關(guān)孟友++沈常春++李月

【摘 要】本文通過對(duì)同步電動(dòng)機(jī)工作原理的分析，可知同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電壓電流可靈活調(diào)節(jié)，在不同的勵(lì)磁下，功率因數(shù)可在滯后與超前之間變化，所以同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)可靈活調(diào)節(jié)。通過對(duì)影響功率因數(shù)因素的分析，了解到廠礦企業(yè)中的電氣設(shè)備大多都是感性負(fù)載，都要從電網(wǎng)中吸收無(wú)功功率，降低電網(wǎng)的功率因數(shù)。最后通過對(duì)主抽風(fēng)機(jī)三種工作狀態(tài)的分析，了解到燒結(jié)廠主抽風(fēng)機(jī)處于過勵(lì)狀態(tài)時(shí)，從電網(wǎng)中吸收無(wú)功電流，從而改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。

【關(guān)鍵詞】燒結(jié)廠 主抽風(fēng)機(jī) 過勵(lì) 功率因數(shù)

1 引言

燒結(jié)廠的主抽風(fēng)機(jī)是燒結(jié)生產(chǎn)的主要生產(chǎn)設(shè)備，它作為燒結(jié)廠的心臟，不但在生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，而且還能夠改善電網(wǎng)功率因數(shù)。燒結(jié)機(jī)主抽風(fēng)機(jī)功率較大，如使用異步電動(dòng)機(jī)，造成電網(wǎng)功率因數(shù)低，這是電力系統(tǒng)運(yùn)行不允許的，為了提高電網(wǎng)功率因數(shù)，所以需要使用同步電動(dòng)機(jī)工作。在電力系統(tǒng)的運(yùn)行中，功率因數(shù)是一項(xiàng)重要的指標(biāo)，其提高意味著無(wú)功功率的減少，電能得到充分利用，也意味著線路損耗減少，從而延長(zhǎng)線路及設(shè)備的壽命。在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用電氣設(shè)備都屬于感性負(fù)載，都會(huì)產(chǎn)生無(wú)功功率。而在有同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的場(chǎng)所，可通過調(diào)節(jié)其勵(lì)磁裝置的勵(lì)磁電流，使其處于過勵(lì)狀態(tài)，從電網(wǎng)中吸收無(wú)功功率，從而改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。

2 同步電動(dòng)機(jī)

交流電動(dòng)機(jī)分為同步電動(dòng)機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)兩大類。同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與磁極對(duì)數(shù)p、電源頻率f1之間滿足公式n=n1=60f1/p。轉(zhuǎn)速n決定于電源頻率f1，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)工頻為50Hz，按照公式轉(zhuǎn)速為一恒定值，不隨負(fù)載變化而變化，所以稱之為同步轉(zhuǎn)速。而異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n與磁極對(duì)數(shù)p、電源頻率f1之間滿足公式n=n1=60f1/p（1-s），s為轉(zhuǎn)差率。正由于同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為一恒定值，不隨負(fù)載變化而變化，電流在相位上是超前于電壓的，是一個(gè)容性負(fù)載，所以同步電動(dòng)機(jī)能夠改善供電系統(tǒng)的功率因素。同步電機(jī)僅在同步轉(zhuǎn)速時(shí)才能產(chǎn)生恒定的同步電磁轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)時(shí)若把定子直接投入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子加上直流勵(lì)磁，則定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)靜止不動(dòng)。定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)之間具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以作用在轉(zhuǎn)子上的電磁轉(zhuǎn)矩正、負(fù)交替變化，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩為零所以電機(jī)不能自行起動(dòng)。要把同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)起來(lái)，必須采用其它方法。大多數(shù)同步電動(dòng)機(jī)都采用異步起動(dòng)法，即依靠定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子起動(dòng)繞組中感應(yīng)電流所產(chǎn)生的異步電磁轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)起動(dòng)起來(lái)。直至轉(zhuǎn)速上升到接近于同步轉(zhuǎn)速時(shí)，將勵(lì)磁電流接入勵(lì)磁繞組中，在電機(jī)轉(zhuǎn)子中建立主磁場(chǎng)。依靠定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用所產(chǎn)生的同步電磁轉(zhuǎn)矩，加上凸極效應(yīng)所引起的磁阻轉(zhuǎn)矩，便可將轉(zhuǎn)子拉入同步。同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上有直流勵(lì)磁繞組，因此需要外加勵(lì)磁電源，經(jīng)過滑環(huán)引入電流，同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電壓電流便可靈活調(diào)節(jié)，在不同的勵(lì)磁下，功率因數(shù)可在滯后與超前之間變化，這是同步電動(dòng)機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)。因此，燒結(jié)廠的主抽風(fēng)機(jī)就是利用同步電動(dòng)機(jī)這一優(yōu)點(diǎn)來(lái)改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。

3 影響功率因數(shù)因素的分析

對(duì)廣大廠礦企業(yè)來(lái)說，功率因數(shù)的高低是關(guān)系到電能質(zhì)量和電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)重要問題。工礦企業(yè)中的電氣設(shè)備大多都是感性負(fù)載，都需要從電網(wǎng)中吸收無(wú)功功率，降低電網(wǎng)的功率因數(shù)。下面就異步電動(dòng)機(jī)對(duì)功率因數(shù)的影響做簡(jiǎn)要的分析。

工礦企業(yè)絕大部分動(dòng)力負(fù)荷都是異步電動(dòng)機(jī)，其定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙是決定其需要較多無(wú)功的主要因素，而其所耗用的無(wú)功功率是由其空載時(shí)的無(wú)功功率和一定負(fù)載下無(wú)功功率增加值兩部分組成。因此要改善異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行，并盡可能提高負(fù)載率。在選擇異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，既要注意其機(jī)械性能，又要考慮其電器指標(biāo)，合理選擇其型號(hào)、規(guī)格和容量，使其處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，若電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處于低負(fù)載下運(yùn)行，既增大功率損耗，又使功率因數(shù)和效率都顯著下降。故從節(jié)約電能和提高功率因數(shù)的觀點(diǎn)出發(fā)，必須正確合理的選擇電動(dòng)機(jī)的容量。

4 主抽風(fēng)機(jī)改善電網(wǎng)功率因數(shù)的分析

下面對(duì)主抽風(fēng)機(jī)三種工作狀態(tài)作一簡(jiǎn)要分析。主抽風(fēng)機(jī)是同步電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電樞電流超前勵(lì)磁反電動(dòng)勢(shì)時(shí)，電樞反應(yīng)是去磁的，在電網(wǎng)電壓不變的情況下，為保持氣隙合成磁通不變就需要增大勵(lì)磁電流，當(dāng)定子電流與端電壓同相時(shí)，功率因數(shù)夾角Ф=0，功率因數(shù)cosФ=1，電機(jī)從電網(wǎng)中吸收有功功率，定子電流因不含無(wú)功分量數(shù)值最小，這時(shí)的勵(lì)磁狀態(tài)稱為“正常勵(lì)磁”。當(dāng)減小勵(lì)磁電流時(shí)，勵(lì)磁反電動(dòng)勢(shì)便減小，定子電流就比正常勵(lì)磁時(shí)小，而且滯后于電壓，電機(jī)從電網(wǎng)中吸收滯后的無(wú)功功率，此時(shí)電動(dòng)機(jī)稱為運(yùn)行在“欠勵(lì)狀態(tài)”，如果繼續(xù)減小勵(lì)磁電流的話，勵(lì)磁反電動(dòng)勢(shì)將更小，定子電流將更大，倘若繼續(xù)減小勵(lì)磁電流將無(wú)法供給所需的有功功率，電動(dòng)機(jī)將失去同步而出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。當(dāng)增加勵(lì)磁電流，勵(lì)磁反電動(dòng)勢(shì)增大，定子電流比正常勵(lì)磁時(shí)大，而且超前于電壓，電機(jī)從電網(wǎng)中吸收超前的無(wú)功功率，向電網(wǎng)輸出滯后的無(wú)功功率以供電網(wǎng)其他感性負(fù)載的需要，從而改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，這是同步電動(dòng)機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)稱為運(yùn)行在“過勵(lì)狀態(tài)”。因此，燒結(jié)廠的主抽風(fēng)機(jī)運(yùn)行在過勵(lì)狀態(tài)時(shí)，從電網(wǎng)中吸收無(wú)功功率，從而改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，我國(guó)鋼鐵生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，能源消耗越來(lái)越多，這使得環(huán)保問題也越來(lái)越突出。節(jié)能和環(huán)保成了鋼鐵企業(yè)的重要指標(biāo)，作為能源消耗大戶的燒結(jié)廠節(jié)能成為了重要考慮的問題。主抽風(fēng)機(jī)作為燒結(jié)廠主要的生產(chǎn)設(shè)備，理所當(dāng)然的成為了首要考慮的問題。大型高壓同步電動(dòng)機(jī)具有一系列優(yōu)點(diǎn)，尤其是能向電網(wǎng)輸送無(wú)功功率，改善功率因數(shù)從而提高電網(wǎng)質(zhì)量。因此燒結(jié)廠的主抽風(fēng)機(jī)大多選用同步電動(dòng)機(jī)。

參考文獻(xiàn)：

[1]顧繩谷.電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)（上、下冊(cè)）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1980.

[2]鄭朝科，唐順華.電機(jī)學(xué)[M].上海：同濟(jì)大學(xué)大學(xué)出版社，1988.

[3]許實(shí)章.電機(jī)學(xué)（修訂本）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.

[4]陳隆昌，陳筱艷.控制電機(jī)（第2版）[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1994.

[5]劉介才.工廠供電（第2版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[6]范國(guó)偉.同步電機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2014.