三相永磁同步電機—永磁同步電動機性能的敏感性分析

    永磁同步電動機性能受環(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，對于永磁同步電動機設計和使用具有參考價值。本節(jié)以380V 、 22kw 、 6極永磁同步電動機為例介紹這些因素對起動性能和穩(wěn)態(tài)性能的影響，所給出的曲線都是從該電機得到的。

一、外加電壓的影響        

1．電壓變化對起動性能的影響

( 1）對平均轉矩的影響。永磁同步電動機起動過程中的平均轉矩由異步轉矩和發(fā)電制動轉矩組成，其中發(fā)電制動轉矩是由永磁體產生的，電壓的變化對其沒有影響；異步轉矩是由定轉子繞組相互作用產生的，電壓變化對其影響很大。異步轉矩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時異步轉矩隨著轉差率變化的曲線，隨著電壓的降低，永磁同步電動機的異步轉矩顯著減小。圖8一33為不同電壓下合成轉矩隨轉差率的變化曲線，隨著電壓的降低，起動轉矩和最小轉矩都減小，并且減小的幅度較大；由于發(fā)電制動轉矩的存在，合成轉矩曲線在轉差率接近1時有明顯下凹，若該點對應的轉矩小于額定負載轉矩，則電動機無法帶額定負載起動。電壓的降低對永磁同步電動機起動的影響比感應電動機大得多，感應電動機中，電壓的降低也會導致異步轉矩顯著減小，但其中無發(fā)電制動轉矩。在永磁同步電動機中，當供電電壓低于額定電壓的一半時，往往無法空載起動。

( 2）對起動電流的影響。起動電流Is，的表達式為。

( 3）對最大去磁工作點的影響·起動過程中，當轉子轉速接近同步速、電樞磁場和轉子磁場軸線重合且方向相反時，電樞磁動勢對永磁體的去磁作用最為嚴重。不計定子繞組電阻時，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。根據(jù)去磁電流可計算最大去磁工作點對應的磁密，圖8一36為最大去磁工作點對應的磁密標么值（以剩磁為基值）隨外加電壓的變化曲線，可以看出，隨著電壓增大，最大去磁工作點迅速下降，當永磁體工作點在其退磁曲線拐點以下時，將出現(xiàn)不可逆退磁。

2．電壓變化對穩(wěn)態(tài)性能的影響

( 1）對空載性能的影響。忽略定子繞組電阻時，根據(jù)式（8一35）得到永磁同步電動機的交、直軸電流表達式為。

( 2）對負載性能的影響。根據(jù)式（8一47）可知，永磁同步電動機的電磁轉矩隨電壓的升高而增大。對應同樣的負載轉矩，電壓越高，功角越小。隨著電壓增大，直軸電流減小，可能會由正變負，交軸電流增大，定子電流為一條V形曲線，功率因數(shù)變化曲線為反V形。圖8一39為額定負載時電流隨外加電壓變化的曲線。電壓變化時，機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為V形，銅耗和雜散損耗隨著電壓變化曲線也為V形，因此總損耗隨電壓的變化曲線為V形。在輸出功率不變的前提下，效率隨電壓的變化曲線為反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。圖8一41為效率和功率因數(shù)隨電壓的變化曲線，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。

( 3）對失步轉矩的影響。永磁同步電動機失步轉矩隨著電壓的升高而增大。圖8一42為失步轉矩倍數(shù)隨著外加電壓的變化曲線。

3．結論

( 1）隨外加電壓的增大，永磁同步電動機的起動轉矩、最小轉矩和起動電流都增大，但過高的起動電流會對電網造成沖擊和永磁體不可逆去磁，因此起動時電壓不宜過高。電壓過低，起動過程中的最小轉矩過小，可能導致電動機無法帶額定負載起動。

( 2）隨外加電壓增大，最大去磁工作點對應的去磁電流增大，工作點降低，嚴重時會導致不可逆去磁。

( 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，負載性能變化較大，尤其是功率因數(shù)。