三相无刷同步发电机有时需作电动机运行来满足特殊装备的要求，如发电机对拖试验、燃气轮机作动力等。这些都涉及到发电机的自起动问题。同步发电机作为电动机时的起动主要有三种方式：辅助电动机起动、同步起动（变频起动）、异步起动。其中异步起动需要设备投资较少，使用方便，在生产实践中采用最为普遍。

　　对于有电刷、滑环的三相同步电机，异步起动时可以在转子绕组上串接电阻短路，以消除瞬间高电压，同时也克服转子绕组造成的半速低转矩。而对于无刷同步电机，转子绕组与外界没有电接触，无法短接和加电阻，异步起动时往往会造成器件损坏，起动不能实现。我们曾做过试验，异步起动时，励磁机F＋、F－先断开，当转速接近同步速时再投入励磁；主机端子U、V、W与可调压电源连接。调低端子电压空载起动时，转子只是在轻三相无刷同步发电机（）异步起动分析与仿真曹维军汾西机器厂（030027）AnalysisandEmulationontheAsynchronousStartingof Three－phaseBrushlessSynchronousGenerator ChaoWeijun FenXiMachineryWorks微振动爬行，随后调高电压也不起作用。

　　2异步起动时转矩分析无刷同步发电机异步起动时共有5个转矩：阻尼绕组产生的异步转矩、单轴转矩、整流桥引起的直流分量转矩、励磁后产生的同步转矩、凸极转子磁阻不等引起的磁阻转矩，与有刷同步电机的区别是增加了一个直流分量转矩。

　　异步转矩是电机起动过程中的主要动力转矩。其M－S曲线与异步电机完全一样，只是由于阻尼绕组电阻较大，使曲线相对平坦，没有一般异步电机所具有的明显的最大转矩。

　　于发电机的励磁绕组L.起动过程中，旋转磁场在励磁绕组中感应出频率为sf 1的交变电压。由于整流桥的单向导通作用，交变电压不能产生相应的全波交变电流，而是一系列的半波，在励磁绕组大电感的影响下，波形可以等效为直流分量和正弦交流分量两部分。正弦交流分量在励磁绕组中产生脉振磁场，与定子磁场作用形成单轴转矩；直流分量在励磁绕组中建立恒定磁场，并在定子绕组中感生附加电流，附加电流产生的磁场与转子上的恒定磁场相互作用产生所谓发电机转矩.相应的解决办法。

　　1台400V、160kW、1500r／min的三相隐极全阻尼同步发电机异步起动时的M―S曲线仿真图（励磁机始终不投入励磁）。仿真采用匀速增加转速、记录不同转速下转矩的方法；输入电压380V，转速每秒增加200转。这种方法得到的转矩并不是某种转速下的真实转矩，而是近似值，因为转速一直在变化，转矩也是带有过渡过程的瞬时值。但经比较，在转速变化不是很快的情况下，用这种方法得到的转矩和固定转速下得到的转矩差别很小，完全不影响分析，但它却能使仿真简化。

　　文章中的有关仿真均采用此类方法，仿真模型使用同1台电机。

　　励磁产生的同步转矩和磁阻转矩对电机由异步状态牵入同步状态起决定作用，一般情况下，只要转子转速达到同步速的95％左右，根据负载状况给出合适的励磁，电机是能顺利牵入同步的。所以这儿不讨论这两个转矩，只讨论起动过程中起主要作用的前3个转矩。

　　我们可以看出，前3个转矩合成后，在起动初始阶段有一个明显的低点，造成低点的原因是发电机转矩M 3的存在。这个低点在一般电机中常常是负值，主要与定子绕组、阻尼绕组及励磁绕组的漏抗和电阻有关。因此我们可以推断直流分量转矩是造成电机不能起动的主要原因。

　　以上只是定性分析，由于影响起动转矩的因素较多，详细的理论定量及数学推导非常复杂而且往往很难做到。因此，要通过计算确定1台发电机能否起动、能带多大负载起动是不现实的。实际工作中，我们应用ANSOFT电机专用仿真软件分析电机起动状况，效果较好，在模型建立及参数设置适当的情况下，能相对准确地得到电机实际的带负载起动能力。通过改变软件模型设置的方法，获取电机在不同设计参数时的M―S曲线。通过对这些曲线的比较分析，了解起动困难的原因，找出励磁绕组直接短路时的M―S曲线仿真。它和图4的差别是励磁绕组感应电流没有经过整流桥组，取消了直流分量转矩。比较可以看出，没有直流分量转矩后，初始阶段没有了低点。我们也单独仿真出了直流分量转矩的M―S曲线，与图4中分离出图5后得到的结果相同，这里不再赘述。图6为电机空载起动时的速度―时间仿真曲线，输入电压380V，转动惯量3kgm 2。图中显示出电机在短暂加速后开始振动并低速爬行，起动失败。

　　以上的仿真结果也验证出励磁绕组上的直流分量是电机起动的最大障碍，交变分量形成的单轴转矩虽然在半同步速附近产生负转矩，但影响有限。因此，消除起动过程中励磁绕组上的直流分量是无刷同步电机正常起动的关键。

　　3解决办法现在比较常见的方法是在转子上的励磁回路增加一套晶闸管控制系统。电机起动时，G 1、G 2导通，G 3关断，励磁绕组L上的感应电流通过电阻R闭合，不经过整流桥组。转子转速接近同步速后，G 3导通，G 1、G 2关断，直流励磁电流只通过L绕组。这样既消除了直流分量转矩，又可通过电阻R减轻单轴转矩的危害，应该是一种比较好的方法。但由于器件较多且需要旋转，使转子相应部位布置非常困难，另外对大功率晶闸管的要求也使电机功率受到限制。间延长。根据异步电动机起动温升的工程计算方法，结合起动过程中阻尼绕组通过的平均有效电流（仿真值），核算出铝阻尼条温升在0.5s的起动时间里达到130℃，未超过有关标准规定的225℃，可以说起动成功。也可以通过增加常开触头和电阻的方法进一步提高起动转矩。作用效果与晶闸管控制系统基本接近。

　　4结论通过对起动转矩的分析与仿真，我们了解了三相无刷同步发电机异步起动时的问题所在，有针对性的进行改进设计，简单实用但满足了起动要求。