同步电动机的异步起动综述

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。
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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
向，产生的异步转矩与转子转向相反，但定子是静止的，相当于作用在 转子上一个正向转矩起驱动作用 当n=0.5n1，s=0.5，（1-2s）n1=0，不产生转矩 当n>0.5n1，s<0.5,（1-2s）n1>0，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，
n-sn1=(1-s)n1-sn1=(1-2s)n1，分别在定子绕组中产生频率为f和（12s）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：
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当n<0.5n1时，s>0.5，（1-2s）n1<0，意味着该合成磁场方向与n1反
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。
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• 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，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，
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
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。
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磁阻转矩
整步转矩
异步转矩
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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
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。
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4. 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
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-
式中
Tav Tg Tc
2 2 Tpm Tpm T 1 pm 2
2 2 Tpc Tpc T 1 pc 2
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频率的脉动转矩。
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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
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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
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3. 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
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。
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2. 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，
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
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5~15%）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。
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机卡于半速附近运转，不能继续升速。后面详述。
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• 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
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：
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牵入同步：s=0
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四．永磁同步电机的牵入同步
l . 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
Te Tg Tc Tpm1 sin θ Tpm 2 cos Tpc1 sin 2 Tpc 2 cos 2 Tav Tpm cos Tpc cos2