同步电机启动

同步电机启动困难的原因：

当同步电机在频率恒定的电源下启动时，定子产生旋转磁动势F 以同步转速p

N n f n 601=旋转。由于机械惯性的作用，电动机转速具有较大的滞后，不能快速的跟随同步转速；由电机的转矩角特性可以知道：转矩角是以2π为周期按正弦规律变化的。当转矩角0<θ<π时，电磁转矩大于零；当转矩角π<θ<2π时电磁转矩小于零，在一个周期内，电磁转矩的平均值等于零。所以在启动时，电磁转矩对转子的作用是一种高频的振动，不能使转子加速启动以达到同步转速，造成同步电机的启动困难。

同步电机稳定运行要求：

由隐极同步电机的转矩角特性图可以知道，当同步电机稳定运行于1θ时，此

时0<1θ<2

π电磁转矩和负载转矩平衡，当负载加大时，转子速度减慢，转子的感应电动势滞后，导致θ角的增大，此时电磁转矩也会增大，电磁转矩与负载转矩在 2θ处达到了新的平衡，同步电机仍以同步转速稳定运行。

图1 在0<θ<2

π隐极同步电机的转矩角特性

图2 在2

π<θ<π隐极同步电机的转矩角特性

当同步电机运行于3θ时，2

π<3θ<π，电磁转矩和负载转矩相等，当负载转矩加大时，转子速度减慢，转子的感应电动势滞后，导致θ角的增大，此时电磁

转矩会减小，电磁转矩减小，导致转矩角的进一步增大，则电磁转矩持续减小，最终电机的转速会偏离同步转速，就会导致失步。总之，在，2

π< <π范围内，同步电机不能稳定的运行，会产生失步现象。

失步现象：

同步电动机运行时，定子磁场拖动转子磁场旋转。两个磁场之间存在着一个固定的力矩，这个力矩的存在是有条件的，必须两者的转速要相等，即同步才行， 所以这个力矩也称为同步力矩 。 一旦两者的速度不相等 , 则同步力矩就不存在了，电机就会慢慢停下来。这种转子速度与定子磁场不同步，而造成同步力矩消失 , 转子慢慢停下来的现象，称为“失步现象”。

为什么失步时，电动机就没有旋转力矩呢？因为当转子与定子磁场不同步的话 , 两者的相对位置就会起变化，即转矩角就会变化。当转子落后定子磁场角度在转矩角0 ～ 180°度时定子磁场对转子产生的是驱动力；当转矩角180° ～ 360°时，定子磁场对转子产生的是阻力，所以平均力矩为零。 引起同步电机失步的原因：欠励失步、过励失步、断电失步。

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1欠励失步 欠励失步主要是因为转子的励磁回路发生断路或者是接触不良、励磁绕组发生匝间短路、励磁系统发生故障等，导致同步电机的励磁绕组欠励磁或者是失去励磁，就会导致转子磁场滞后旋转磁场很大角度导致同步电机不能稳定运行，发生失步。

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2过励失步 过励失步主要是由于相邻出线端头短路故障、附近大型机组或机组群起动或自起动引起母线电压较长时间较大幅度的降低、电动机所带负载的大幅度突增以及起动过程中励磁系统过早投励等原因所引起。电机在过励失步时，励磁系统虽仍有直流励磁，但励磁电流及定子电流都很大并且产生强烈脉振，转子磁场超前旋转磁场很大角度，有时甚至产生电磁共振和机械共振。

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3断电失步 断电失步主要是由于外部供电系统跳闸及人工切换电源时，使交流电机供电电源输送渠道短暂中断而导致。在电源中断又重新恢复期间，同步电动机转子转速不断降低，电源重新恢复时，转子磁场的转速低于定子磁场的同步转速。导致失步。

怎么解决同步电机的失步问题：

同步电机的失磁是导致失步很重要的原因，为了防止失磁，可以在励磁机电源回路串联EPS 专门供电，防止外部大功率设备启动引起电网电压大幅波动。

同步电动机失步保护的功能是保护电动机的带励失步及失励失步，要求电动机失步后保护装置动作，作用于发信号、降低电动机负载及灭磁以求恢复同步，或者作用于跳开电动机的断路器。当前常见的电动机失步保护主要根据电动机失步时在其励磁绕组中出现交流感应电流分量，并加转子低电流闭锁或加延时构成的失步保护。

怎么解决同步电机的启动困难：

○1同步电机的异步启动原理

同步电机转子磁极表面上一般要安装阻尼绕组，作用相当于鼠笼型电机的导条，在起动过程中会产生异步转矩所不同的是同步电机还要考虑励磁控制问题，在异步起动时，励磁回路中不能接入励磁电流，但励磁绕组也不能开路，通常是将其励磁绕组经由一个电阻短接。随着频率的升高当电机在异步转矩作用下加速到一定转速后，用开关将同步电机由起动装置切换到电网，同步电机需加速到亚同步转速以上时，再对励磁绕组通以直流电流，产生同步转矩，将电机牵入同步运行，起动过程结束。

缺点：在大容量的同步电动机全压异步启动过程中会产生极大的冲击电流，可能导致对电机本身严重损害及电网电压的严重下降。一般采用减压启动。另外，考虑到同步电机运行中的各种工况，在启动过程中可能会由于励磁系统配合不当产生“机组爬行，机组振荡”，对机组造成严重的电气伤害等风险，通常采取软启动方式来避免过大的电流对电机及电网的巨大冲击。

○2同步电机的同步启动原理

一般采用变频启动，这种方法通过改变定子旋转磁场转速，利用同步转矩来起动。在开始起动时，转子通入直流，然后使变频电源的频率从零缓慢上升，逐步增加到额定频率，使转子的转速随着定子旋转磁场的转速而同步上升，直到额定转速。这种方法起动性能好，起动电流小，对电网冲击小，但是需要专门的变频电源，增加了投资。