同步电动机广泛使用在工农业生产恒速体系中，具有自在调理功率因数、转速安稳、负载特性硬等长处。可是，长期以来，同步电动机发动困难是约束它广泛使用的一个重要原因。全压异步直接发动办法因其操作最简略、便利，而在工程实践中得到了广泛的使用，是当时同步电动机遍及选用的一种发动办法。可是，由于励磁绕组在发动进程中发生的单轴转矩在半同步转速(简称半速)邻近呈现较大的起制动效果的转矩，使得组成的发动转矩曲线呈现较大的下凹，在大于半速邻近构成最小转矩，影响电动机带重载时的正常发动，使得发动时间延伸，甚至会使得电动机卡在半速状况，使发动失利。本文详细剖析了单轴转矩随转速改变的特性及对同步电动机发动进程的影响。
异步全压直接发动进程剖析
同步电动机的异步全压起动进程能够分为两个不同的阶段，异步阶段和牵入阶段。在异步阶段(从起动到准同步转速的进程)中存在着两种转矩——异步转矩和单轴转矩;牵入阶段(从准同步转速加快到同步转速的进程)也存在着两种转矩——同步转矩和异步转矩。起动原理线路如图1所示。
当定子合闸接上电源时，操控开关k接通附加电阻使励磁绕组短路，进入异步阶段，此刻，阻尼绕组发生的异步转矩起首要加快效果，单轴转矩在半同步速前有也加快效果，这今后发生阻转矩，晦气于发动;当加快到亚同步转速时，断开附加电阻，使开关k接通直流励磁电源，进入牵入阶段，由同步转矩和异步转矩一起效果牵入同步速安稳运转，发动完结。
在异步全压发动进程中，转子直流励磁绕组的处理是一个值得注意的重要问题。当定子合闸接上电源时，如励磁绕组开路，便会发生过电压，其值或许达额外励磁电压的10倍，或许击穿绕组，损坏电机。而起动之前直接参加励磁电流，则会发生“堵转”现象，非但不能起动，而且还会使电网电压遭到很大的动摇，电机本身在遭受接连脉振转矩效果下构成危害。但若将励磁绕组直接短路，此刻在励磁绕组中的感应较大电流，它与气隙磁场的效果将发生较大的附加转矩(单轴转矩)，其特点是在略大于半同步转速(简称半速)处发生较大的负转矩，使电动机的组成转矩曲线发生显着的下凹，下降了电动机的起动功能。通常是在励磁回路串接约为励磁绕组电阻5～10倍的附加电阻而构成闭合回路。用此办法下降单轴转矩对发动的晦气影响，但也削弱了单轴转矩前半段对发动的有利效果却不能彻底消除它在发动后半段的阻转效果。
异步阶段的转矩剖析
同步电动机一般凸极，极对数因转速的不同而异。在励磁回路串接约为励磁绕组电阻5～10倍的附加电阻而构成闭合回路后，把同步电动机的定子投入电网，使之依托阻尼绕组按异步电动机起动。此刻电动机进入异步阶段，首要有阻尼绕组发生的异步发动转矩，它的特性和异步电动机相同，是电动机加快的首要转矩;别的还有转子上的励磁绕组发生的附加转矩(单轴转矩)，此转矩对发动的影响较杂乱。以下详细剖析这一转矩特性。
在异步起动的低速区间，励磁绕组既不答应通入直流励磁电流又不答应开路，仅有的办法是将励磁绕组直接短路或经过附加电阻短路。励磁绕组短接后相当于一个单相绕组，它在定子旋转磁场效果下发生电势和电流，然后发生转子上的磁势。由于转子上只要单相绕组，所以把这种条件下发生的转矩叫做单轴转矩。
正序转矩
定子三相对称绕组通以三相交流电后发生定子磁势，它切开转子单相绕组发生转子磁势的频率为 f2=p(n0-n/60)=sf1 (1)
式中，f1—定子电压频率，hz;p—极对数;s—转差率;n0—同步转速，r/min;n—转子转速， r/min。
转子磁势为脉振磁势。依据磁势理论，一个脉振磁势能够分解为两个巨细持平并以相同转速向相反方向旋转的两个磁势，与定子磁势同方向旋转的叫正序磁势fr+，与定子磁势反方向旋转的叫负序磁势fr-。正负序磁势切开转子的转速都是转子旋转磁场的转速n2，而
n2=60(f2/p)=n0-n=δn=sn0 (2)
式中，f2—转子磁势频率，hz。
所以，fr+对定子的转速为
n+δn=n+sn0=n+n0(n0-n)/n0=sn0 (3)
由式(3)可见，fr+与定子旋转磁势同速、同向旋转，发生固定的正序转矩t+，这与正常异步电动机相同。别离画出励磁绕组直接短路和串附加电阻时t+=f(n)曲线如图2a、b中曲线1所示[2]。b图中曲线1相当于正常异步电动机转子串电阻临界转差率sm增大时的异步转矩特性。
负序转矩
转子负序磁势fr-切开转子的转速也是转速差，但它的旋转方向与定子磁势相反，所以负序磁势切开定子的转速n-为
n-=n-δn=2n-n0=n0(1-2s) (4)
由式(4)可见，负序磁势fr-的转速是随转差率s而改变的，和定子磁势不同步，发生的转矩周期性改变，均匀转矩等于零。所以，负序磁势fr-对定子旋转磁场的效果能够不考虑。但负序磁场fr-以转速n-切开定子三相绕组，发生一个与f1不同频率的电势，在定子侧构成三相对称电流，这组三相对称电流发生的旋转磁场与fr-同速、同向旋转，两者相对停止。所以，咱们以为存在着一个设想的异步电动机(转子为一次侧，定子为二次侧，发生的异步转矩，称之为负序转矩t-。画出t-=f(n)曲线如图2a、b中曲线2所示。b中曲线2相当于正常异步电动机把一次磁动势削弱与异步电动机下降电源电压时的机械特性类似。比较a和b中的曲线2能够发现，串电阻后在半速邻近t-的最大制动转矩有较大的削减，但并没有彻底消除t-半速后的制动特性。
把图2a、b中的曲线1t+=f(n)和曲线2 t-=f(n)相加得到曲线3t=f(n)
便是发动进程中的单轴转矩。由图2a中曲线2可知，把直流励磁绕组直接短路，在转速升到半同步转速之后，t-会呈现一个很大的负值，削减同步电动机发动时的最少转矩，下降同步电动机的起动功能，重载时有或许把电机卡在半速邻近，使发动失利，而且损坏电动机。为战胜之一缺陷，通常是选用将励磁回路串接约为励磁绕组电阻5～10倍的附加电阻而构成闭合回路的办法。此刻，t+和t-以及组成转矩t的形状都发生了改变，如图2b所示[2]。从中能够看出，此办法仅仅削减并不能彻底消除t-在大于半速时的制动转矩。
小结
综上所述，当n=0.5n0，或者说转差率s=0.5时，n-=0。这时fr-不切开定子绕组，t-= 0。当1》s》0.5时，n-《0，表明fr-力求拉着定子反向滚动，因定子不动，其反效果转矩迫使转子正方向旋转，即t-》0，fr-对转子起加快效果。反之，当0《s《0.5时，n-》0，t-《0，fr-起制动效果，特别是转速在约大于0.5n0时，制动转矩最大，对电动机发动影响较大。
牵入同步进程剖析
当同步电动机的转子被异步转矩加快到准同步转速后，异步起动阶段即告完毕。此刻应将转子励磁绕组断开，接通励磁电源，通入直流励磁电流，开端牵入同步阶段。
最理想的牵入进程是在功角θ=0时开端，在θ=π之前完毕[3]。由于在这段区间内，同步转矩一向为正(即顺极性)，转子在同步转矩效果下，不断加快，可顺畅的牵入同步。传统的顺极式投励办法是选用转子电量检测法来确认投励时间。可是，由于电机在进入95%同步转速运转今后，转子感应电压的巨细及频率受电机的端电压、负载等影响较大，转子感应电压的幅值和频率均很小。励磁绕组在低转速气隙磁场切开下感应信号弱小，在工况大搅扰条件下，转子感应电压波形很简单遭到搅扰，使得感应电压过零点不明确。因而精确捕捉有用信号困难，不免构成投励失利。
现在，选用无转子方位传感器的定子电量法完成最佳顺极性投励办法能够战胜以上缺陷。该办法是使用同步电动机在异步起动进程中，气隙旋转磁场与转子旋转不同步，依据转子在直轴和交轴方位的磁阻巨细按正弦规则改变的状况，转子直轴和交轴替换按转差速率与气隙旋转磁场重合，磁阻的不同必定会引起定子电流改变，定子电流幅值是与直轴和交轴方位以及转差巨细有关的一系列“载波”。使用这一特性，经过检测定子电流的幅值确认转子磁极和气隙旋转磁场的相对位子，进步检测的可靠性，能够完成精确投励[3]。
由于在异步起动进程中转子经过附加电阻连接起来，励磁绕组中将呈现感应电流影响定子电流的剖析，因而，在挨近50%转速邻近切除短接电阻。由于发生过电压的巨细与转差率成正比，50%转速时转子励磁绕组中的感应电压仅仅发动瞬间转子感应电压的一半，现已到达安全电压，一起能够彻底消除负序转矩t-对电动机后半段发动的阻转矩影响。使发动升速的整个进程更平稳、快速;而且也可防止绕组过热烧坏引起的安全事故。
结语
经过对同步电动机全压异步发动进程的剖析，本文提出在半同步转速处断开励磁绕组的附加短接电阻，具有如下长处：
励磁绕组开路后，能够彻底消除负序转矩t-在大于半同步转速后对转子的制动效果，尤其是能够使得半速邻近的组成转矩曲线的下凹消失，使得发动阶段加快进程愈加快速、平稳。
消除了准同步转速时转子感应磁势对定子侧电流的影响，更有利于选用无转子方位传感器的定子电量法检测转子位子，完成精确投励。顺畅牵入同步运转。
有利于维护附加电阻不由于过热而烧坏，并能够依据详细实践挑选电阻阻值，完成更大的起动转矩，适用于带重载发动状况。
