异步起动永磁同步电动机启动转矩的测定

刘仲贤

(中油辽河工程有限公司，辽宁盘锦124010)



异步起动永磁同步电动机启动转矩的测定

刘仲贤

(中油辽河工程有限公司，辽宁盘锦124010)

异步起动永磁同步电动机的转子永磁体产生的静止磁场与定子绕组产生的旋转磁场相互作用而产生脉动转矩，导致电机堵转时，转子产生震荡对电机起动的影响很大。据此情况，详细介绍了起动过程中的转矩、堵转时的转矩以及堵转转矩的测量，为堵转转矩的精准测量提供了一定的参考依据。

永磁同步电动机；脉动转矩；起动转矩；测量

0 引言

异步起动永磁同步电动机堵转时，定子绕组产生的旋转磁场与转子绕组产生的旋转磁场转速相同，转向一致，产生恒定转矩，此外转子永磁体产生的静止磁场与定子绕组产生的旋转磁场相互作用，产生脉动转矩，二者叠加在一起，使得堵转时电机转子产生较大震荡，因此，在测量异步永磁同步电动机起动堵转转矩时，数值波动很大，难以得到准确的测量结果。本文就异步起动永磁同步电动机脉动转矩产生的原因及目前所常用的异步起动永磁同步电动机堵转转矩的测量方法等内容做如下介绍。

1 永磁同步电动机起动过程中的转矩

根据电机理论,在永磁同步电动机起动过程中,定子三相绕组通以频率为f的对称三相交流电流,产生以同步转速n1旋转的磁场，在起动过程中的任意转差率s下，转子的转速为(1-s)n1，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sf的电流。由于转子磁路不对称，转子电流产生的(1-s)f磁场可分解为两个旋转磁场，它们相对于转子相反、转速相同，都是sn1，相对于定子的转速分别为n1和(1-2s)n1，分别在定子绕组中产生频率为f和(1-2s)f,定子绕组中(1-2s)f频率的电流产生的磁场在转子中产生频率为的电流。此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-s)n1，在定子绕组中产生频率为(1-s)f的电流,该电流产生以速度(1-s)n1旋转的磁场，与转子的转速相同，见表1。

表1 定转子产生旋转磁场的转速及其相互作用产生的转矩

因此，异步起动永磁同步电机起动时，定转子中都包括三种不同转速的磁场。其中，定转子中都有转速为n1的旋转磁场,它们相互作用,产生异步转矩Ta。定转子中转速为(1-2s)n1的旋转磁场相互作用产生恒定转矩Tb。当电机转速n<0.5n1时，Tb为驱动转矩；当电机转速n>0.5n1时，Tb为制动转矩。定转子中的(1-s)n1转速磁场相互作用，产生恒定制动转矩Tg，是永磁体相对于定子绕组运动产生的。以上三种转矩与转差率的关系曲线见图1。

2 异步永磁同步电动机堵转时的转矩

从表1可知，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。除了平均转矩外，还有脉动转矩。，在异步起动永磁同步电动机堵转时,定子绕组产生的旋转磁场与转子绕组产生的旋转磁场转速相同、转向一致，产生恒定的转矩。而转子上存在的永磁体所产生的静止磁场与定子绕组产生的旋转磁场相互作用(此时转子磁场转速为0，定子磁场转速为N)，产生频率为f的脉动转矩，两者叠加在一起，使得堵转时的转矩波动很大。图2为异步起动永磁同步电动机堵转时的采样曲线。从图中曲线形状可见，脉动转矩对起动性能的影响很大。因此，讨论异步起动永磁同步电动机的起动转矩时，不能忽略脉动转矩。 实际上当外加电压低到某一数值时，虽然异步转矩很大，由于脉动转矩的作用，电机也会无法起动。

3 异步起动永磁同步电动机堵转转矩的测量

3.1 常规方法

堵转试验应在电机接近实际冷状态下进行。试验前，先通入尽可能低的电压，按图3所示,通过堵转杆,缓慢盘转电机轴，确定对应于最大堵转电流和最小堵转转矩的转子位置，并在此位置将转子堵住。电机在堵转状态下，转子震荡很大，因此应在堵转工装与电机轴的接触处加减振元件，以减小波动。试验时，可以先将电源电压调整到额定值的20%以下，接入被试电机，保持额定频率，尽快升高电源电压，并在电气稳定后，迅速同时读取电压、电流、输入功率和转矩的稳定值，为避免电机过热，试验必须从速。

如堵转时不实测转矩，则堵转转矩Tk按式(1)计算

(1)

式中，PK—堵转时的输入功率，W；PKcu1—堵转时的定子绕组损耗，W；ns—同步转速(r/min)；Pks—堵转时的杂散损耗(包括铁耗)，W；对低压电机，取ks=0.05PK；对高压电机，取Pks=0.10PK。

3.2 转矩控制方式

对于用变频电源驱动的异步起动永磁同步电动机,在作负载试验时,变频电源的供电模式最好选用U/f控制模式。因为电动机的电磁转矩为

(2)

式中，Φ2—异步电动机转子全磁通；ω2—转差角频率；np—磁极对数；r2—转子电阻。

在U/f控制模式下，电磁转矩T与转差角频率ω2成正比。因此，利用磁通补偿器和转差补偿器来分别调整频率和电压，同时实现了电机定子电流的转矩分量和磁场分量的分解，电机的定子电流中的转矩分量It和磁场电流Im可以作为负载转矩和转子磁通的实在值得检测信号来加以使用，这便于控制式(2)中的Φ2和ω2，保证转子磁通恒定，可以很好的消除异步起动永磁同步电动机在堵转时产生的脉动转矩。但需要注意的是，在使用U/f控制模式进行堵转试验时，务必将电动机的容量、极数等有关数据输入到变频电源的控制器中，并对电机加以辨识，只有这样才能取得好的试验结果。

4 结语

对于感应电机，起动转矩的测量方法通常采用堵转法，因为感应电动机堵转时的转矩波动很小，可以得到准确的结果。但异步起动的永磁同步电机堵转时转矩波动较大，难以得到准确的结果。但是目前的国家标准规定，异步起动的永磁同步电机依然应用堵转法测量起动转矩。随着目前数字化电源的普及，直接转矩控制技术的应用，使得消除异步起动永磁同步电机起动时的脉动转矩成为可能。今后在永磁同步电动机的堵转转矩将可得到精准的测量。

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Measurements for Starting Torque of Asynchronous Starting Permanent-Magnet Synchronous Motor

LiuZhongxian

(China Petroleum Liaohe Engineering Co.,Ltd.Panjin 124010,China)

Pulsating torque is generated by interaction between static magnetic field produced by rotor permanent magnets and rotating magnetic field produced by stator windings in asynchronous starting permanent-magnet synchronous motor, it results in great impact on motor starting because of the oscillation produced by the locked rotor. This paper introduces measurements for starting torque, and locked-rotor torque in detail, it can provide certain reference for accurate measurement of locked-rotor torque.

Permanent-magnet synchronous motor；pulsating torque；starting torque；measurement

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.05.14

TM306

B

1008-7281(2016)05-0049-003

刘仲贤 男 1978年生；毕业于大连理工大学机械设计制造及自动化专业，现从事工程物资采购管理工作.

2016-06-08