永磁同步电动机使用注意事项

永磁同步电动机由转子中的磁体产生永久磁场。因此，一旦转子开始转动，电动机就会产生电压。定子绕组中因转子转动而感应出的EMF（电磁力）与转子转速成正比。在额定转速n_rated范围内，变频器的输出电压与转速成正比，EMF也与转速成正比，变频器的输出电压与电动机的EMF之间保持平衡。

电动机弱磁运行时会产生很高的EMF值，为了不超过最大允许直流母线电压，并且变频器在弱磁运行过程中发生跳闸时不会将直流母线的电容损坏，必须对电动机转速加以限制，或者采取其它的措施来确保不超过最大允许直流母线电压。弱磁范围内的保护措施有以下三种方式。

1.限制弱磁范围内的转速

当SINAMICS S120 CM在矢量控制模式下运行时，为保护变频器，出厂设定将弱磁范围内的转速限制到n_max。

说明

n_max——用于对变频器进行保护的弱磁范围内的最大允许转速；

n_rated——电动机额定转速；

I_rated——电动机额定电流；

P_rated——电动机额定输出功率；

V_DCmax——最大允许的直流母线电压：

820V，当装置的输入电源电压为380～480V 3AC时；

1220V，当装置的输入电源电压为500～690V 3AC时。

对于西门子SIMOTICS HT-direct 1FW4系列同步电动机，最大允许弱磁转速被限制到额定转速的1.2倍。这样，它就位于由上述公式确定的限值范围之内。对于其它厂商的同步电动机，通常允许使用高得多的弱磁转速，此时就可能选择更大功率等级的变频器，以提供弱磁所需的无功电流。

因为在电动机的额定转速n_rated以上时，变频器输出电压受输入电源电压的限制，变频器输出电压保持最大时，电动机的EMF仍随转速成正比增加。为了保持变频器输出电压与弱磁范围内较高的电动机EMF之间的平衡，除了产生转矩的有功电流之外，还必须通过变频器向定子绕组补充无功电流。这是为了削弱由转子感应而生成的磁场，弱磁范围内的转速越高，需要的弱磁无功电流就必须越大。在选择变频器时必须要考虑到这一无功电流。在较高弱磁范围内运行时，可能选择更大功率等级的变频器。

2.使用制动单元

在固件版本V2.5以后，可提高限制转速。此时，变频器必须配备一个合适的制动单元，以便在变频器发生跳闸时对直流母线电压加以限制。在采取这种措施后，可达到最高为2.5倍额定转速的弱磁转速。在更高的弱磁转速下，当变频器发生跳闸时会有冲击电流从电动机流向直流母线，这样会有损坏功率组件的危险。因此，即使在使用合适制动单元的前提下，超过2.5倍额定转速的弱磁转速也是应该避免的。

3.增加输出侧断路器

旋转的永磁同步电动机是一个有源电源，它产生的电压与速度成正比，因此，简单地切断变频器的进线电源，等待直流母线电容放电完毕再开始进行维护或维修工作也并不安全。因此必须采取其它措施，确保正在旋转的同步电动机不会在变频器输出端产生任何电压。机械地制动电动机可以做到这一点，在无法彻底停止电动机转动的场合，通过变频器输出端的开关，断开变频器与电动机的连接，也可以做到这一点。只有采取了措施，杜绝电动机转动的危险，可靠地断开变频器的进线电源，并且在变频器直流母线放电完毕等条件满足以后，才能安全地对电动机接线端子盒或电动机电缆进行维护。

4.内部电枢回路的保护(www.xing528.com)

S120具有内部电枢回路保护功能。设置参数p1231=4，并通过参数p1230=1或故障信号来触发此功能，可以实现对永磁同步电动机在弱磁范围内的保护。对于大功率永磁同步电动机使用此种方式来进行弱磁范围内的保护，还需要进行单独的测试。

说明

n_max——用于对变频器进行保护的弱磁范围内的最大允许转速；

n_rated——电动机额定转速；

I_rated——电动机额定电流；

P_rated——电动机额定输出功率；

V_DCmax——最大允许的直流母线电压：

820V，当装置的输入电源电压为380～480V 3AC时；

1220V，当装置的输入电源电压为500～690V 3AC时。

对于西门子SIMOTICS HT-direct 1FW4系列同步电动机，最大允许弱磁转速被限制到额定转速的1.2倍。这样，它就位于由上述公式确定的限值范围之内。对于其它厂商的同步电动机，通常允许使用高得多的弱磁转速，此时就可能选择更大功率等级的变频器，以提供弱磁所需的无功电流。

因为在电动机的额定转速n_rated以上时，变频器输出电压受输入电源电压的限制，变频器输出电压保持最大时，电动机的EMF仍随转速成正比增加。为了保持变频器输出电压与弱磁范围内较高的电动机EMF之间的平衡，除了产生转矩的有功电流之外，还必须通过变频器向定子绕组补充无功电流。这是为了削弱由转子感应而生成的磁场，弱磁范围内的转速越高，需要的弱磁无功电流就必须越大。在选择变频器时必须要考虑到这一无功电流。在较高弱磁范围内运行时，可能选择更大功率等级的变频器。

2.使用制动单元

在固件版本V2.5以后，可提高限制转速。此时，变频器必须配备一个合适的制动单元，以便在变频器发生跳闸时对直流母线电压加以限制。在采取这种措施后，可达到最高为2.5倍额定转速的弱磁转速。在更高的弱磁转速下，当变频器发生跳闸时会有冲击电流从电动机流向直流母线，这样会有损坏功率组件的危险。因此，即使在使用合适制动单元的前提下，超过2.5倍额定转速的弱磁转速也是应该避免的。

3.增加输出侧断路器

旋转的永磁同步电动机是一个有源电源，它产生的电压与速度成正比，因此，简单地切断变频器的进线电源，等待直流母线电容放电完毕再开始进行维护或维修工作也并不安全。因此必须采取其它措施，确保正在旋转的同步电动机不会在变频器输出端产生任何电压。机械地制动电动机可以做到这一点，在无法彻底停止电动机转动的场合，通过变频器输出端的开关，断开变频器与电动机的连接，也可以做到这一点。只有采取了措施，杜绝电动机转动的危险，可靠地断开变频器的进线电源，并且在变频器直流母线放电完毕等条件满足以后，才能安全地对电动机接线端子盒或电动机电缆进行维护。

4.内部电枢回路的保护

S120具有内部电枢回路保护功能。设置参数p1231=4，并通过参数p1230=1或故障信号来触发此功能，可以实现对永磁同步电动机在弱磁范围内的保护。对于大功率永磁同步电动机使用此种方式来进行弱磁范围内的保护，还需要进行单独的测试。