同步电动机的异步起动

1、2022-3-21同步电动机的异步起动一 . 同步电动机的常用起动方法二异步起动过程三 影响牵入同步的因素四永磁同步电机的牵入同步2022-3-22一. 同步电动机的常用起动方法1. 辅助电动机起动法通常选用和同步电动机极数相同的异步电机（容量为主机的515%）作为辅助电动机，先用辅助电动机将同步电动机拖到同步速附近，然后用自整步法将其投入电网，再切断辅助电动机电源。缺点是不能在负载下起动，否则要求辅助电动机的容量很大增加整个机组设备的投资。2022-3-232. 变频起动法此法实质上是改变定子旋转磁场转速利用同步转矩来起动。为此，在开始起动时，把电源频率调得很低，然后逐步增加电源频率直至额定

2、频率为止。于是转子转速也将随着定子旋转转速的增加同步上升，直至额定转速，采用此法起动须有变频电源，而且励磁机必须是非同轴的，否则在最初很低转速时无法产生所需的励磁电压。3. 异步起动法在转子上装有类似于感应电机鼠笼绕组的起动绕组（即阻尼绕组）。这是同步电动机最常用的起动方法。2022-3-24二异步起动过程异步起动：在励磁回路串接为励磁绕组电阻值10倍的附加电阻而构成闭合回路后，把同步电动机定子直接投入电网，使之按异步电动机起动，等到转速升至接近同步速时，投入励磁电流。励磁绕组切忌开路，因刚起动时定子磁场转速相对转子绕组转速很高，励磁绕组匝数又很多，将在其中感应出很高的感应电势，可能破坏励磁绕

3、组的绝缘，造成人身安全事故；不能直接短路，因为此时励磁绕组电流很大，将与气隙磁场作用产生较大的附加转矩，（单轴转矩）其特点是在略大于同步速处产生较大的负转矩，使电动机的合成转矩曲线发生明显的下凹，可能把同步电动机卡于半速附近运转，不能继续升速。后面详述。2022-3-25牵入同步：当转速升到约95%同步速时接入励磁电流，这时转子有了确定的极性，这时转速振荡就有所不同，当转子落后于定子等效磁极，两者极性相反时产生加速转矩，两者极性相同时产生减速转矩，故当定子相对于转子滑过一对极时，转矩变化一个周期，由于其周期较长，转矩值又大，转子转速变化很大，瞬时可能超过同步速，而在减速过程中回到同步速，由于整

4、步转矩的作用，经过一段时间衰减振荡后转子即可牵入同步。2022-3-26磁阻转矩异步转矩整步转矩2022-3-27三 影响牵入同步的因素1. 负载转矩负载转矩越大，启动完毕，进入稳态异步运行时电动机的转差率越大，若负载过大，即使加入励磁绕组也可能牵不进同步2. 异步电磁转矩此转矩由阻尼绕组和励磁绕组中的感应电流与气隙磁场相互作用产生，在异步起动和牵入同步中均存在。2022-3-28阻尼绕组产生的电磁转矩 同感应电机在起动过程中励磁绕组对起动的影响在同步电机起动时，由于转子绕组是单相绕组，转子绕组产生的电流频率为sf，产生的磁场为脉振磁场，该脉振磁场可分解为相对于转子正转和反转的两个圆形旋转磁场

5、，相对转子以sn1的转速相对转子旋转，对正转磁场，相对于定子的转速分别为n+sn1=n1，对反转磁场，n-sn1=(1-s)n1-sn1=(1-2s)n1，分别在定子绕组中产生频率为f和（1-2s）f的电流分量，转子的反转分量和定子（1-2s）f的电流产生的磁场构成一对相对静止的磁场，好像一台异步电机，但原边是转子，副边是定子：2022-3-29当n0.5，（1-2s）n10.5n1，s0，产生一个负向转矩，对转子起制动作用。 该单轴转矩与与普通异步转矩共同作用，这两种转矩合成的M-n曲线如图所示，2022-3-210在略大于0.5n1处产生一个明显的下凹。可能卡在半同步速附近无法升速，见图2

6、022-3-2113. 同步电磁转矩（整步转矩）由主极磁场和定子电流相互作用而产生。又称为整步转矩。同步电磁转矩对转子的牵入同步起到至关重要的作用。 同步电磁转矩的瞬时值与加入励磁后励磁绕组的磁链有关，和电机瞬态参数和时间常数有关，此外还与功角的正弦值有关。 同步转矩的幅值越大，牵入同步的可能性越大；如果加入励磁时功角在电动机范围和稳定区，则同步转矩为驱动性质有利于牵入同步，如果功角在一段时间内为发电机状态，同步转矩为制动转矩，或者在功角特性的不稳定区域，则将增加牵入同步的难度。2022-3-2124. 附加同步电磁转矩由瞬态凸极效应造成，其大小与电源电压的平方、dq轴参数的不对称度和sin2

7、成正比。在接入励磁前的异步运行时会造成转差率的振荡；接入励磁后在某些情况下，有利转子的牵入同步以上2、3、4项构成牵入过程中总的电磁转矩。5. 加入励磁时转差率的瞬时值6. 机组转动惯量牵入过程：2022-3-213牵入同步：s=02022-3-214四永磁同步电机的牵入同步2coscos2cos2sincossin2121pcpmavpcpcpmpmcgeTTTTTTTTTTl . 基于状态方程的起动过程分析由永磁电机的状态方程，可得电磁转矩的表达式cgavTTT2221pmpmpmTTT2221pcpcpcTTT可见，在起动过程中电磁转矩包括三个分量：平均转矩、转差频率的脉动转矩和两倍转差

8、频率的脉动转矩。式中2022-3-215l 基于磁场的起动过程转矩分析1. 起动过程中的磁场a) 定子绕组三相对称电流引起的定转子磁场在起动过程中，定子绕组通以频率为f的三相对称交流电流，产生以同步转速n1旋转的旋转磁场，由于转子磁路不对称，随着转子的旋转，磁密幅值在最大和最小之间变化，为一椭圆形旋转磁场。该旋转磁场可分解为相对于转子正转和反转的两个圆形旋转磁场，相对于定子的转速分别为n+sn1=n1和n-sn1=(1-2s)n1，分别在定子绕组中产生频率为f和（1-2s）f的电流分量2022-3-216b) 永磁体引起的定转子磁场永磁体产生一恒定磁场，相对定子转速为n=(1-s)n1，在定子

9、绕组中产生频率为（1-s）n1的电流分量，所以，气隙中产生的磁场如下表所示各旋转磁场的转速及其相互作用产生的转矩2022-3-2172. 起动过程中的转矩分析a) 平均转矩定转子中都有转速为n1的旋转磁场，由定子电流产生，这就是所谓的异步转矩Ta，其性质与感应电动机中的平均转矩相同。 定转子中都有转速为（1-2s）n1的旋转磁场，由于转子磁路不对称产生，产生平均转矩Tb。该转子磁场在定子中感应出（1-2s）n1的电流，相当于转子供电。当n0.5，（1-2s）n10.5n1，s0，产生一个负向转矩，对转子起制动作用。2022-3-218定转子中都有转速为（1-s）n1的旋转磁场，由永磁体产生，产生平均转矩Tg。其机理相当于一台同步发电机，对应的电磁转矩是制动转矩。所以，永磁电机中在起动过程中的平均转矩Tav为上述三者之和Tav=Ta+Tb+Tg平均转矩与转差率的关系曲线可以看出平均转矩出现两次下凹，一次在低速处，一次在稍高于半同步速处。2022-3-219此外不同转速的磁场间相互作用，产生脉动转矩。由于永磁体产生的发电制动电磁转矩，同步永磁电动机起动较为困难。受永磁体磁场存在的影响，自起动永磁电机起动电流和转矩与普通异步电机会存在一定差别，且主要体现在起动冲击电流和转矩较大。因此，自起动永磁电机的起动电流要高于同规格普通异步电动机；在某些特殊初始状态下，