三相永磁同步电机—永磁同步电动机性能的敏感性分析

    永磁同步电动机性能受环境温度、外加电压和永磁体性能的影响较大，研究这些因素的影响，对于永磁同步电动机设计和使用具有参考价值。本节以380V 、 22kw 、 6极永磁同步电动机为例介绍这些因素对起动性能和稳态性能的影响，所给出的曲线都是从该电机得到的。

一、外加电压的影响        

1．电压变化对起动性能的影响

( 1）对平均转矩的影响。永磁同步电动机起动过程中的平均转矩由异步转矩和发电制动转矩组成，其中发电制动转矩是由永磁体产生的，电压的变化对其没有影响；异步转矩是由定转子绕组相互作用产生的，电压变化对其影响很大。异步转矩Tc与外加电压的二次方成正比。图8一32是电压为34OV 、 36OV 、 38OV 、 400V 、 42OV时异步转矩随着转差率变化的曲线，随着电压的降低，永磁同步电动机的异步转矩显著减小。图8一33为不同电压下合成转矩随转差率的变化曲线，随着电压的降低，起动转矩和最小转矩都减小，并且减小的幅度较大；由于发电制动转矩的存在，合成转矩曲线在转差率接近1时有明显下凹，若该点对应的转矩小于额定负载转矩，则电动机无法带额定负载起动。电压的降低对永磁同步电动机起动的影响比感应电动机大得多，感应电动机中，电压的降低也会导致异步转矩显著减小，但其中无发电制动转矩。在永磁同步电动机中，当供电电压低于额定电压的一半时，往往无法空载起动。

( 2）对起动电流的影响。起动电流Is，的表达式为。

( 3）对最大去磁工作点的影响·起动过程中，当转子转速接近同步速、电枢磁场和转子磁场轴线重合且方向相反时，电枢磁动势对永磁体的去磁作用最为严重。不计定子绕组电阻时，定子电流几为。

随着电压的升高，最大去磁电流增大。图8一35为最大去磁电流随外加电压的变化曲线。根据去磁电流可计算最大去磁工作点对应的磁密，图8一36为最大去磁工作点对应的磁密标么值（以剩磁为基值）随外加电压的变化曲线，可以看出，随着电压增大，最大去磁工作点迅速下降，当永磁体工作点在其退磁曲线拐点以下时，将出现不可逆退磁。

2．电压变化对稳态性能的影响

( 1）对空载性能的影响。忽略定子绕组电阻时，根据式（8一35）得到永磁同步电动机的交、直轴电流表达式为。

( 2）对负载性能的影响。根据式（8一47）可知，永磁同步电动机的电磁转矩随电压的升高而增大。对应同样的负载转矩，电压越高，功角越小。随着电压增大，直轴电流减小，可能会由正变负，交轴电流增大，定子电流为一条V形曲线，功率因数变化曲线为反V形。图8一39为额定负载时电流随外加电压变化的曲线。电压变化时，机械损耗和铁耗基本不变，铜耗和杂散损耗与定子电流的二次方成正比。因定子电流随电压变化的曲线为V形，铜耗和杂散损耗随着电压变化曲线也为V形，因此总损耗随电压的变化曲线为V形。在输出功率不变的前提下，效率随电压的变化曲线为反V形。图8一40为铜耗、杂散损耗以及总损耗随外加电压的变化曲线。图8一41为效率和功率因数随电压的变化曲线，可以看出，随着电压的增大，功率因数和效率为反V形曲线。

( 3）对失步转矩的影响。永磁同步电动机失步转矩随着电压的升高而增大。图8一42为失步转矩倍数随着外加电压的变化曲线。

3．结论

( 1）随外加电压的增大，永磁同步电动机的起动转矩、最小转矩和起动电流都增大，但过高的起动电流会对电网造成冲击和永磁体不可逆去磁，因此起动时电压不宜过高。电压过低，起动过程中的最小转矩过小，可能导致电动机无法带额定负载起动。

( 2）随外加电压增大，最大去磁工作点对应的去磁电流增大，工作点降低，严重时会导致不可逆去磁。

( 3）空载电流和空载功率因数随电压的变化非常敏感。

( 4）外加电压变化时，负载性能变化较大，尤其是功率因数。