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        關于同步電動機的電力拖動問題分析

        2014-04-29 06:53:50羊文玉
        2014年31期
        關鍵詞:電力拖動變頻調(diào)速

        羊文玉

        摘 要:同步電動機只有在轉速等于同步速度時才能產(chǎn)生恒定不變的同步電磁轉矩,而只有在穩(wěn)定運行狀態(tài)下,才能實現(xiàn)轉速與同步轉速相同,因此其啟動方法尤為重要。文章分析了同步電動機的起動問題和同步電動機的變頻調(diào)速問題,以提高其機械性能,確保其穩(wěn)定性。

        關鍵詞:同步電動機;電力拖動;變頻調(diào)速;功率因數(shù)補償

        在同步電動機使用過程中,其穩(wěn)定性的控制是關鍵。而電力拖動是影響其穩(wěn)定性的主要因素,如何實現(xiàn)同步電動機的轉速與同步轉速相同是本文討論的重點。

        一、同步電動機的起動

        正常運行狀態(tài)下的同步電動機,其轉子轉速保持不變,確保定子與轉子磁場因電磁作用所產(chǎn)生的旋轉磁場處于相對靜止狀態(tài),從而使其產(chǎn)生穩(wěn)定的電磁轉矩。因此同步電動機可以帶動負載在同步速度下穩(wěn)定運行。但由于能夠處于穩(wěn)定狀態(tài),直接起動將影響其機械性能。由于其使用電源為50Hz交流電源,加大了其起動難度。同時,三相定子繞組連接三相對稱電源后,如定子磁場N極與轉子磁極的S極接觸,雖受到異性磁極的吸引,但由于轉子自身的慣性較大,并不能使靜止的轉子發(fā)生轉動。如此狀態(tài)循環(huán)下,轉子無法運轉而只能在原處擺動。這使得因此同步電動機的起動問題成為難題,要確保其起動過程中穩(wěn)定性不受到影響,可采取以下措施:

        (一)輔助電動機起動

        為了實現(xiàn)對同步電動機的牽引,可選一臺異步電動機,并要求其極數(shù)與同步電動機一致。若同步電動機在起動時轉子未加入勵磁,需要將轉子借助輔助電動機牽引以接近或達到同步轉速,完成之后將直流勵磁電流通入到同步電動機的轉子勵磁繞組中,將同步電動機利用整步轉矩將接入電網(wǎng)。實際上,在完成定子的同步運行后,輔助電動機已失效。要降低不必要的電能損耗,應停止輔助電動機的運轉。輔助電動機起動法主要應用于同步調(diào)相機起動和空載起動,但其需要較多的設備,且操作相對較為復雜。

        (二)異步起動

        異步起動主要靠安裝在同步電動機上的異步電動機繞組實現(xiàn)。其操作原理為:將定子通電,靠起動繞組中所產(chǎn)生的異步電磁轉矩實現(xiàn)電動機起動。在其轉速接近同步轉速時,通入勵磁電流,通過同步電磁轉矩實現(xiàn)電動機的同步運轉。異步起動主要靠安裝在電動機上的繞組實現(xiàn),所需設備較少,操作方便。需要注意的是,要避免異步起動時勵磁繞組的開路狀態(tài)。這是由于開路狀態(tài)下,過多的勵磁繞組匝數(shù)將造成定子的感應電壓升高,從而導致其絕緣性能下降甚至消失,容易造成安全事故,這是異步起動最大的缺點。同時,這種起動方式過程不能使磁繞組直接短路。否則將造成勵磁繞組的單相電流過大,并且在旋轉氣隙磁場的共同作用下, 附加轉矩增大。根據(jù)異步起動的轉矩特點,在其起動時,可選擇實阻值約為勵磁繞組10倍的起動電阻,并將其與轉子勵磁繞組連接。這樣可以減小勵磁繞組的感應電流,降低單軸轉矩對電動機起動的影響。

        二、同步電動機的變頻調(diào)速

        同步電動機的轉速與供電電源頻率之間始終保持同步并處于穩(wěn)定運行狀態(tài),也就是說,電動機的轉速只與電源頻率有關,與負載之間無必要聯(lián)系。也就是說,要實現(xiàn)其轉速的改變,變頻調(diào)速是唯一的方法。目前,變頻調(diào)速系統(tǒng)主要為自控式調(diào)控系統(tǒng)和他控式調(diào)試系統(tǒng)。

        (一)自控式同步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)

        自控式同步電動機的變頻調(diào)速的優(yōu)勢在于消除了其轉子振蕩和失步而出現(xiàn)的安全問題,自控式同步電動機的變頻調(diào)速系統(tǒng)由安裝在電動機軸端的檢測器為主, 該檢測器的主要作用就是通過信號的發(fā)出電力電子器件的頻率和導通順序,實現(xiàn)定子轉速與轉子轉速保持同步,消除了負載對設備運轉的沖擊。目前,該變頻裝置可采用交-交型或交-直-交型。自控式同步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)不再使用旋轉接觸式換向器,而是采用了電力電子逆變器與轉子位置檢測器。自控式變頻同步電動機的變頻裝置具有差異,這要影響無換向器電動機的電流使用交流還是直流。

        (二)他控式同步電動機變頻調(diào)速

        交-直-交變頻器是他控式同步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)的主要應用裝置,其變頻系統(tǒng)的結構與自控式變頻系統(tǒng)相比較為簡單,通常只有一臺中變頻器供電,因此操作較為簡單,但相對來說,變頻效率不高。但能夠作為變頻起動裝置,確保同步電動機的軟起動,或?qū)⑵鋺糜诙嗯_同步電動機的同時調(diào)速。但他控式同步電動機變頻調(diào)速性能較差,結構簡單,存在轉子振蕩和失步等安全問題,因此應用并不多。

        三、總結

        同步電動機只有在轉速等于同步速度時才能產(chǎn)生恒定不變的同步電磁轉矩。該電動機的結構較為簡單,主要問題在于其起動。如何保持轉子與定子速度的一致是保證其穩(wěn)定運行的關鍵。目前,同步電動機所用電源多為50Hz的交流電源,這使得其從靜止狀態(tài)到運轉狀態(tài)的轉變較為困難。隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展,運行在系統(tǒng)上的主要負載為異步電動機和變壓器。這使電網(wǎng)必須要擔負電感性的無功功率,從而造成線路損耗,因此同步電動機的起動是其運行中最重要的問題。(作者單位:海南師范大學)

        參考文獻:

        [1] 李敏.淺議同步電動機的電力拖動原理[J].科技風,2010(4).

        [2] 盧玉靜.談同步電動機的電力拖動[J].黑龍江科技信息,2012(16).

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