同步电动机的异步启动

当定子绕组接到电源后，按照同步电机的原理同步电动机是不能产生启动转矩的。目前工矿企业中看到的同步电动机都能够启动，这是利用异步电动机的原理来产生启动转矩，使得电机转动起来的。

下面我们分析同步电动机没有启动转矩的原因及启动问题的解决方法。

假设在合闸瞬间，转子(已经加励磁)处于图18.5a所示的位置，此时，电磁转矩T倾向于使转子逆时钟转动；在另一个瞬间(图18.5b所示)，定子磁场已转过180度，而转子由于机械惯性尚未启动，电磁转矩T倾向于使转子顺时钟转动。由于定子磁场以同步速旋转，作用于转子上的力矩随时间以f = 50Hz作交变，那么转子上受到的平均转矩为0。因此同步电动机是不能自行起动的。概括一下同步电动机没有启动转矩的原因是：（1）定、转子磁场之间相对运动速度很快；（2）转子本身转动惯量的存在。

同步电动机的启动方法，目前几乎都采用异步启动法。要实现同步电动机的异步启动，就需要在转子磁极表面装有类似异步电动机鼠笼转子的短路绕组，称之为启动绕组。它的结构型式和同步发电机的阻尼绕组一样。为了得到较大的启动转矩，起动绕组常用电阻较大的黄铜条做成。启动时交流电压施于定子绕组后，在空气隙中产生旋转磁场，同异步电动机的工作原理一样，这个旋转磁场将在转子启动绕组中感应电流，此电流和旋转磁场相互作用产生异步转矩，这样同步电动机就按照异步电动机的原理转动起来。在转速上升到接近同步转速时，再给励磁绕组中通入直流励磁电流，使得转子产生磁极磁场，此时它和气隙磁场的转速已经十分接近，依靠这两个磁场间的相互吸引力产生转矩（称为同步转矩），将转子磁极拉入同步，这个过程称为拉入同步过程。

拉入同步是一个很复杂的过程，如果条件不合适，不一定能够成功。一般说，在加入直流励磁使得转子拉入同步的瞬间，同步电动机的转差愈小、惯量愈小，负载愈轻，拉入同步就愈容易。

综上，同步电动机的启动过程分为两个阶段：①首先是异步启动，使得转子转速接近于同步速；②加入直流励磁，使得转子拉入同步。由于磁阻转矩的作用，凸极式同步电动机较容易拉入同步。甚至在未加励磁电流的情况下，有时转子也能拉入同步。因此为了改善起动性能，同步电动机大多采用凸极转子结构。

同步电动机异步启动时，励磁绕组不能开路，因为励磁绕组的匝数较多，旋转磁场切割励磁绕组而在其中感应一危险的高电压，容易使得励磁绕组绝缘击穿或引起人身事故。在起动时，励磁绕组必须短路。为了避免在励磁绕组中产生过大的短路电流，励磁绕组短路时必须串入比本身电阻大（5-10）倍的外加电阻。