空分裝置中同步與異步電動(dòng)機(jī)的比較

（中國空分設(shè)備有限公司，浙江杭州 310051）

近年來隨著空分技術(shù)的飛速發(fā)展，空分容量也由原來的幾千等級躍升至萬甚至十萬等級。空分裝置主要大容量電機(jī)有空壓機(jī)、增壓機(jī)或氧壓機(jī)的電機(jī)等。隨著空分裝置的日趨大型化，空壓機(jī)、增壓機(jī)或氧壓機(jī)的電機(jī)容量也節(jié)節(jié)攀升，由原來的幾千千瓦發(fā)展到現(xiàn)在的幾萬千瓦大容量電機(jī)。電機(jī)大型化無疑給電動(dòng)機(jī)的選擇帶來了難題，作為電動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展，不僅僅是電動(dòng)機(jī)的問題，還涉及電力系統(tǒng)與供電條件，涉及機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)條件與環(huán)境。因此，作為電氣技術(shù)的設(shè)計(jì)者，我們總是在大容量上萬千瓦電機(jī)的選擇上耗費(fèi)大量人力物力，尋求最合理的方案。經(jīng)過縝密細(xì)致的計(jì)算及論證來合理的選擇電機(jī)，為空分的順利出氧提供保障。下面就同容量同步與異步電機(jī)幾方面進(jìn)行簡述:

1 電動(dòng)機(jī)的效率、功率因素：

⑴ 電動(dòng)機(jī)效率數(shù)據(jù)比較，如表1。

電動(dòng)機(jī)效率直接影響到空分裝置整體效率。

⑵ 功率因素可調(diào)：同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)可以通過改變勵(lì)磁電流的大小來調(diào)節(jié)。如果增大勵(lì)磁電流使電動(dòng)機(jī)處于過勵(lì)狀態(tài)，則勵(lì)磁磁勢 Ff 增大，而合成磁勢F 的大小是不變的。如果減小勵(lì)磁電流使電動(dòng)機(jī)處于欠勵(lì)狀態(tài)，則勵(lì)磁磁勢Ff 也減小，電網(wǎng)必須輸出給電動(dòng)機(jī)一滯后電流來產(chǎn)生增磁電樞反應(yīng)，以保持合成磁勢F 不變。這種情況和異步電機(jī)的情況類似，所以同步電動(dòng)機(jī)一般不采用欠勵(lì)運(yùn)行。如果保持機(jī)械負(fù)載不變（相當(dāng)于有功功率不變），調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流If，對應(yīng)的電樞電流Ia 隨之而變，和發(fā)電機(jī)一樣可畫出同步電動(dòng)機(jī)的V 形曲線。

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圖一：同步電動(dòng)機(jī)V 形曲線

異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)大小不可以調(diào)節(jié)。

⑶ 供電局要求空分裝置的功率因數(shù)限制在一定的數(shù)值以內(nèi)（0.9 以上），以使電網(wǎng)能得到合理、經(jīng)濟(jì)地利用。同步電機(jī)可對電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償。按照磁勢平衡原理，電網(wǎng)將輸出給電動(dòng)機(jī)一超前電流Ia，該電流在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部將產(chǎn)生去磁性的電樞反應(yīng)，使得磁勢得到平衡。電網(wǎng)輸出給電動(dòng)機(jī)超前電流相當(dāng)于電網(wǎng)從電動(dòng)機(jī)處吸取了滯后電流，正好滿足了附近電感性負(fù)載的需要，使得電網(wǎng)的功率因數(shù)得到補(bǔ)償。異步電機(jī)需要從電網(wǎng)吸收大量滯后性電流，使得電網(wǎng)及其輸電線路可供給的有功功率減小、損耗增加、壓降增大。適當(dāng)提高空分裝置的功率因數(shù)，不但可以充分地發(fā)揮空分裝置的生產(chǎn)能力、減少線路損失、改善電網(wǎng)質(zhì)量，而且可以提高空分裝置的工作效率和為空分裝置本身節(jié)約電能，其經(jīng)濟(jì)效益會是非常顯著的。

⑷ 穩(wěn)定性比較：同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速只與電網(wǎng)的頻率有關(guān)，即同步電機(jī)接于頻率一定的電網(wǎng)上運(yùn)行，其轉(zhuǎn)速恒定，不會隨負(fù)載變動(dòng)而變動(dòng)。而異步機(jī)的轉(zhuǎn)速只與負(fù)荷大小有關(guān)（當(dāng)然有一定的范圍）。空分裝置中離心式壓縮機(jī)的特性是在一定的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定引起電機(jī)和壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速變化，排氣量及壓力等變化，會出現(xiàn)喘振或機(jī)械傳動(dòng)受到?jīng)_擊等現(xiàn)象，對離心式壓縮機(jī)有著很嚴(yán)重的危害。此時(shí)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定起了至關(guān)重要的作用。

2 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)裝置

決定電機(jī)起動(dòng)電流的主要有幾個(gè)因素，其中一是氣隙，二是轉(zhuǎn)子電阻。同步電機(jī)與異步電機(jī)比較，氣隙較大，尤其是低轉(zhuǎn)速同步機(jī)，因?yàn)檫@樣可以大大降低制造成本。對于交流電機(jī)而言，氣隙較大的結(jié)果是導(dǎo)致起動(dòng)電流及空載電流均較大，運(yùn)行功率因數(shù)較低，故一般異步電機(jī)為了提高效率，改善性能，均有較小的氣隙。但由于同步電機(jī)可以通過提高轉(zhuǎn)子啟動(dòng)繞組電阻（一般使用高電阻率黃銅合金而不是鑄鋁）大大降低起動(dòng)電流，而且同步電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)啟動(dòng)繞組不工作，無增加損耗的顧慮。此外，還可借助勵(lì)磁，改善功率因數(shù)。所以，盡管同步電機(jī)氣隙較大，對于同容量轉(zhuǎn)速的電機(jī)而言，起動(dòng)電流反而較小。當(dāng)電網(wǎng)條件不能滿足電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)壓降要求時(shí)，就要考慮降壓起動(dòng)，需要降壓起動(dòng)裝置。起動(dòng)電流同步比異步電動(dòng)機(jī)要小，對電網(wǎng)的要求比異步電動(dòng)機(jī)低；因此需要降壓起動(dòng)裝置更小。同樣的壓縮機(jī)電機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大的時(shí)候，有的異步電動(dòng)機(jī)就無法起動(dòng)，但同步電動(dòng)機(jī)可以。

3 其它方面

⑴ 同步電動(dòng)機(jī)相對異步電動(dòng)機(jī)噪音要小。

⑵ 異步電動(dòng)機(jī)使用、維護(hù)方便，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，堅(jiān)固耐用。

⑶ 價(jià)格上異步電動(dòng)機(jī)相對同步電動(dòng)機(jī)要便宜。

結(jié)語

同步電動(dòng)機(jī)亦有一些缺點(diǎn)，如起動(dòng)性能較差，從同步電動(dòng)機(jī)的原理來看，它不能自行起動(dòng)；在同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上裝設(shè)起動(dòng)繞組，借助異步電動(dòng)機(jī)的原理來完成其起動(dòng)過程。結(jié)構(gòu)上較異步電動(dòng)機(jī)復(fù)雜，還要有直流電源來作為勵(lì)磁電流，價(jià)格比較貴，維護(hù)又較為復(fù)雜，所以一般在空分裝置中小容量設(shè)備還是采用異步電動(dòng)機(jī)。

在中大容量的設(shè)備中，尤其是在低速、恒速拖動(dòng)設(shè)備中，應(yīng)優(yōu)先考慮選用同步電動(dòng)機(jī)，如拖動(dòng)恒速軋鋼機(jī)、電動(dòng)發(fā)電機(jī)組、壓縮機(jī)、離心泵、球磨機(jī)、粉碎機(jī)、通風(fēng)機(jī)等；空分裝置中主要是壓縮機(jī)設(shè)備。另外，同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)，空分裝置是需要改變功率因數(shù)和不需要調(diào)速的場合，因此常優(yōu)先采用同步電動(dòng)機(jī)。

[1]陳揚(yáng)帆,鄧小東.25600m～3/h 空分設(shè)備空壓機(jī)同步電機(jī)試車總結(jié)[J].深冷技術(shù),,2011(02).