三相永磁同步電機(jī)—永磁同步電動(dòng)機(jī)性能的敏感性分析

    永磁同步電動(dòng)機(jī)性能受環(huán)境溫度、外加電壓和永磁體性能的影響較大，研究這些因素的影響，對(duì)于永磁同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和使用具有參考價(jià)值。本節(jié)以380V 、 22kw 、 6極永磁同步電動(dòng)機(jī)為例介紹這些因素對(duì)起動(dòng)性能和穩(wěn)態(tài)性能的影響，所給出的曲線(xiàn)都是從該電機(jī)得到的。

一、外加電壓的影響        

1．電壓變化對(duì)起動(dòng)性能的影響

( 1）對(duì)平均轉(zhuǎn)矩的影響。永磁同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中的平均轉(zhuǎn)矩由異步轉(zhuǎn)矩和發(fā)電制動(dòng)轉(zhuǎn)矩組成，其中發(fā)電制動(dòng)轉(zhuǎn)矩是由永磁體產(chǎn)生的，電壓的變化對(duì)其沒(méi)有影響；異步轉(zhuǎn)矩是由定轉(zhuǎn)子繞組相互作用產(chǎn)生的，電壓變化對(duì)其影響很大。異步轉(zhuǎn)矩Tc與外加電壓的二次方成正比。圖8一32是電壓為34OV 、 36OV 、 38OV 、 400V 、 42OV時(shí)異步轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)差率變化的曲線(xiàn)，隨著電壓的降低，永磁同步電動(dòng)機(jī)的異步轉(zhuǎn)矩顯著減小。圖8一33為不同電壓下合成轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)差率的變化曲線(xiàn)，隨著電壓的降低，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最小轉(zhuǎn)矩都減小，并且減小的幅度較大；由于發(fā)電制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的存在，合成轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)在轉(zhuǎn)差率接近1時(shí)有明顯下凹，若該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩小于額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則電動(dòng)機(jī)無(wú)法帶額定負(fù)載起動(dòng)。電壓的降低對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的影響比感應(yīng)電動(dòng)機(jī)大得多，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中，電壓的降低也會(huì)導(dǎo)致異步轉(zhuǎn)矩顯著減小，但其中無(wú)發(fā)電制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在永磁同步電動(dòng)機(jī)中，當(dāng)供電電壓低于額定電壓的一半時(shí)，往往無(wú)法空載起動(dòng)。

( 2）對(duì)起動(dòng)電流的影響。起動(dòng)電流Is，的表達(dá)式為。

( 3）對(duì)最大去磁工作點(diǎn)的影響·起動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步速、電樞磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)軸線(xiàn)重合且方向相反時(shí)，電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)永磁體的去磁作用最為嚴(yán)重。不計(jì)定子繞組電阻時(shí)，定子電流幾為。

隨著電壓的升高，最大去磁電流增大。圖8一35為最大去磁電流隨外加電壓的變化曲線(xiàn)。根據(jù)去磁電流可計(jì)算最大去磁工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的磁密，圖8一36為最大去磁工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的磁密標(biāo)么值（以剩磁為基值）隨外加電壓的變化曲線(xiàn)，可以看出，隨著電壓增大，最大去磁工作點(diǎn)迅速下降，當(dāng)永磁體工作點(diǎn)在其退磁曲線(xiàn)拐點(diǎn)以下時(shí)，將出現(xiàn)不可逆退磁。

2．電壓變化對(duì)穩(wěn)態(tài)性能的影響

( 1）對(duì)空載性能的影響。忽略定子繞組電阻時(shí)，根據(jù)式（8一35）得到永磁同步電動(dòng)機(jī)的交、直軸電流表達(dá)式為。

( 2）對(duì)負(fù)載性能的影響。根據(jù)式（8一47）可知，永磁同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩隨電壓的升高而增大。對(duì)應(yīng)同樣的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電壓越高，功角越小。隨著電壓增大，直軸電流減小，可能會(huì)由正變負(fù)，交軸電流增大，定子電流為一條V形曲線(xiàn)，功率因數(shù)變化曲線(xiàn)為反V形。圖8一39為額定負(fù)載時(shí)電流隨外加電壓變化的曲線(xiàn)。電壓變化時(shí)，機(jī)械損耗和鐵耗基本不變，銅耗和雜散損耗與定子電流的二次方成正比。因定子電流隨電壓變化的曲線(xiàn)為V形，銅耗和雜散損耗隨著電壓變化曲線(xiàn)也為V形，因此總損耗隨電壓的變化曲線(xiàn)為V形。在輸出功率不變的前提下，效率隨電壓的變化曲線(xiàn)為反V形。圖8一40為銅耗、雜散損耗以及總損耗隨外加電壓的變化曲線(xiàn)。圖8一41為效率和功率因數(shù)隨電壓的變化曲線(xiàn)，可以看出，隨著電壓的增大，功率因數(shù)和效率為反V形曲線(xiàn)。

( 3）對(duì)失步轉(zhuǎn)矩的影響。永磁同步電動(dòng)機(jī)失步轉(zhuǎn)矩隨著電壓的升高而增大。圖8一42為失步轉(zhuǎn)矩倍數(shù)隨著外加電壓的變化曲線(xiàn)。

3．結(jié)論

( 1）隨外加電壓的增大，永磁同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、最小轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流都增大，但過(guò)高的起動(dòng)電流會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊和永磁體不可逆去磁，因此起動(dòng)時(shí)電壓不宜過(guò)高。電壓過(guò)低，起動(dòng)過(guò)程中的最小轉(zhuǎn)矩過(guò)小，可能導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)無(wú)法帶額定負(fù)載起動(dòng)。

( 2）隨外加電壓增大，最大去磁工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的去磁電流增大，工作點(diǎn)降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致不可逆去磁。

( 3）空載電流和空載功率因數(shù)隨電壓的變化非常敏感。

( 4）外加電壓變化時(shí)，負(fù)載性能變化較大，尤其是功率因數(shù)。