同步電動機異步起動法分析

楊勇

摘 要：本文闡述了同步電動機的工作原理及異步起動原理，對同步電動機異步起動過程轉矩特性做了比較詳細的分析，說明了同步電動機異步起動方法具有一定的實用性以及科學性。

關鍵詞：同步電動機；異步起動法

在我國的廠礦企業(yè)中，除了異步電動機，同步電動機的應用也是相當廣泛的。同步電動機主要應用于礦山、化工、燃料等工業(yè)企業(yè)中各種空氣壓縮機、礦山球磨機、水泥廠管磨機以及水利工程中巨型水泵等的拖動。異步起動法是同步電動機起動采用比較多的方法，將同步電動機轉子上開槽裝上阻尼繞組，用與起動鼠籠型異步電動機相類似的方法對同步電動機進行起動，由于這一方法無須起動設備，因此得到了非常廣泛的應用。

1 分析同步電動機工作的原理

在同步電動機當中的定子和異步電動機的定子是相同的，其中的定子經三相對稱繞組再通入三相交流電流，以定子為中心形成旋轉的磁場，旋轉方向取決于電流的相序，轉速的大小為同步轉速。轉子中裝有直流勵磁繞組，并通入直流電流，形成對轉子自身進行相對運動的一個恒定磁場，轉子的磁極被外力推動以同步轉速與定子旋轉磁場同步旋轉時，定子磁場與定子選擇的轉子磁極相互吸引產生磁拉力，轉子磁極與定子旋轉磁場可同速同相旋轉起來，此時可取消外加推力，由于轉子的轉速同定子旋轉磁的轉速是相等的，因此被稱之為同步電動機。

2 對同步電動機的異步起動原理的分析

同步電動機在起動時，勵磁繞組會最先通過電阻短路，之后會將定子繞組與三相交流電源相接，轉子起動繞組中定子旋轉磁場會形成電流及感應電動勢，與此同時轉子起動繞組并同定子旋轉磁場形成相互的作用而產生異步電磁轉矩，當同步電機起動時，轉速上升并接近同步轉速，達到95%左右時，勵磁繞組被接到直流電源上，轉子會建立起勵磁磁場，這樣轉子磁場與定子旋轉磁場的轉速非常接近，這兩個磁場相互吸引，便將轉子牽入同步。

3 分析同步電動機異步起動的過程中轉矩的特性

在同步電動異步起動的過程當中包括四個轉矩：第一，單軸轉矩；第二，起動繞組形成的異步轉矩；第三，凸極轉子直、交軸磁阻不等而形成的磁阻轉矩；第四，勵磁后形成的同步轉矩。

轉矩1，其半速附近時正值會變成負值，這對于起動極為不利，一定要進行限制。以下就略大于半速時的負轉矩進行說明，起動時，其實是有三相定子繞組以及單相轉子繞組而組成的異步電動機，轉子繞組形成的脈振磁場會被分解成兩個旋轉磁場即正向和反向。正轉分量同定子旋轉磁場形成相對靜止的一對，它們的相互作用則形成了異步電動機的異步轉矩，反轉分量在定子繞組中形成的電流則會形成旋轉磁場。轉子磁場旋轉分量與定子磁場形成相對靜止的另一對磁場，也可認為是另外一臺異步電動機，而其原邊是轉子，副邊是定子，聯(lián)合后又形成了另一組異步轉矩。這種異步轉矩被稱之為單軸轉矩，因受其影響，電動機的合成轉矩將在半速時明顯的下降。

第二種轉矩就是普通的異步轉矩，可以認為異步電動機全部相同。通過最初起轉矩以及名義牽入轉矩的大小，可以體現(xiàn)出同步電動機起動性能的好與壞。名義牽入當轉矩變小時，起動的轉矩則會變大，它們有著一定的矛盾?？梢杂米香~來做牽入轉矩要求較大而起動轉矩又較小的拖動鼓風機等負載電機的繞組，對于起動轉矩要求大，而牽入轉矩較小的拖動連續(xù)軋鋼機等設備的電機，可使用電阻的系數(shù)相對較高的黃銅做起動繞組。

第三、四種轉矩則全是同步轉矩，對于電動機自異步狀態(tài)牽入同步運行的過程中具有決定性的作用。由于異步轉矩的作用，電動機會被帶動為同步轉速95%左右，這樣的低轉差率下，磁阻轉矩已經起到了一定的作用。但轉子還未勵磁，其磁極并沒有固定的極性，只是由定子磁場的磁化來定。因磁阻轉矩在異步轉矩上加了周期性的一個交變分量，轉子的轉速受其影響則會發(fā)生振蕩，在勵磁投入以前的那一段曲線。顯然可見，定子相對同轉子滑過某個極距，這時磁阻轉矩便變化為一個周期。電動機軸上一旦負載過重，靠磁阻轉矩根本無法將電動機牽入同步。

接勵磁電流在同步轉速在達到95%左右時，其轉子磁極的極性便能夠確定，轉速如發(fā)生振蕩則會有所不同，一旦轉子較定子等效磁極落后，其極性在相同情況會便會形成減速轉矩，其極性相反情況下則會形成加速轉矩；轉子在超前定子時出現(xiàn)的狀況則相反。因此，定子相對轉子過的情況下，轉矩則會變化一個周期，該轉矩導致的轉速振蕩的周期會較磁阻轉矩導致的大一倍。因其周期很長，轉矩值較磁阻轉矩又強很多，轉化的變化也較大。轉速瞬時值有可能會超過同步轉速，減速時會回到同步轉速時，因整個轉矩的作用，在衰減振蕩以后，轉子便能夠牽入同步。因此，軸上負載越輕，較易使電機牽入同步。當容量小慣性較小時，單靠磁阻轉矩也常可牽入同步。

5 結語

生產機械對于起動的要求各不相同，像離心式通風機等這一類生產機械，對于轉動轉矩倍數(shù)要求不高，不需要太大，但對于起動轉矩倍數(shù)卻要求較高；像直流發(fā)動機的原動機則又不同，它需要在空載的情況下起動并牽入，因此對于起動轉矩倍數(shù)以及牽入轉矩倍數(shù)都要求不高。實際應用中，必須按照生產機械具體的要求去選擇電動機。無論是哪種起動方法，都要確保同步轉速下異步轉矩較同步電動機靜負載轉矩大，不然異步轉矩轉子將不能夠加速到亞同步的轉速及以上，便會產生同步電動機牽入困難。

參考文獻：

[1] 楊宗豹主編.電機及拖動基礎[M].冶金工業(yè)出版社，2003.