同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行分析

1、 電機(jī)是電能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)換的設(shè)備。 電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的為電動(dòng)機(jī)。 動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能的為發(fā)電機(jī)。 直流電機(jī) 電機(jī)交流電機(jī) 根據(jù)電磁感應(yīng)原理而工作的一種交流電 動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n于定子電流頻率f及電機(jī)的極對(duì)數(shù)p有嚴(yán)格的關(guān)系。 60f n= p r/min 同步電動(dòng)機(jī)的同步指三相交流電通過定子繞組，在電機(jī)里產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁繞組通入直流電后，轉(zhuǎn)子好象是磁鐵。當(dāng)轉(zhuǎn)子上的S極與定子所產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的N極對(duì)齊時(shí)（轉(zhuǎn)子的N極與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的S極對(duì)齊），靠異性磁極的互相吸引，轉(zhuǎn)子就跟著定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)一起轉(zhuǎn)動(dòng)了。同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，除了在負(fù)載增加或減小的一瞬間有少許變化外，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速N總與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速N0相同，

2、當(dāng)電機(jī)極對(duì)數(shù)P一定時(shí)，轉(zhuǎn)速N只與定子電流頻率F保持嚴(yán)格不變的關(guān)系。N0= N =60F/P 同步電動(dòng)機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)的比較 同步電動(dòng)機(jī) 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 不隨負(fù)載的 隨負(fù)載的 大小而改變 大小而改變效率 高 低功率因數(shù) 可調(diào)，可工作在 不可調(diào)，滯后 超前、平激、滯后穩(wěn) 定 性 穩(wěn)定性高，轉(zhuǎn)矩 穩(wěn)定性差，轉(zhuǎn)矩與 與端電壓成正比 端電壓平方成正比 同步電動(dòng)機(jī)的定子和異步電動(dòng)機(jī)的定子相同，轉(zhuǎn)子不相同。 一般來(lái)說(shuō)，同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子做成隱極式轉(zhuǎn)子；同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子做成凸極式轉(zhuǎn)子。 轉(zhuǎn)子上有勵(lì)磁繞組和啟動(dòng)繞組（籠型繞組） 凸極式 隱極式 凸極式轉(zhuǎn)子圓周上安裝有若干對(duì)凸出的磁極，磁極鐵心由1-3mm厚的薄鋼板沖

3、成沖片后疊壓鉚成。磁極鐵心固定于轉(zhuǎn)子磁軛上，轉(zhuǎn)子磁軛由鑄鋼或用薄鋼板沖制疊壓而成，套于轉(zhuǎn)子軸上，起導(dǎo)磁和固定磁極的作用。每個(gè)磁極鐵心上套有勵(lì)磁線圈，各極的勵(lì)磁線圈按一定的方式連接起來(lái)，構(gòu)成勵(lì)磁繞組。兩個(gè)出線端接在固定于轉(zhuǎn)軸上的兩個(gè)滑環(huán)上，通過電刷與勵(lì)磁電源相連。凸極式轉(zhuǎn)子的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙不均勻. 優(yōu)點(diǎn) 一、運(yùn)行穩(wěn)定，可靠，過載能力較強(qiáng)，速度基本不受負(fù)載變化而變化。 二、能夠在領(lǐng)先功率因數(shù)下運(yùn)行，改善電網(wǎng)總功率因數(shù)，向電網(wǎng)補(bǔ)償無(wú)功。 缺點(diǎn) 一、設(shè)備投資較大。 二、啟動(dòng)較復(fù)雜。 同步電動(dòng)機(jī)不能自行起動(dòng) 的原因？ 同步電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)中，因?yàn)檗D(zhuǎn)子慣量較大，不能自行起動(dòng). 當(dāng)定子三相繞組通以三

4、相交流電，轉(zhuǎn)子通直流電后，由于異性的吸引，定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)欲把轉(zhuǎn)子拖動(dòng)，但是由于轉(zhuǎn)子的慣性較大，而旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度很快，經(jīng)過1/100S后（半個(gè)周期），旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的N極與S極就轉(zhuǎn)了個(gè)半周，由于同性相斥轉(zhuǎn)子自然不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，且有反轉(zhuǎn)的斥力，又由于正轉(zhuǎn)的慣性，轉(zhuǎn)子不會(huì)反轉(zhuǎn)。即在工頻交流電的一個(gè)周期內(nèi)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子作用力為零，轉(zhuǎn)子不會(huì)起動(dòng)。 剛通電時(shí)定子磁極與轉(zhuǎn)子磁極位置 NSNSN 1/100秒后定子磁極與轉(zhuǎn)子磁極位置 SNNSN 一、同步起動(dòng)法 用一臺(tái)動(dòng)力機(jī)（可以是直流電動(dòng)機(jī).內(nèi)燃機(jī)等）把同步電動(dòng)機(jī)拖到同步轉(zhuǎn)速后，經(jīng)過整步與電網(wǎng)并聯(lián)來(lái)完成起動(dòng)過程。這種方法需要設(shè)備多，操作復(fù)雜，已基本不采用。 二

5、、變頻啟動(dòng)法 使用晶閘管元件組成的高電壓.大容量變頻裝置，通過調(diào)節(jié)整流器輸出的直流電壓大小，采用自控式逆變方式改變同步電動(dòng)機(jī)的輸出功率，使電動(dòng)機(jī)始終在同步狀態(tài)下從靜止起動(dòng)加速，平滑的加速到電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速后，再將電動(dòng)機(jī)并入電網(wǎng)運(yùn)行。該方法使電動(dòng)機(jī)能夠在高效率，高功率因數(shù)下起動(dòng).時(shí)間短.運(yùn)行可靠。電動(dòng)機(jī)在同步速度下并入電網(wǎng)，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)不存在沖擊，是一種比較理想的起動(dòng)裝置。但設(shè)備投資較大。 三、異步啟動(dòng)法 我們知道異步電動(dòng)機(jī)是可以自起動(dòng)的，雖然異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速達(dá)不到同步速度，但離同步速度很近了（亞同步速度）。 當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)用異步起動(dòng)，它的轉(zhuǎn)速達(dá)到亞同步速度時(shí)，立即給它的勵(lì)磁繞組里通入勵(lì)磁電流，

6、把它牽入同步，這就是同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)的方法。 同步電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上就采取了一些措施，把異步電動(dòng)機(jī)那樣的鼠籠繞組，裝到了自己的轉(zhuǎn)子上。鼠籠繞組的導(dǎo)條用電阻率很高的黃銅或鋁青銅。在導(dǎo)條的兩端用端環(huán)聯(lián)成一體，有了籠形繞組后，當(dāng)定子繞組接上電源，便能產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩，使同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)起來(lái)。起動(dòng)結(jié)束達(dá)到同步轉(zhuǎn)速后，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)沒有相對(duì)速度，籠形繞組中沒有電流，也就失去作用了。 啟動(dòng)原理圖啟動(dòng)柜星動(dòng)柜同步電動(dòng)機(jī)+勵(lì)磁柜勵(lì)磁柜-水阻柜 一、降壓?jiǎn)?dòng)過程 起動(dòng)柜合閘，電動(dòng)機(jī)的三相繞組接入電源后串入水阻柜進(jìn)行降壓?jiǎn)?dòng)。這時(shí)勵(lì)磁柜的滅磁環(huán)節(jié)自動(dòng)投入工作，由電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子感應(yīng)的交變能量通過滅磁電阻釋放,同時(shí)觸發(fā)電路脈沖

7、被封鎖，全控整流橋不工作，即不向電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組投勵(lì)，以保證電動(dòng)機(jī)在異步狀態(tài)下的正常起動(dòng)。經(jīng)過一段的起動(dòng)時(shí)間，電動(dòng)機(jī)達(dá)到同步轉(zhuǎn)速的90%左右，轉(zhuǎn)差率減少到設(shè)定數(shù)值，勵(lì)磁柜投全壓繼電器動(dòng)作，觸發(fā)星點(diǎn)柜合閘，短接水阻柜，這時(shí)降壓起動(dòng)過程結(jié)束。 注：1、星點(diǎn)柜的合閘信號(hào)，可以由勵(lì)磁柜檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率發(fā)出;也可由水阻柜運(yùn)行結(jié)束時(shí)發(fā)出；也可由啟動(dòng)柜檢測(cè)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流發(fā)出?；蛘哂梢陨先N信號(hào)并聯(lián)發(fā)出。 2、為了保證電機(jī)啟動(dòng)的成功率，以及保護(hù)設(shè)備安全。在以上三種信號(hào)都未發(fā)出星點(diǎn)柜合閘信號(hào)時(shí)，可設(shè)定時(shí)間讓勵(lì)磁柜強(qiáng)制發(fā)出星點(diǎn)柜合閘信號(hào)，以結(jié)束電機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)過程，使電機(jī)工作在全壓?jiǎn)?dòng)狀態(tài)。 3、電機(jī)起動(dòng)時(shí)間勵(lì)磁柜強(qiáng)

8、制合閘時(shí)間水電阻啟動(dòng)超時(shí)時(shí)間 二、全壓起動(dòng)狀態(tài) 星點(diǎn)柜合閘后，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入異步全壓起動(dòng)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速迅速上升，當(dāng)達(dá)到亞同步速（即94%97%同步速）時(shí)，勵(lì)磁柜向電機(jī)投勵(lì)，即勵(lì)磁柜向電機(jī)的勵(lì)磁繞組輸出直流電壓，將電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組重滅磁電阻換接到勵(lì)磁電源上。 三、整同步狀態(tài) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的勵(lì)磁繞組接到勵(lì)磁柜的直流電源后，在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生“+ ，-”兩個(gè)均勻的磁場(chǎng)，與電動(dòng)機(jī)定子接入三相交流電所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互吸引，在吸引力的作用下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子按照定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向和速度，轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。 注：同步電動(dòng)機(jī)牽入同步運(yùn)行的過程是個(gè)非常復(fù)雜的狀態(tài)，在牽入同步時(shí)，電機(jī)的定子電流大幅度波動(dòng)從0到額定值;功率因數(shù)也大幅度波動(dòng)從

9、欠勵(lì)到過勵(lì)。這些變化，足以證明電機(jī)在整同步的過程中，內(nèi)部電量、磁量之間的關(guān)系復(fù)雜多變。一般來(lái)說(shuō)在牽入同步前轉(zhuǎn)差率越小，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越小，負(fù)載越輕（一般都是空載啟動(dòng)），牽入同步就越容易實(shí)現(xiàn)。一、滅磁電阻的檢查 同步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，勵(lì)磁繞組不能開路，否則在啟動(dòng)過程中的大轉(zhuǎn)差率時(shí)，定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)會(huì)對(duì)它感應(yīng)一個(gè)較高的電動(dòng)勢(shì)，會(huì)損壞勵(lì)磁繞組的絕緣，勵(lì)磁繞組的額定電壓50V左右，額定電流500A左右。（額定容量4000KW左右的同步電動(dòng)機(jī)）但啟動(dòng)時(shí)勵(lì)磁繞組也不能短路，否則在啟動(dòng)過程中，勵(lì)磁繞組內(nèi)就要產(chǎn)生比較大的電流。這個(gè)電流將與氣隙磁場(chǎng)作用，要產(chǎn)生單軸轉(zhuǎn)矩，單軸轉(zhuǎn)矩太大，可能使同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速啟動(dòng)不到

10、同步速。為了解決這個(gè)問題，一般在勵(lì)磁繞組回路里串接一個(gè)附加電阻（滅磁電阻）在短接。 滅磁電阻既可以消耗啟動(dòng)過程中的大轉(zhuǎn)差率時(shí)，定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)所產(chǎn)生的較高電動(dòng)勢(shì)，保護(hù)勵(lì)磁繞組的絕緣，又可以降低勵(lì)磁繞組內(nèi)產(chǎn)生的電流，從而大大減小單軸轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)更容易達(dá)到同步轉(zhuǎn)速。 滅磁電阻的阻值一般取10倍的勵(lì)磁繞組的阻值。 由上可知，滅磁電阻檢查的重要性。在電機(jī)啟動(dòng)之前，模擬勵(lì)磁投勵(lì)，觸發(fā)滅磁按鈕，勵(lì)磁電壓為零，勵(lì)磁電流不變即可。二、開關(guān)柜的檢查三、水電阻的檢查四、電機(jī)油路的檢查五、電機(jī)水路的檢查六、電機(jī)負(fù)載的檢查七、系統(tǒng)電壓的檢查八、各種表計(jì)及信號(hào)的檢查九、安全事項(xiàng)的檢查一、過流、速斷、失壓、欠壓、過壓、差動(dòng)

11、、零序等。二、低油壓、快熔、失步、啟動(dòng)超時(shí)。失步：電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)速度不一致。 啟動(dòng)原理圖啟動(dòng)柜星點(diǎn)柜同步電動(dòng)機(jī)+勵(lì)磁柜勵(lì)磁柜-水阻柜變頻星點(diǎn)柜變頻器QS1QS2QS3QS41QS42QS43 一：變頻器啟動(dòng) 當(dāng)電動(dòng)機(jī)采取變頻運(yùn)行時(shí)，首先分?jǐn)郠F1、QS43，操作閉合QS42、QS41、QF3，然后啟動(dòng)QF1開關(guān)合閘，主抽風(fēng)機(jī)由變頻啟動(dòng)運(yùn)行。正常工作時(shí)，由變頻器拖動(dòng)主抽風(fēng)機(jī)運(yùn)行。變頻出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)可切換至原工頻運(yùn)行方式由擋板開度實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié)。當(dāng)變頻器出現(xiàn)重故障時(shí)，可操作分?jǐn)郠F1、斷開QS42和QS41隔離開關(guān)，操作閉合QS43工頻旁路開關(guān)。投入原系統(tǒng)的軟啟動(dòng)器，閉合QF1，啟

12、動(dòng)主抽風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行。 二、勵(lì)磁柜的啟動(dòng) 變頻運(yùn)行時(shí)，變頻器檢測(cè)到高壓電時(shí)就發(fā)信號(hào)到勵(lì)磁柜，勵(lì)磁柜接受到信號(hào)后，立即依照相關(guān)程序向電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組進(jìn)行投磁。當(dāng)操作人員啟動(dòng)變頻器工作時(shí)，變頻器向電動(dòng)機(jī)定子繞組輸出電能，電動(dòng)機(jī)開始旋轉(zhuǎn)，由于電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組已經(jīng)得到直流電，同時(shí)電動(dòng)機(jī)初始旋轉(zhuǎn)速度很低，這樣在電動(dòng)機(jī)開始旋轉(zhuǎn)時(shí)，就很容易進(jìn)入的同步狀態(tài)，從啟動(dòng)到電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速長(zhǎng)期運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)一直時(shí)同步狀態(tài)。同時(shí)變頻器依據(jù)050HZ 頻率的變化向勵(lì)磁柜輸出線性的420MA信號(hào)，勵(lì)磁柜根據(jù)變頻器輸出的420MA信號(hào)，相應(yīng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的大小。使電動(dòng)機(jī)一直工作在功率因數(shù)為1的狀態(tài)，不欠勵(lì)也不過勵(lì)。（理想狀態(tài)）

13、IIf欠勵(lì)過勵(lì)正常勵(lì)磁滯后超前 變頻運(yùn)行時(shí)，主抽風(fēng)機(jī)系統(tǒng)需切除原高壓星點(diǎn)柜的差動(dòng)保護(hù)裝置避免變頻運(yùn)行時(shí)誤動(dòng)，當(dāng)工頻運(yùn)行時(shí)，原高壓星點(diǎn)柜的差動(dòng)保護(hù)投入。 原因：變頻調(diào)速系統(tǒng)，由于附加了變頻器裝置，變頻器的輸入電流和輸出電流在頻率和相位上沒有必然的聯(lián)系。這是影響電動(dòng)機(jī)繼續(xù)使用相量差動(dòng)保護(hù)的最大障礙；電動(dòng)機(jī)，相量差動(dòng)保護(hù)的工作原理是基于比較電動(dòng)機(jī)兩端電流的大小與相位的。然而變頻器輸入、輸出側(cè)的電流在相位上不一致，在工頻運(yùn)行方式下的差動(dòng)保護(hù)中，即使電動(dòng)機(jī)在正常工作情況下也會(huì)有相當(dāng)數(shù)量的差流出現(xiàn)。但是，對(duì)于電動(dòng)機(jī)的輸入和輸出電流，它們的頻率和相位是一致的。 差動(dòng)保護(hù)退出:保護(hù)壓板的退出 軟壓板的退出差動(dòng)保護(hù)就不會(huì)工作，即內(nèi)部不再進(jìn)行差流計(jì)算，即使差流超