稀土永磁同步电机之磁同步电动机的起动过程与起动性能计算

    所谓起动就是电机的转子从静止到牵人同步的整个过程。异步起动永磁同步电动机是靠定子旋转磁场与转子导条相互作用产生的异步转矩起动的，由于转子上存在永磁体，以及转子交直轴磁路的不对称，使其起动过程远比三相感应电动机复杂。

一、起动过程中的磁场

在起动过程中，定子三相绕组通以频率为f的对称三相交流电流，产生以同步速n：旋转的旋转磁场，在起动过程中的任一转差率：下，转子的转速为（1一、）n :，定子旋转磁场与转子导条存在相对运动，在转子导条内产生频率为sJ的电流，由于转子磁路不对称，转子电流产生的磁场可分解为两个旋转磁场，它们相对于转子的转向相反，转速相同，都是: ,相对于定子的转速分别为n：和（1一2s ) nl，分别在定子绕组中产生频率为f和（1一2s ) f的电流，定子绕组中（1一2s）了频率的电流产生的磁场在转子中产生频率为sf的电流。除了定子旋转磁场外，转子上还有永磁体产生的磁场，永磁体相对于定子绕组的转速为( 1一，) n :，在定子绕组中产生频率为（1一‘ ) f的电流，该电流产生以速度（1一、）nl旋转的正向旋转磁场，与转子的转速相同，不在转子中感生电流。可以看出，起动过程中定转子磁场都包括三种不同转速的磁场，分别为nl 、（1一，) nl和( 1一25 ) nl，见表8一2 。

二、起动过程中的转矩分析

根据电机理论，当定子磁场和转子磁场相对静止且极数相同时，它们相互作用产生恒定转矩；当两个磁场之间有相对运动时，产生脉动转矩。

1．平均转矩

定子和转子中都有转速为nl的旋转磁场，它们相互作用，产生恒定转矩，就是所谓的异步转矩Ta 。定子和转子中都有转速为（1一2s ) nl的旋转磁场，它们相互作用，产生恒定转矩几，相当于一台感应电动机，转子为初级绕组，定子为次级绕组。当n＜。．5 nl时，'＞。．5 ,( 1一2s ) nl < O，几方向与转子的转向相反，但定子是静止的，相当于作用在转子上一个正向的转矩，起驱动作用；当转速为刀一0 . 5nl时，，一0 . 5 , ( 1一2s ) n1一O，不产生转矩；当n> o . sn，时，s＜。．5 , ( 1一2s ) nl > O , Tb方向与转子的转向相同，相当于作用在转子上一个反向的转矩，起制动作用。

定子和转子中都有转速为（l一s ) n1的旋转磁场，它们相互作用，产生恒定转矩，这个转矩称为发电制动转矩爪，是永磁体相对于定子绕组运动产生的，这时电机相当于一台同步发电机，所产生的转矩作用在定子上，与转子的转向相同，但定子静止，故作用在转子上一个反向转矩，起制动作用。永磁同步电动机起动过程中的总平均转矩Ta，为上述三项转矩的和。图8一24为永磁同步电动机的平均转矩与转差率的关系曲线。可以看出，永磁图8一24永磁同步电动机的平均凹，一次在低速处，一次在稍高于半同步速处。

2．脉动转矩

永磁同步电动机起动过程中，除了平均转矩外，还有脉动转矩。定（转）子中转速为nl的磁场与转（定）子中转速为（l一s ) n：的磁场相互作用，定（转）子中转速为（1一2s ) nl的磁场与转（定）子中转速为（1一s ) nl的磁场相互作用，都产生频率sf的脉动转矩；定（转）子中转速为n：的磁场与转（定）子中转速为（l一2s ) nl的磁场相互作用，产生频率Zsf的脉动转矩。

三、起动过程中平均转矩的计算

计算起动性能时，将Ta和瓦合并为一项，用Tc表示，采用三相感应电动机的转矩计算公式，即。

四、起动过程仿真

采用dqo坐标系，设转子逆时针方向旋转，取永磁体基波磁场轴线方向为d轴，而q轴顺着旋转方向超前d轴90 。，转子参考坐标系的旋转速度即为转子速度，则电压方程为。