1、同步電動機用無刷勵磁機電磁設計研究同步電動機用無刷勵磁機電磁設計研究一、前言近年來，隨著我國對企業中爆炸性氣體的重視，同步電動機用無刷勵磁機電磁設計問題引起了人們的重視。我國在此方面也在不斷完善，但仍然存在一些問題和缺乏需要改良。因此，在科技不斷開展的趨勢下，我們要加大對同步電動機用無刷勵磁機電磁設計的研究。二、必要性目前，在石油、化工及煤礦等工礦企業均存在爆炸性氣體混合物，這些氣體、蒸氣、薄霧狀的易燃物質易形成爆炸性的氣體環境。為防止因電氣設備原因所造成的爆炸性平安事故，對爆炸性氣體環境中使用的電氣設備往往提出具有防止引燃爆炸的特殊性能要求，增安型電氣設備是最重要和最常見的一種防爆形式。對電

2、動機而言，無刷勵磁電動機的出現，由于取消了滑環系統，電動機正常工作時，不會產生電虎火花，防止了產生爆炸平安事故，所以獲得了越來越廣泛的應用。三、同步電動機無刷勵磁系統1、組成無刷勵磁系統主要由勵磁機、旋轉二極管整流器、可控硅整流器(電壓調節器)、PL4局部組成，如圖1所示。勵磁機是由一個帶有定子磁場繞組和轉子交流繞組的三相交流發電機組成。來自控制回路的勵磁電流(直流)，經過勵磁機輸出一個線性于勵磁電流的交流電，再將交流電進展三相整流后，送至同步電動機轉子電路。旋轉二極管整流器安裝在勵磁機的轉軸上本文由論文聯盟.Ll.搜集整理，包含:6支二極管三相全波六脈沖整流器、為整流器提供保護的R回路、用于

3、磁場過電壓保護和電動機異步起動期間起旁路作用的可控硅觸發元件。可控硅整流器即電壓調節器，包括一個相角控制晶閘管SR1和一個二極管橋，根據PL輸出的控制信號(420A)控制晶閘管的導通角，通過二極管橋，輸出所需要的直流勵磁電流或電壓，到達控制同步電動機功率因數、無功功率的目的。電壓調節器原理如圖2所示，晶閘管相位角觸發波形如圖3所示。2、工作原理電機起先按異步電動機方式起動(例如采用在電機主回路串入電抗器降壓起動的方式起動)，在電機起動電流降到一定范圍內，經過一定時間的延時后，將電抗器旁路，轉為正常回路，再經過延時后投入勵磁電流，起動曲線見圖4。無刷勵磁系統工作原理如圖5所示。電機在異步起動時，

4、還沒有進展投勵操作，此時在電機轉子繞組上感應出較高的電動勢，該電動勢加在旋轉整流器上的同步脈沖單元兩端，作為可控硅的門極，從而控制可控硅導通。感應出的為交變電動勢，即為正負兩個方向的電動勢，正向的通過二極管橋導通，負向的通過可控硅導通。調節交流勵磁發電機定子繞組的勵磁電流，可使勵磁發電機的轉子所發出的三相交流電壓得到調整，從而改變同步電動機轉子勵磁繞組的勵磁電流。同步電動機起動、停車時的火磁環節和同步電動機的投勵環節都安裝在轉子上，均在旋轉狀態下工作。這種由勵磁發電機從轉子發電，整流器在旋轉狀態下進展整流供應同步電動機轉子勵磁的方式，不再需要有靜止局部和轉動局部之間的互相接觸導電，完全省去了電

5、刷和滑環的接觸，實現了無刷勵磁。四、直流勵磁機勵磁系統與無刷勵磁系統的應用比擬1、直流勵磁機系統直流勵磁機勵磁系統采用與發電機同軸的直流發電機供應勵磁系統的電源，系統簡單，不受外界電源影響。該系統由于存在滑環及碳刷，假如維護與檢修不當，勵磁機整流子將會發生強烈火花，有時很難消除，影響機組的平安運行，我們公司在運行中就遇到過這樣的問題。我們公司現有同步電動機勵42臺，其中13#尿素系統34臺同步電動機磁系統選用直流勵磁機勵磁系統，采用并勵方式。同時配置長沙偉定達KL32/1-IID自動調整勵磁裝置。同步電動機勵磁機整流子運行初期比擬正常。幾年后，電刷一度打火嚴重，并在刷框中上下跳動，刷編斷裂，電

6、刷一組三只，有時只能一只正常工作，由于電刷不能全部工作，導致電流不均勻，整流子打火越發嚴重，不長時間，電刷整流子外表灼傷嚴重，不得不停機處理。其中，1#系統3#壓縮機在一次跳閘停車后，檢查換下的整流子，發現存在整流片間云母絕緣凸出、外表凹凸不平、電刷存在振動，壓簧壓力不均勻等問題。將整流子進展整修和處理后重新使用，仍然存在電刷跳動打火現象。分析認為，雖然對整流子進展了處理，僅僅完成了電氣試驗，沒有做電樞的動平衡校驗，疑心電樞動平衡不合格引起振動導致電刷跳動。再次將3#壓縮機勵磁機電樞換下送到專業廠家進展修理，修理工程包括車磨、拉槽、倒角、動平衡、測片問電阻。動平衡測試顯示電樞嚴重不平衡，經過調

7、整后，到達要求。重新使用，勵磁機恢復正常，電刷不再跳動，保證了3#壓縮機的正常運行。所以，直流勵磁機勵磁系統易引起整流子發生火花，影響機組的平安運行，是其固有缺乏之處。因此我們公司在4#尿素系統的同步機選用了無刷勵磁系統。2、無刷勵磁系統無刷勵磁系統即交流勵磁機一旋轉整流器勵磁系統電源獨立，不受電力系統擾動的影響，電壓響應速度快、動態性能好。整流器與交流勵磁機電樞及發電機軸固定。該系統的主要特點為：(1)交流勵磁機JL為旋轉電樞式，其三相輸出端引線嵌在軸上，與旋轉盤上的整流器固定連接。整流器輸出引線也嵌在軸上，與同步發電機的勵磁繞組直接連接。(2)旋轉整流器分為兩組，分別裝設在兩個同軸旋轉的與

8、軸絕緣的散熱圓盤上。整流橋每臂二極管并聯的個數根據額定勵磁電流的大小來確定。為了取消阻容抑制設備，采用了高反向峰值的二極管。(3)交流勵磁機的勵磁繞組由永磁副勵磁機JFL經自動調整勵磁的可控硅整流橋供電。由于旋轉勵磁系統不可能在發電機勵磁回路中接入滅磁開關，故由交流勵磁機勵磁回路的三相可控整流橋實現勵磁機的逆變滅磁。交流勵磁機滅磁的同時，發電機勵磁繞組進展續流滅磁。(4)整流橋每只整流元件均串有快速熔斷器作為過流保護。設有手動調整勵磁裝置，作為自動調整勵磁裝置的備用及零起升壓用。我們公司4#尿素系統8臺同步機的勵磁系統選用了的交流無刷勵磁機，自動調整勵磁裝置選用數字式雙通道型北京前鋒KLF10

9、0系列勵磁調節器，該系統運行可靠穩定。勵磁系統的旋轉整流二極管和快速熔斷器采用進口產品，能承受機組因超速時旋轉離心的機械力作用而不會造成機、電性能的改變及損壞。因其采用雙路設計，實際運行中，假如一個旋轉整流二極管出現故障，同樣能滿足機組持續運行。運行實況比照：(1)運行近兩年，13#尿素系統直流勵磁系統因勵磁打火原因停機5次，系統減負荷運行12次。維護費用包括啟停機費用在5萬元以上，系統運行效率明顯降低，單機廠用電耗率升高。(2)運行近兩年，4#尿素系統同步機沒有因勵磁機問題而停機，同步電動機運行效率明顯進步，單機廠用電耗率低，經濟效益非常顯著。3、結果分析由于直流勵磁機系統存在滑環及電刷，維護工作量大、費用高，增加了停機次數，而無刷勵磁系統取消了滑環及電刷，維護工作量校隨著電力電子技術的開展，元器件性能的進步，無刷勵磁系統平安可靠，進步了機組運行平安性，防止頻繁停機檢修，同時大大進步了機組運行效率，給企業帶來的直接和間接的經濟效益也非常可觀。因此，無刷勵磁系統在同步電動機中具有推廣價值。五、開展趨勢同步電動機具有過載才能強功率因數高轉速不變及轉矩受電源電