楊勇

摘 要：本文闡述了同步電動(dòng)機(jī)的工作原理及異步起動(dòng)原理，對(duì)同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)過程轉(zhuǎn)矩特性做了比較詳細(xì)的分析，說明了同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)方法具有一定的實(shí)用性以及科學(xué)性。

關(guān)鍵詞：同步電動(dòng)機(jī)；異步起動(dòng)法

在我國的廠礦企業(yè)中，除了異步電動(dòng)機(jī)，同步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用也是相當(dāng)廣泛的。同步電動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用于礦山、化工、燃料等工業(yè)企業(yè)中各種空氣壓縮機(jī)、礦山球磨機(jī)、水泥廠管磨機(jī)以及水利工程中巨型水泵等的拖動(dòng)。異步起動(dòng)法是同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)采用比較多的方法，將同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上開槽裝上阻尼繞組，用與起動(dòng)鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)相類似的方法對(duì)同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行起動(dòng)，由于這一方法無須起動(dòng)設(shè)備，因此得到了非常廣泛的應(yīng)用。

1 分析同步電動(dòng)機(jī)工作的原理

在同步電動(dòng)機(jī)當(dāng)中的定子和異步電動(dòng)機(jī)的定子是相同的，其中的定子經(jīng)三相對(duì)稱繞組再通入三相交流電流，以定子為中心形成旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)方向取決于電流的相序，轉(zhuǎn)速的大小為同步轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子中裝有直流勵(lì)磁繞組，并通入直流電流，形成對(duì)轉(zhuǎn)子自身進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)恒定磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子的磁極被外力推動(dòng)以同步轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)時(shí)，定子磁場(chǎng)與定子選擇的轉(zhuǎn)子磁極相互吸引產(chǎn)生磁拉力，轉(zhuǎn)子磁極與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)可同速同相旋轉(zhuǎn)起來，此時(shí)可取消外加推力，由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速同定子旋轉(zhuǎn)磁的轉(zhuǎn)速是相等的，因此被稱之為同步電動(dòng)機(jī)。

2 對(duì)同步電動(dòng)機(jī)的異步起動(dòng)原理的分析

同步電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)，勵(lì)磁繞組會(huì)最先通過電阻短路，之后會(huì)將定子繞組與三相交流電源相接，轉(zhuǎn)子起動(dòng)繞組中定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)會(huì)形成電流及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，與此同時(shí)轉(zhuǎn)子起動(dòng)繞組并同定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)形成相互的作用而產(chǎn)生異步電磁轉(zhuǎn)矩，當(dāng)同步電機(jī)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速上升并接近同步轉(zhuǎn)速，達(dá)到95%左右時(shí)，勵(lì)磁繞組被接到直流電源上，轉(zhuǎn)子會(huì)建立起勵(lì)磁磁場(chǎng)，這樣轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速非常接近，這兩個(gè)磁場(chǎng)相互吸引，便將轉(zhuǎn)子牽入同步。

3 分析同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)的過程中轉(zhuǎn)矩的特性

在同步電動(dòng)異步起動(dòng)的過程當(dāng)中包括四個(gè)轉(zhuǎn)矩：第一，單軸轉(zhuǎn)矩；第二，起動(dòng)繞組形成的異步轉(zhuǎn)矩；第三，凸極轉(zhuǎn)子直、交軸磁阻不等而形成的磁阻轉(zhuǎn)矩；第四，勵(lì)磁后形成的同步轉(zhuǎn)矩。

轉(zhuǎn)矩1，其半速附近時(shí)正值會(huì)變成負(fù)值，這對(duì)于起動(dòng)極為不利，一定要進(jìn)行限制。以下就略大于半速時(shí)的負(fù)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行說明，起動(dòng)時(shí)，其實(shí)是有三相定子繞組以及單相轉(zhuǎn)子繞組而組成的異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子繞組形成的脈振磁場(chǎng)會(huì)被分解成兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)即正向和反向。正轉(zhuǎn)分量同定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)形成相對(duì)靜止的一對(duì)，它們的相互作用則形成了異步電動(dòng)機(jī)的異步轉(zhuǎn)矩，反轉(zhuǎn)分量在定子繞組中形成的電流則會(huì)形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)分量與定子磁場(chǎng)形成相對(duì)靜止的另一對(duì)磁場(chǎng)，也可認(rèn)為是另外一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)，而其原邊是轉(zhuǎn)子，副邊是定子，聯(lián)合后又形成了另一組異步轉(zhuǎn)矩。這種異步轉(zhuǎn)矩被稱之為單軸轉(zhuǎn)矩，因受其影響，電動(dòng)機(jī)的合成轉(zhuǎn)矩將在半速時(shí)明顯的下降。

第二種轉(zhuǎn)矩就是普通的異步轉(zhuǎn)矩，可以認(rèn)為異步電動(dòng)機(jī)全部相同。通過最初起轉(zhuǎn)矩以及名義牽入轉(zhuǎn)矩的大小，可以體現(xiàn)出同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能的好與壞。名義牽入當(dāng)轉(zhuǎn)矩變小時(shí)，起動(dòng)的轉(zhuǎn)矩則會(huì)變大，它們有著一定的矛盾?？梢杂米香~來做牽入轉(zhuǎn)矩要求較大而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩又較小的拖動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)等負(fù)載電機(jī)的繞組，對(duì)于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求大，而牽入轉(zhuǎn)矩較小的拖動(dòng)連續(xù)軋鋼機(jī)等設(shè)備的電機(jī)，可使用電阻的系數(shù)相對(duì)較高的黃銅做起動(dòng)繞組。

第三、四種轉(zhuǎn)矩則全是同步轉(zhuǎn)矩，對(duì)于電動(dòng)機(jī)自異步狀態(tài)牽入同步運(yùn)行的過程中具有決定性的作用。由于異步轉(zhuǎn)矩的作用，電動(dòng)機(jī)會(huì)被帶動(dòng)為同步轉(zhuǎn)速95%左右，這樣的低轉(zhuǎn)差率下，磁阻轉(zhuǎn)矩已經(jīng)起到了一定的作用。但轉(zhuǎn)子還未勵(lì)磁，其磁極并沒有固定的極性，只是由定子磁場(chǎng)的磁化來定。因磁阻轉(zhuǎn)矩在異步轉(zhuǎn)矩上加了周期性的一個(gè)交變分量，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速受其影響則會(huì)發(fā)生振蕩，在勵(lì)磁投入以前的那一段曲線。顯然可見，定子相對(duì)同轉(zhuǎn)子滑過某個(gè)極距，這時(shí)磁阻轉(zhuǎn)矩便變化為一個(gè)周期。電動(dòng)機(jī)軸上一旦負(fù)載過重，靠磁阻轉(zhuǎn)矩根本無法將電動(dòng)機(jī)牽入同步。

接勵(lì)磁電流在同步轉(zhuǎn)速在達(dá)到95%左右時(shí)，其轉(zhuǎn)子磁極的極性便能夠確定，轉(zhuǎn)速如發(fā)生振蕩則會(huì)有所不同，一旦轉(zhuǎn)子較定子等效磁極落后，其極性在相同情況會(huì)便會(huì)形成減速轉(zhuǎn)矩，其極性相反情況下則會(huì)形成加速轉(zhuǎn)矩；轉(zhuǎn)子在超前定子時(shí)出現(xiàn)的狀況則相反。因此，定子相對(duì)轉(zhuǎn)子過的情況下，轉(zhuǎn)矩則會(huì)變化一個(gè)周期，該轉(zhuǎn)矩導(dǎo)致的轉(zhuǎn)速振蕩的周期會(huì)較磁阻轉(zhuǎn)矩導(dǎo)致的大一倍。因其周期很長，轉(zhuǎn)矩值較磁阻轉(zhuǎn)矩又強(qiáng)很多，轉(zhuǎn)化的變化也較大。轉(zhuǎn)速瞬時(shí)值有可能會(huì)超過同步轉(zhuǎn)速，減速時(shí)會(huì)回到同步轉(zhuǎn)速時(shí)，因整個(gè)轉(zhuǎn)矩的作用，在衰減振蕩以后，轉(zhuǎn)子便能夠牽入同步。因此，軸上負(fù)載越輕，較易使電機(jī)牽入同步。當(dāng)容量小慣性較小時(shí)，單靠磁阻轉(zhuǎn)矩也?？蔂咳胪?。

5 結(jié)語

生產(chǎn)機(jī)械對(duì)于起動(dòng)的要求各不相同，像離心式通風(fēng)機(jī)等這一類生產(chǎn)機(jī)械，對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)要求不高，不需要太大，但對(duì)于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)卻要求較高；像直流發(fā)動(dòng)機(jī)的原動(dòng)機(jī)則又不同，它需要在空載的情況下起動(dòng)并牽入，因此對(duì)于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)以及牽入轉(zhuǎn)矩倍數(shù)都要求不高。實(shí)際應(yīng)用中，必須按照生產(chǎn)機(jī)械具體的要求去選擇電動(dòng)機(jī)。無論是哪種起動(dòng)方法，都要確保同步轉(zhuǎn)速下異步轉(zhuǎn)矩較同步電動(dòng)機(jī)靜負(fù)載轉(zhuǎn)矩大，不然異步轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子將不能夠加速到亞同步的轉(zhuǎn)速及以上，便會(huì)產(chǎn)生同步電動(dòng)機(jī)牽入困難。

參考文獻(xiàn)：

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