摘要：我们利用无刷同步电动机投励之后的过渡过程将其作为励磁机与电动机的联系，产生共同瞬变的过程。本文基于同步电动机的分析，并在交流励磁机关系前提下，借助整流器的特点，建立了电动机与励磁机瞬时过程分析数据模型，并通过迭代修正能够对电动机投励之后的动态特性进行计算，并且以实例分析，最终的计算结果与实验结果完全一致。
关键词：无刷同步电动机；投励；瞬变；分析
目前在无刷同步电机研究过程中，最关键的问题是启动，而在启动上又包括以下两点：首先是启动到亚同步速度，其次是投励牵入同步过程。在同步电动机启动上，目前采用较多的是异步启动。而同步电动机在投励过程中也存在一定的控制转差，控制转子电流等不同。控制投励方法。目前采用较多的是控制转速差投励。我们分析了无刷同步电动机异步起动到亚同步速度过程中投励后的过渡过程，由于无刷同步电动机投励之后过度所涉及到的有旋转整流器，同步电动机交流励磁机等整个过程的相关变化。相比传统中仅采用一台电机瞬变过渡过程的情况来说，会产生较大差异，在分析研究上也更趋复杂，虽然一台同步电动机启动的相关研究以及交流励磁机负载情况的研究和整流器研究交流励磁机负载研究整流器的研究，针对这些研究国外已经有相关研究。然而，对于投励牵入同步中，整个无刷同步电动机系统过度瞬时分析国内外还无相应报道，而由于在无刷同步电动机的研究过程中，该内容又是十分重要的，能够为电动机投励时刻确定，搭配整流器，选择合适参数提供理论依据。国内目前正处于无刷同步电动机研究初步阶段，因此有必要针对这一方面展开深入的探索。本文我们对无刷同步电动机在头里以及牵入同步中整个系统都会发生瞬变过渡过程的特殊性，提出将整个系统数遍过程，同时考虑的一种动态数学模型，通过这一实际无刷电动机投料投励之后动态特性分析计算，获得重要的结论，这些对于无刷同步电动机的研究具有十分重要的价值。
二，同步电动机瞬变过程中的方程式
我们在忽略不计电机铁芯磁饱和，涡流，磁滞效益以及力磁绕组和纵轴阻尼绕组漏抗的条件下，我们假设励磁正弦分布，且连接电动机的惯例根据其电流方向，可以得到以下方程式。
在图一中，我们假设r为d轴，对于a相轴的夹脚，r0是初始夹角，θ为定子三相合成磁势相对于d轴的夹角，被称为是功角。r0’是合成磁势轴线相对于a相轴线的主线夹角。W为同步角速度。最终我们可以得出下列公式。
三，交流励磁机的基本方程
与上述的条件一致，在发动机符号惯例约定下，我们也可以写出坐标系向励磁机坐标值形式的基本方程。由于励磁机在投励之前处于一种空载运行状态，而励磁之后电枢电流会与同步电动机转子电流相关。为了能够分析问题，我们需要建立以励磁机转子分量作为状态变量的方程式。
四，旋转整流器的相关特性
由于交流励磁机电枢绕组的负载实际上是经过旋转整流器供电大电感，由于电枢绕组中存在内电抗，会使旋转整流器在换流过程中电流无法突变，进而会产生换流角。整流电流大小不同，进而也会导致换流时的电流存在不同值，我们可以根据公式将整流器换流值分别作为不同的三种换流状态，分别是I，II，III，在设计励磁机过程中，通常工作在第I和第II种换流状态下。
五，系统的数学模型
由于存在整流器，进而会使励磁机的电枢相电流会与相电压存在一定的畸变，不会具有正弦值分布特效，而对于非正弦电流进行谐波处理时，我们只需要取机波分量进行考虑，如果选择a相电势，则曲线的起点是坐标原点，经过斜坡处理之后，其a相电流基波分量可以分写为下列方程式
作为整流器供电内电势的励磁机电枢相电压，也会存在一定程度的畸变为非正弦，然而，从整流器外特性进行分析时，我们按照正弦电压进行处理，这里我们不采用实际存在畸变的电枢相电压，将其作为供电的电势近似以正弦规律变化，超瞬变电势将其作为非畸变电势。根据文献我们知道换流电抗后的电势与实际电势比较接近，因此在分析过程中，我们将做为非畸变整流电势。于是进而可以绘制出换流电抗之后非畸变电势与励磁机电势相关量图，如下所示。
我们根据公式可以将其替代状态方程中的励磁绕组所对应的关系，使得到投励后电动机相应的状态方程联系励磁后，电动机状态方程进而可以构建投励之后电动机状态方程。同时考虑电动机与励磁极瞬变过程的数学模型，其中联系两机的定量分别为Ex和I。投励之后动态特性进行数值计算过程中，可以通过对其宗量进行迭代修正，进而将两机的实验过程同时考虑进去。在具体方法中，我们首先需要由状态方程式获得同步电动机异步启动到亚同步速度时的状态量，并将这些量作为投励之后同步电动机状态方程的初始状态量，根据公式可以求出同步速度时励磁机所对应的E值，然后利用四阶龙格库塔法获得第一时间间隔之后的各个状态量。根据公式可以获得相应的励磁机电枢电流纵轴以及横轴的分量，至此可以完成第一时间间隔中的计算，进而可以求取第二时间间隔中的值，替代修正第一时间间隔中的E值，再用前述步骤求解状态方程，以此类推，直到迁入稳定同步。
表1
六运算结果分析
采用本文的研究方法，我们对东方电机股份公司所研制的630千瓦的无刷同步电动机空载状态异步启动到亚同步速度之后投励之后过渡状态的动态特性进行数值分析计算。为了能够分析比较压同步速度过程中电动机处于不同状态下的投励后情况，我们对于亚同步时，电机处于11种不同状态下不同位角投励之后的过渡过程产生计算。具体结果如表1所示。
同时，我们可以根据动态特性比较可以看出，当夹角为0°和180°之后，当投励之后，电机过渡情况差别比较明显，当夹角为0°时此时投励是比较有利的，而夹角为180°时，此时投励是不利的。从表中数据还可以看出，在本台样机通过不同初始条件异步启动到达亚同步速度之后，投励之后，最终可以将此电机迁入稳定同步运行，瞬变在投递过程中，功率夹角为180°。也同样可以牵入同步，只是所需牵入同步的时间较长，从数据可以看出这台样机只要将亚同步速度进行合理控制投励之后，牵入同步过程中定子最大冲击电流没有超过额定电流两倍，且能够远远小于启动电流，那么此时投励之后转子最大冲击电流不会达到额定励磁电流，可见投励之后转子电流不会存在较大的运行问题。对于本台样机，只需要将其控制差控制在s等于0.0完成投励就可以正常运行。
小结
通过本次研究，我们可以得到以下结论：亚同步速度过程中电机处于不同状态，不同位移角之后，当投励之后电机过渡过程也会存在差异。亚同步速度的电机在0°和180°夹角投励之后，电机动态特性相差比较明显，无论是从牵入同步时间，投励后定转子电流冲击振荡情况上来看，或者是从转矩转差情况，亚同步时当夹角为零度时此时投励较好，而当夹角为180°时此时投励效果不好。在本次样机实验时，空载异步启动，只要将其控制在s等于0.05时进行投励能够成功牵入同步运行，而且投励之后过渡过程中各电机的性能较好，而且我们通过后期时间也得到了结论证实。我们通过上述表中所罗列的数据，在本台功率为630千瓦的无刷同步电动机整流器，各个电子元件的容量以及选择参数上，都能为其提供重要的参考依据。
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论文作者:闵跃安
论文发表刊物:《电力设备》2018年第30期
论文发表时间:2019/4/11
标签：同步电动机论文; 励磁论文; 整流器论文; 电势论文; 电流论文; 夹角论文; 电动机论文; 《电力设备》2018年第30期论文;