稀土永磁同步電機(jī)之磁同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程與起動(dòng)性能計(jì)算

    所謂起動(dòng)就是電機(jī)的轉(zhuǎn)子從靜止到牽人同步的整個(gè)過程。異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)是靠定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子導(dǎo)條相互作用產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)矩起動(dòng)的，由于轉(zhuǎn)子上存在永磁體，以及轉(zhuǎn)子交直軸磁路的不對(duì)稱，使其起動(dòng)過程遠(yuǎn)比三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)復(fù)雜。

一、起動(dòng)過程中的磁場(chǎng)

在起動(dòng)過程中，定子三相繞組通以頻率為f的對(duì)稱三相交流電流，產(chǎn)生以同步速n：旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在起動(dòng)過程中的任一轉(zhuǎn)差率：下，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為（1一、）n :，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子導(dǎo)條存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條內(nèi)產(chǎn)生頻率為sJ的電流，由于轉(zhuǎn)子磁路不對(duì)稱，轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)可分解為兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，它們相對(duì)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向相反，轉(zhuǎn)速相同，都是: ,相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)速分別為n：和（1一2s ) nl，分別在定子繞組中產(chǎn)生頻率為f和（1一2s ) f的電流，定子繞組中（1一2s）了頻率的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生頻率為sf的電流。除了定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)外，轉(zhuǎn)子上還有永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)，永磁體相對(duì)于定子繞組的轉(zhuǎn)速為( 1一，) n :，在定子繞組中產(chǎn)生頻率為（1一‘ ) f的電流，該電流產(chǎn)生以速度（1一、）nl旋轉(zhuǎn)的正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速相同，不在轉(zhuǎn)子中感生電流?？梢钥闯觯饎?dòng)過程中定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)都包括三種不同轉(zhuǎn)速的磁場(chǎng)，分別為nl 、（1一，) nl和( 1一25 ) nl，見表8一2 。

二、起動(dòng)過程中的轉(zhuǎn)矩分析

根據(jù)電機(jī)理論，當(dāng)定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相對(duì)靜止且極數(shù)相同時(shí)，它們相互作用產(chǎn)生恒定轉(zhuǎn)矩；當(dāng)兩個(gè)磁場(chǎng)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

1．平均轉(zhuǎn)矩

定子和轉(zhuǎn)子中都有轉(zhuǎn)速為nl的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，它們相互作用，產(chǎn)生恒定轉(zhuǎn)矩，就是所謂的異步轉(zhuǎn)矩Ta 。定子和轉(zhuǎn)子中都有轉(zhuǎn)速為（1一2s ) nl的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，它們相互作用，產(chǎn)生恒定轉(zhuǎn)矩幾，相當(dāng)于一臺(tái)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子為初級(jí)繞組，定子為次級(jí)繞組。當(dāng)n＜。．5 nl時(shí)，'＞。．5 ,( 1一2s ) nl < O，幾方向與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向相反，但定子是靜止的，相當(dāng)于作用在轉(zhuǎn)子上一個(gè)正向的轉(zhuǎn)矩，起驅(qū)動(dòng)作用；當(dāng)轉(zhuǎn)速為刀一0 . 5nl時(shí)，，一0 . 5 , ( 1一2s ) n1一O，不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩；當(dāng)n> o . sn，時(shí)，s＜。．5 , ( 1一2s ) nl > O , Tb方向與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向相同，相當(dāng)于作用在轉(zhuǎn)子上一個(gè)反向的轉(zhuǎn)矩，起制動(dòng)作用。

定子和轉(zhuǎn)子中都有轉(zhuǎn)速為（l一s ) n1的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，它們相互作用，產(chǎn)生恒定轉(zhuǎn)矩，這個(gè)轉(zhuǎn)矩稱為發(fā)電制動(dòng)轉(zhuǎn)矩爪，是永磁體相對(duì)于定子繞組運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，這時(shí)電機(jī)相當(dāng)于一臺(tái)同步發(fā)電機(jī)，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩作用在定子上，與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向相同，但定子靜止，故作用在轉(zhuǎn)子上一個(gè)反向轉(zhuǎn)矩，起制動(dòng)作用。永磁同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中的總平均轉(zhuǎn)矩Ta，為上述三項(xiàng)轉(zhuǎn)矩的和。圖8一24為永磁同步電動(dòng)機(jī)的平均轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系曲線?？梢钥闯?，永磁圖8一24永磁同步電動(dòng)機(jī)的平均凹，一次在低速處，一次在稍高于半同步速處。

2．脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩

永磁同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中，除了平均轉(zhuǎn)矩外，還有脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。定（轉(zhuǎn)）子中轉(zhuǎn)速為nl的磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)（定）子中轉(zhuǎn)速為（l一s ) n：的磁場(chǎng)相互作用，定（轉(zhuǎn)）子中轉(zhuǎn)速為（1一2s ) nl的磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)（定）子中轉(zhuǎn)速為（1一s ) nl的磁場(chǎng)相互作用，都產(chǎn)生頻率sf的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩；定（轉(zhuǎn)）子中轉(zhuǎn)速為n：的磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)（定）子中轉(zhuǎn)速為（l一2s ) nl的磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生頻率Zsf的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

三、起動(dòng)過程中平均轉(zhuǎn)矩的計(jì)算

計(jì)算起動(dòng)性能時(shí)，將Ta和瓦合并為一項(xiàng)，用Tc表示，采用三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式，即。

四、起動(dòng)過程仿真

采用dqo坐標(biāo)系，設(shè)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，取永磁體基波磁場(chǎng)軸線方向?yàn)閐軸，而q軸順著旋轉(zhuǎn)方向超前d軸90 。，轉(zhuǎn)子參考坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)速度即為轉(zhuǎn)子速度，則電壓方程為。