过可控硅整流桥将 三相电源转变为转子绕组需要的直流电源。 随着电力电子技术在能量变换上的日趋成熟和技术突破引发了电源系统的 历史性革命，使得体积小、重量轻、效率高、动态响应快、输出纹波小、控制精 度高的高频开关电源取代相控电源成为必然趋势。 励磁系统要求反应快，功率密度高。开关电源中磁性元件和散热器件成了提 高功率密度的巨大障碍。开关频率的提高可以使开关变换器( 特别是变压器、电 感等磁性元件以及电容) 的体积、重量大为减小，从而提高变换器的功率密度。 另外，提高开关频率可以降低开关电源的音频噪声和改善动态响应。但是由于开 关管的通断控制与开关管上流过的电流和两端所加的电压无关，而早期的脉宽调 制( p w m ) 开关电源工作在硬开关模式，在硬开关中功率开关管的开通或关断 是在器件上的电压或电流不等于零的状态下强迫进行的，电路的开关损耗很大， 开关频率越高，损耗越大，不但增加了热设计的难度，而且大大降低了系统的可 靠性，这使得p w m 开关技术的高频化受到了许多的限制1 4 j 。 由于硬开关的损耗问题变得越来越突出，人们提出了软开关技术1 5 j 。软开关 技术是利用电感和电容对开关的轨迹进行整形，较好地解决了硬开关p w m 变换 器的开关损耗大的问题，同时也解决了硬开关引起的e m i 问题。 最早是采用有损缓冲电路来实现软开关【6 j 。从能量的角度看，这种方法对变 换器的变换效率没有提高，甚至使效率降低。目前所研究的软开关技术不再采用 有损缓冲电路，而是真正的减小开关损耗，不是开关损耗的转移。目前，直流开 关电源的软开关技术一般可分为以下几类1 7 j ： 2 硕士学位论文第一章绪论 ( 1 ) 全谐振变换器，一般称为谐振变换器。该类变换器实际上是负载谐振 型变换器，按照谐振元件的谐振方式，分为串联谐振变换器( s r c s ) 和并联谐 振变换器( p r c s ) 两类。在谐振变换器中，谐振元件一直参与谐振工作，参与 能量变换的全过程。该变换器与负载的关系比较大，对负载的变化比较敏感，一 般采用频率调制方法。 ( 2 ) 准谐振变换器( q r c s ) 和多谐振变换器( m r c s ) 。这是软开关技术 的一次飞跃，该类变换器的特点是谐振元件参与能量变换的某一个阶段，不是全 过程参与。准谐振变换器分为零电流开关准谐振变换器( z c sa r c s ) 和零电压 开关准谐振变换器( z v sq r c s ) 。多谐振变换器一般实现开关管的零电压开关， 该类变换器需采用频率调制方法。 ( 3 ) 零开关p w m 变换器( z e r os w i t c h i n gp w mc o n v e r t e r s ) 【8 l 。它可分为 零电压开关p w m 变换器( z e r o v o l t a g e s w i t c h i n gp w mc o n v e r t e r s ) 和零电流开 关p w m 变换器( z e r o c u r r e n t s w i t c h i n gp w mc o n v e r t e r s ) 。该类变换器是在准谐 振变换器的基础上，实现恒频率控制，即实现p w m 控制。与准谐振变换器不同 的是，零开关p w m 变换器的谐振元件的谐振工作时间与开关周期相比很短，一 般为开关周期的1 1 0 1 2 0 。 ( 4 ) 零转换p w m 变换器( z e r ot r a n s i t i o nc o n v e r t e r s ) 。它可分为零电压开 关转换p w m 变换器( z e r o v o l t a g e t r a n s i t i o np w mc o n v e r t e r s ，z v tp w m c o n v e r t e r s ) 和零电流转换p w m 变换器( z e r o c u r r e n t t r a n s i t i o np w mc o n v e r t e r s ， z c tp w mc o n v e r t e r s ) 。该类变换器是软开关技术的又一次飞跃。它的特点是变 换器工作在p w m 方式下，辅助谐振电路仅在开关管开关时工作一段时间，实现 开关管的软开关，在其余的时间则不工作，这就使得辅助谐振电路的损耗比较小 【9 1 。 1 1 3 具有高频链的励磁装置的特点 在具有高频链的励磁系统中，5 0 h z 的三相交流电源经三相不控整流变换为 具有较高电压的直流电源，然后经过由大功率电子器件组成的p w m 逆变系统转 换为能被高频变压器接受的高频p w m 电流，再由整流电路将高频变压器副方所 得到的可调制高频p w m 电流转换为励磁绕组所需要的直流电源。在这种具有高 频链的励磁系统中，用高频变压器取代了笨重且能耗具大的工频变压器，节省了 大量成本；电源方采取的是三相不控整流，大大减少了对电网的谐波输入，降低 了对电网的扰动；由于变压器原方的p w m 波可调制，从而大大提高了励磁电流 的控制精度。 3 硕士学位论文第一章绪论 1 2 本课题的主要研究内容 本论文的研究内容是针对现代励磁系统的高频化和智能化特征而进行的，主 要研究了基于高频链励磁系统的可行性，系统软硬件的设计与实现。包括励磁装 置的硬件电路，模拟量输入输出单元，高频变压器，触发脉冲放大单元，滑差检 测单元，以及c p u 主控单元，键盘输入单元，液晶显示单元，以及故障检测单 元。 微机励磁装置由于其硬件设计简单，软件编程灵活，容易应用多种调节控制 规律，因此为同步电机励磁系统越来越多地采用。c p u 一般工作于1 0m h z 以 上的工作频率，这很容易在它的外围电路中产生干扰，也容易被外围信号干扰， 使程序不能正常运行，产生误动作，甚至造成重大事故。本课题中我们选用了 c y g n a l 公司的c 8 0 5 1f 0 2 0 m c u 作为我们的控制芯片，此芯片比标准8 0 5 1 快2 0 倍以上 1 0 1 ，此m c u 集成了r a m ，f l a s hr o m ，a d ，d a 和可编程计 数器阵列p c a 等多种外设，大大降低了搭建外围电路所引起的干扰，完全可以 满足系统的要求。 本系统的软件采用对教学系统免费的操作系统uc o s i i n 儿1 2 1 ，主要完成了此 操作系统在c 8 0 5 1f 0 2 0 m c u 上的移植和应用软件的编制，包括液晶显示，键盘 输入，数据采集，故障检测等多个任务的实现。 采用单片机控制技术实现的同步电动机励磁装置，可以完成投励控制功能， 包括延时投励控制和按转子电压频率原则产生投励信号的控制；完成励磁控制功 能，包括脉冲输出控制，过流保护控制，电流给定限制控制。应用单片机控制技 术，可实现励磁电流无静差的调节功能和系统的故障监视功能。 本系统除了实现同步电动机励磁自动调节外，还进行了同步电动机功率角的 控制，防止同步电动机失步，确保同步电动机的运行安全。 4 硕士学位论文第二章同步电动机的运行特性研究 第二章同步电动机的运行特性研究 众所周知，无论在工农业生产部门中，还是在家电设备应用中，对于那些不 需要调速的机械负载，广泛采用异步电动机作为原动机。这是由于它的结构简单， 造价低廉，而且坚固耐用，维修方便；另外，异步电动机的效率较高，机械特性 较软。但是异步电动机本身没有外加励磁，它要从系统吸取感性无功电流来建立 磁场。在工业企业中，异步电动机的励磁无功占企业总无功需求量的很大比重， 异步电动机的广泛应用使系统的功率因数降低，如果系统无功不足，便会要造成 系统电压下降。在这点上，同步电动机具有绝对的优越性。同步电动机由于其结 构较简单、维护方便、功率因数和效率较高、机械特性硬、气隙较大便于安装使 用、转矩受电源电压影响小及过载能力较强等优点，而受到生产部门的青睐，例 如，空气压缩机、球磨机、鼓风机、水泵等。同步电动机的起动方式多种多样， 但一般的同步电动机都采用异步起动【l 引，这种起动方式设备简单、技术要求低， 深受广大用户的青睐，特殊情况有用辅助拖动法和变频法【1 3 】【1 4 】。 凸极同步电动机的起动方式较多，常规的起动方法有以下三种： ( 1 ) 辅助电动机起动法。 通常选用和同步电动机极数相同的感应电动机( 容量为主机的5 1 5 ) 作 为辅助电动机。先用辅助电动机将主机拖到接近同步转速，然后用自整步法将其 投入电网，再切断辅助电动机电源。也可采用比同步电动机少一对极的感应电动 机作为辅助电动机，将主机拖到超过同步转速，然后切断辅助电动机电源使转速 下降，当降到等于同步转速时，再将同步电动机立即投入电网，这样可以获得更 大的整步转矩。 ( 2 ) 变频起动法1 1 5 j 【1 6 j 。 此法实质上是改变定子旋转磁场转速，利用同步转矩起动。在开始起动时， 把电源的频率调得很低，然后逐步增加到额定频率，于是转子的转速也将随着定 子旋转磁场的转速而同步上升，直到额定转速。采用此法起动须有变频电源。 ( 3 ) 异步起动法。 同步电动机多数在转子上装有类似于感应电机鼠笼绕组的起动绕组【1 4 】( 即 阻尼绕组) 。当接通电源后，便能产生异步转矩拖动电机到接近同步速，然后通 入励磁电流使电动机进入同步运行。 辅助电动机起动法，需要的设备多，操作也复杂，设备场所要求较高；电动 机采用异步起动，起动转矩大、附属设备少、操作简单和维护方便，但是对电网 和电动机的冲击大；变频起动的装置即自控式变频调速装置控制较复杂、技术要 求较高、初投资费用较大，对于大多数中小工矿企业来说，还较难获得推广。 硕士学位论文第二章同步电动机的运行特性研究 同步电动机的运行和工业使用，有着异步电动机难以比拟的优越性，而同步 电动机的异步起动方法，更是中小型企业、甚至大型企业使用同步电动机较为普 遍的起动方式。但是，同步电动机异步起动，由于单轴力矩的存在，显得较为困 难，特别是同步电动机的投励及牵入同步l l 引。一般来说，凸极同步电动机的容 量都较大，如果同步电动机的起动失败，不但会对电网造成波动，产生谐波污染 电网、影响同步电动机周围其他用电设备的正常工作，甚至无法工作；如果同步 电动机投励失败，由于电机转速的波动，造成电机在机械上和电磁上的波动，两 者对电机反复进行冲击，伤害电机定子、转子绕组，使得电机无法进入正常工作 状态。所以，研究同步电动机的异步起动方式，提高同步电动机异步起动的性能， 是非常必要的，并且，前人在这方面已经做了不少的努力了【1 7 j 【1 8 】【1 9 j 。 2 1 同步电动机的异步启动 同步电动机的起动过程可以分为两个过程，即未加励磁电流前的异步运行过 程和加入励磁电流后的牵入同步过程。在当前的工矿企业对凸极同步电动机的使 用过程中，大多数都采用异步起动的方法。所以，对凸极同步电动机的异步起动 过程的研究，就显得非常重要。前人对同步电动机异步起动方法的研究已经进行 得很多了【1 7 】【1 8 】【1 9 】，主要集中在三个方面：考虑线路阻抗而研究起动时机端电压 的变化( 主要针对远距离供电的大型同步电动机) 、起动时由励磁绕组产生的单 轴力矩的合理应用、起动到o 9 5 倍同步速后顺极性投励的研究。 2 1 1 同步电动机启动过程研究 同步电动机采用异步起动法时，切忌励磁绕组开路，因为此时转差率大而且 励磁绕组匝数多，将在其中感应出一个很高的电势，可能破坏绕组绝缘。但若将 励磁绕组直接短路，则在励磁绕组中感应较大电流，它与气隙磁场作用将产生较 大的单轴力矩，其特点是在略大于半同步转速处产生较大的负转矩( 一般发生在 s = o 4 5 1 博j 处，所以合成力矩在s = o 4 5 处达到最小值) ，使电动机的合成转矩曲 线发生明显的下凹，如果此时的制动力矩( 负载力矩和空载阻力矩等) 大于合成 力矩，则同步电动机就会“卡”在此速度附近而不能继续上升，不能实现同步电 动机的异步起动。所以在同步电动机的异步起动过程中，如何合理利用单轴力矩 就成了研究的一个重点。 单轴力矩产生的原因【ls l ：在异步起动过程中，同步电动机可以看成是个 具有三相定子绕组和单相转子绕组的感应电动机( 其中还有起动绕组) ，转子绕 组所生的频率为j f i 的脉振磁场可以分解为正反两个旋转磁场。j 下转分量与定子 6 硕士学位论文第二章同步电动机的运行特性研究 旋转磁场彼此相对静止，相互作用产生感应电动机那样的异步转矩。反转分量对 转子的转速为哪m ，对定子的转速为n - s n n = n n ( 1 一s ) - s r m = r m ( 1 2 s ) ，因此它在定子 绕组中感应出一个频率为f o = p n n ( 1 2 s ) l 6 0 = f f f l 2 s ) 的电流而，而定子电流而产生 旋转磁场凡，它与转子磁场的反转分量组成了另一对相对静止的磁场，也好像 一台感应电机，但一次绕组是转子，二次绕组是定子，它们两者联合产生另一异 步转矩。当n = n n 2 ，即s - - - o 5 时，f o = f i ( 1 2 s ) = o 相当于这台感应电机运行于同步 转速，此时定子( 二次绕组) 无感应电流，不产生转矩。当r 略大于0 5 确和略 小于0 5n n 时，产生的异步转矩方向相反。当刀略大于o 5n n ，s 0 5 时，n n ( 1 2 s ) 为正值，这意味着这对磁场与确相同的方向相对定子旋转，因此作为二次绕组 的定子受到一个沿琳方向的异步转矩。但是，实际上定子是不转的，从作用与 反作用的原理可见，这时转子承受一个大小相等而方向相反的制动转矩，上述两 种异步转矩合称“单轴力矩。 因此，由于单轴力矩在转差率s 0 5 之后为制动力矩，电动机的合成转矩曲 线就在s 略小于0 5 处发生下凹，形成通常所说的“最下力矩”。由图2 1 可知， 当s 为o 5 时，单轴力矩开始下降，到s 为0 0 5 时，即转速到达0 9 5 r m 时，单轴 力矩最小。同步电动机起动性能的好坏，可以用最初的起动力矩t s t 和牵入力矩 t d i 的大小来表征。牵入力矩就是指当转速到达0 9 5 r m 时电机的异步力矩。当然， 还有起动时间、冲击电流等指标，但在实际的应用中，往往认为起动力矩和牵入 力矩最为重要。 异步启动时t e 与s 的关系 | 一 、 f f ，cd d l 臼 y ：0 f i 0 3 2 厂 、r - ! 乒 x y 沮：0 0 嘲1 7 7 3 、- 沏 、 图2 1 异步启动时t e 与s 的关系 由于单轴力矩会造成电机合成力矩的下凹，如果下凹严重，就可能把电动机 “卡住”，电机在半同步速下运行。所以，单轴力矩直接影响到同步电动机的异 7 硕士学位论文 第二章同步电动机的运行特性研究 步起动性能。 一般理论认为，不带灭磁电阻直接让励磁绕组短路起动【2 0 j ，这时励磁绕组 感应电流较大，它与气隙磁场作用将产生较大的单轴力矩，对起动不利，而带灭 磁电阻起动时，可以使感应电流受到一定程度的限制而使单轴力矩相应得到削 弱。但是，实际上不带灭磁电阻起动，在起动瞬间，单