六、自起动永磁同步电动机的起动过程分祈

自起动永磁同步电动机的起动过程是指从转差率S=1到5=0的异步起动和牵人同步的整个过程。永磁同步电动机设计时要根据负教的性质全面地计及起动和牵入同步的要求，否则 电机无法正常运行。稀±永磁同步电动机与异 步电动机相比较，由于转子上永磁体的存在和转子蹈路的不对

称性，以及两者的互相交织，使其起动过程远较策型异步电动机复杂。

在起动过程中，永磁体磁场随转子以n = (1-S) •n1的转速旋转（n1为同步转速），在定 子绕組中感应0-S) •fi頻率的对称三相电势。

由于电网频率为/l，对于频率为（1—S) •乃的定子电势，接至电网就相当于短路，于是定子绕组 内将流过一组频率为（1 一.0 -/i的H相短路电 流。从而加原理考虑，永磁同步电动机定子绕组 中存在两个不同频率独立的交流激励源：即外 加的频率为/i的对称S相电压和转子永磁体感 生的频率为（1 — S) -/i的对称三相电势。若将 起动过程近似地看成是一系列不同转差率下的 稳态异步迄行，当猫路为线性时，永磁同步电动 机起动过程巧成是转子无永磁体时，转子不 对称笼型异步电动机稳态运行和转子上有永滋体励磁、定子三相短路的异步稳态运行的叠加。

起动过程中，在转子起动绕组中感应出5 •

/l频率的对称交流电动势和电流，由于转子磁路不对称，转子电流所产生的磁场可以分解成正、反两个方向的旋转磁场，相对与转予的转速 分别为s•n1和一s•n1，相对于定子则分别为n1_ 2.和n2 。

1.起动过程中的平均电磁转矩

假设起动过程非常缓慢，电动机在不间异步转速下稳定运行。

起动过程中.定子旋转磁场和转子正向旋转磁场转速相同，它们相对定子的转速都为同步转速，两者相对静止，产生像异步电动机似的化磁转矩，我们称其为异步转矩Ta。

转子的反转旋转磁场在定子绕组中感应出頻准为（1 — 2.s） •f1的电流/|，.H相对称定子电流Jb系统在气隙中产生的旋转磁场与转子反向< 旋转磁场速度相同.均为n-2s) • n,，两者相互 作用也产生一个稳定的电磁转矩Th，由f是風S转子不对称所产生的，称接为磁阻程序分*转矩。这相当于义一台异步电机，不同的是转子为一次侧，定子为二次侧。在.s<0.5,即转速高于一半同步转速时，（1 一 2s) •n1

与正向磁场同向。按旋转磁场理论，此时二次侧 绕组定子受到沿方向的电磁转矩，因而转子受到与巧反向的电磁转矩了'b，即.;<化5时，了6 <0f同理s>〇.5时，Tb>0。显然S二0. 5时，磁阻负序分量转矩为冬。

由上述分析，在不考虑永遊体作用时，永赌 同步电动机起动转矩由两部分组成，像一台转子 不对称的笼型异步电动机，即异步转矩Ta和磁阻负序分里转矩Tb，平均电滋转矩由送两部分合成而得到。其平均电磁转矩与转差率的关系 见图5-6。>0,即磁场方向

转子永磁体所产生的磁场随转子一起ly 打=(1-S) .n,的速度旋转，在定子绕组中感应 出频率为（1 一 s)./i的定子电流fg，相当于通过电网短路的同步发电机，此时产生的转矩Tg起制动作用，即与转向相反。发电转矩与转差率S 的关系曲线如图5-7。

平均电磁转矩及其合成转矩随转差率变化的曲线，

其中曲线1为2、3、4的合成，也就是总的平均电磁转矩Tav。从图可见，自起动永磁同步电动机起动过程中将出现两个最小转矩；一个出现在低速处，一个在略髙于同步转速处。

一般来说永磁发电制动转矩对小容量电动机机的平均转矩Tw巧响较大，而对大容量电动机 的巧巧相对小些。

在永滋同步电动机起动过程中，定子绕组中 流过三个分量的电流，频率为/i的电流J。、游阻 负序分负磁场感生的频率为（1-2S) • /i的电 流Jb和永磁气隙磁场感生的频率为（1-S) • /i 的电流因此起动电流的有效值为；

Ist=Ia十Ib+Ic (5.12)

2.起动过程中的棘动转矩

永磁电动机起动过程中气隙存在兰种不同转速的旋转溢场，接转速分别为（1 - S) 

表（1 一2s) •n1，转速相同的定转子磁场相互作用产生H个平均转矩，而转速不同的定转子磁场间 的相互作用产生平均值为0的脉动频率。

转速为的定(转)子磁场与转速为(1 — 2.0 ）. 巧的转(定）子蹈场相互作用产生的脉动转矩频d 率为2s •/，此脉动转矩是由于转子起动绕组的存在和转子磁路不对称而引起的，称为猶阻脉动 转矩。其幅值与电机转子滋路不对称程度有关^ 与永滋体无关。 冷转速为(1-S).n1 的永磁体与转速n1和

(1-2S) • 的磁场相互作用产生的脉动转矩

的频率为sfl，其幅值与电动机的永磁体、定子绕 组和转子磁路的不对称程度有关。由永磁体磋场引起的脉动转矩远大于由转子起动绕组和转子滋路不对称而引起的滋阻脉动转矩。

3.牵入同步判据

平均电滋转矩可将电机加速到 接近同步转速处，像异步电动机一样，但这个平 均电磁转矩不可能将电机牵入同步转速。在一定的负载转矩下，只依靠平均电路转矩可料将电 机加速到平均电猶转矩等于负载转矩的转速。 此时的转差率so称作牵入转差率。从牵入转差率到电化同步转速的过程成为牵人同步过程。

牵人同步过程是由脉动转矩完成的。一般 称上述的平均电溢转矩为异步转矩，脉动转矩为同步转矩。牵人同步能力是考核永磁同步电动机的一个重要指标。它不但取决于异步转矩和同步转矩，还与系统的转动惯量密切相关。电机能否顺利牵入同步，可用式（5•13)求得的可牵人同步的最大转差率是否大于牵人转差率s〇来判别。当s〇<$m时电化可顺利牵人同步，否则只能轻载起动或减小系统的飞轮矩。