同步电动机异步全压启动过程的转矩分析

同步电动机异步全压启动过程的转矩分析
负序转矩
转子负序磁势fr-切割转子的转速也是转速差，但它的旋转方向与定子磁势相反，所以负序磁势切割定子的转速n-为
n-=n-δn=2n-n0=n0（1-2s）（4）
由式（4）可见，负序磁势fr-的转速是随转差率s而变幻的，和定子磁势不同步，产生的转矩周期性变幻，平均转矩等于零。

所以，负序磁势fr-对定子旋转磁场的作用可以不考虑。

但负序磁场fr-以转速n-切割定子三相绕组，产生一个与f1不同频率的电势，在定子侧形成三相对称电流，这组三相对称电流产生的旋转磁场与fr-同速、同向旋转，两者相对静止。

所以，我们认为存在着一个假想的异步电动机（转子为一次侧，定子为二次侧，产生的异步转矩，称之为负序转矩t-。

画出t-=f（n）曲线2a、b中曲线2所示。

b中曲线2相当于正常异步电动机把一次磁动势减弱与异步电动机降低电源电压时的机械特性相像。

比较a和b中的曲线2可以发觉，串电阻后在半速附近t-的最大制动转矩有较大的削减，但并没有彻底消退t-半速后的制动特性。

把图2a、b中的曲线1t+=f（n）和曲线2 t-=f（n）相加得到曲线3t=f （n）
就是启动过程中的单轴转矩。

由图2a中曲线2可知，把直流励磁绕组挺直短路，在转速升到半同步转速之后，t-会浮现一个很大的负值，削减同步电动机启动时的最少转矩，降低同步电动机的起动性能，重载时有可能把电机卡在半速附近，使启动失败，并且损坏电动机。

为克服之一缺点，通常是采纳将励磁回路串接约为励磁绕组电阻5～10倍的附加电阻而构成闭合回路的办法。

此时，t+和t-以及合成转矩t 的外形都发生了变幻，2b所示［2］。

从中可以看出，此办法只是削减并不能彻底消退t-在大于半速时的制动转矩。

小结
综上所述，当n=0.5n0，或者说转差率s=0.5时，n-=0。

这时fr-不切
割定子绕组，t-= 0。

当1》s》0.5时，n-《0，表示fr-力图拉着定子反向转动，因定子不动，其反作用转矩迫使转子正方向旋转，即t-》0，fr-对转子起加速作用。

反之，当0《s《0.5时，n-》0，t-《0，fr-起制动作用，特殊是转速在约大于0.5n0时，制动转矩最大，对电动机启动影响较大。

牵入同步过程分析
当同步电动机的转子被异步转矩加速到准同步转速后，异步起动阶段即告结束。

此时应将转子励磁绕组断开，接通励磁电源，通入直流励磁电流，开头牵入同步阶段。

最抱负的牵入过程是在功角θ=0时开头，在θ=π之前结束［3］。

由于在这段区间内，同步转矩向来为正（即顺极性），转子在同步转矩作用下，不断加速，可顺当的牵入同步。

传统的顺极式投励方式是采纳转子电量检测法来确定投励时刻。

但是，因为电机在进入95%同步转速运行以后，转子感应电压的大小及频率受电机的端电压、负载等影响较大，转子感应电压的幅值和频率均很小。

励磁绕组在低转速气隙磁场切割下感应信号微弱，在工况大干扰条件下，转子感应电压波形很简单受到干扰，使得感应电压过零点不明确。

因此精确捕获实用信号困难，难免造成投励失败。

目前，采纳无转子位置的定子电量法实现最佳顺极性投励办法能够克服以上缺点。

该办法是利用同步电动机在异步起动过程中，气隙旋转磁场与转子旋转不同步，按照转子在直轴和交轴位置的磁阻大小按正弦逻辑变幻的状况，转子直轴和交轴交替按转差速率与气隙旋转磁场重合，磁阻的不同必定会引起定子电流变幻，定子电流幅值是与直轴和交轴位置以及转差大小有关的一系列“载波”。

利用这一特性，通过检测定子电流的幅值确定转子磁极和蔼隙旋转磁场的相对位子，提高检测的牢靠性，能够实现精确投励［3］。

因为在异步起动过程中转子经过附加电阻衔接起来，励磁绕组中将浮现感应电流影响定子电流的分析，因此，在临近50%转速附近切除短
接电阻。

因为产生过电压的大小与转差率成正比，50%转速时转子励磁绕组中的感应电压只是启动眨眼转子感应电压的一半，已经达到平安电压，同时可以彻底消退负序转矩t-对电动机后半段启动的阻转矩影响。

使启动升速的囫囵过程更平稳、迅速；并且也可避开绕组过热烧坏引起的平安事故。

结语
通过对同步电动机全压异步启动过程的分析，本文提出在半同步转速处断开励磁绕组的附加短接电阻，具有如下优点：
励磁绕组开路后，可以彻底消退负序转矩t-在大于半同步转速后对转子的制动作用，尤其是可以使得半速附近的合成转矩曲线的下凹消逝，使得启动阶段加速过程越发迅速、平稳。

消退了准同步转速时转子感应磁势对定子侧电流的影响，更有利于采纳无转子位置传感器的定子电量法检测转子位子，实现精确投励。

顺当牵入同步运行。

有利于庇护附加电阻不由于过热而烧坏，并可以按照详细实际挑选电阻阻值，实现更大的起动转矩，适用于带重载启动状况。