分析我國(guó)同步電動(dòng)機(jī)的發(fā)展優(yōu)勢(shì)

涂小蘭 鄭學(xué)輝

（宜春鉭鈮礦，江西 宜春 336000）

0 引言

隨著異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速下降，其功率因數(shù)將明顯下降，而隨著同步電動(dòng)機(jī)容量的增大其勵(lì)磁裝置的造價(jià)占總價(jià)格的百分比也明顯下降，因此在容量大、轉(zhuǎn)速低的工作機(jī)械中采用同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的優(yōu)越性是顯而易見(jiàn)的，但對(duì)于目前應(yīng)用同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的范圍能否進(jìn)一步擴(kuò)展則是人們需要認(rèn)真研究的問(wèn)題。

1 同步電動(dòng)機(jī)節(jié)能與經(jīng)濟(jì)效益分析

同步電動(dòng)機(jī)自身可運(yùn)行于越前功率因數(shù)，用以改善數(shù)倍于同步電動(dòng)機(jī)功率的其他負(fù)載的綜合功率因數(shù)，因此其節(jié)能及經(jīng)濟(jì)收益的計(jì)算應(yīng)著眼于負(fù)荷的總體。

圖1 同步電動(dòng)機(jī)功率

如圖1所示，設(shè)異步電動(dòng)機(jī)的功率為P(千瓦)、功率因數(shù)P1(千瓦)、功率因數(shù)為 ，替代異步電動(dòng)機(jī)的同步電動(dòng)機(jī)功率為PT(千瓦)、功率因數(shù)為 ，并設(shè)采用異步電動(dòng)機(jī)時(shí)的總負(fù)荷功率因數(shù)為

、用同步電動(dòng)機(jī)時(shí)的總負(fù)荷功率因數(shù)為cosφ1，總負(fù)荷為P(千瓦)。根據(jù)功率三角形則有：

第二式化簡(jiǎn)，并設(shè) PT＝P1，可得：

同步電動(dòng)機(jī)替代異步電動(dòng)機(jī)時(shí)的節(jié)能，主要包括下述方面：

因功率因數(shù)的提高使線路電流下降，從而造成線損和變壓器損耗的下降而節(jié)約的電能。顯然，線損與線路電流的平方成正比，當(dāng)用戶總有功負(fù)荷一定時(shí)，線路有功電流不變，則線損減少。

顯然，實(shí)際計(jì)算的節(jié)能效果在大多數(shù)情況下是偏低的。這是因?yàn)椋?/p>

（1）由于功率因數(shù)的提高，輸配電變壓器效率亦將提高，而在上式中未考慮這一點(diǎn)。

（2）由于線路功率因數(shù)的提高，線路壓降亦將減少，這會(huì)導(dǎo)致負(fù)載實(shí)際電壓的提高。在相同有功功率下，實(shí)際線路電流比上式中考慮的還要小一些。

（3）負(fù)荷功率因數(shù)低的用戶，其線損會(huì)超過(guò)平均線損。

2 同步電動(dòng)機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)的比較

2.1 主共性能的比較

同步電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力大，轉(zhuǎn)速恒定，全壓直接起動(dòng)時(shí)堵轉(zhuǎn)電流倍數(shù)及堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與異步電動(dòng)機(jī)大致相當(dāng)。為了保證在帶載起步時(shí)的自動(dòng)牽入同步，其牽入轉(zhuǎn)矩在新設(shè)計(jì)的同步電動(dòng)機(jī)中可達(dá)0.9-1.0以上。同步電動(dòng)機(jī)的效率值一般可稍高于異步電動(dòng)機(jī)，尤其在低轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)中由于異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)明顯降低，同步機(jī)效率的提高將更為明顯。

2.2 運(yùn)行方式的比較

同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式靈活，既能運(yùn)行于越前功率因數(shù)，又能運(yùn)行于滯后功率因數(shù)，可按企業(yè)的最佳運(yùn)行方式運(yùn)行，在空載時(shí)候也有明顯的節(jié)能效果。例如，恒功率因數(shù)方式運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)可保持電動(dòng)機(jī)本身以最高效率運(yùn)行；恒無(wú)功方式運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)不僅能保持無(wú)功輸出，還可使端電壓波動(dòng)降至最低；負(fù)荷群的恒功率因數(shù)運(yùn)行方式又可使負(fù)荷群運(yùn)行于最佳方式。

2.3 使用維護(hù)及可性方面的比較

就電動(dòng)機(jī)本身而言，滑環(huán)式同步電動(dòng)機(jī)的使用維護(hù)比滑環(huán)式異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單，而無(wú)刷式同步電動(dòng)機(jī)與鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)相比大致相當(dāng)。因此，只要提高同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁及起動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性，提高其運(yùn)行的自動(dòng)化程度，大力簡(jiǎn)化系統(tǒng)及線路，在我國(guó)目前的技術(shù)水平和工業(yè)條件下經(jīng)過(guò)一定的努力，二者完全有可能達(dá)到接近等同的程度。即使是全電子線路，只要認(rèn)真地進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)，嚴(yán)格加工工藝和操作使用規(guī)程，其平均無(wú)故障工作時(shí)間達(dá)到50000-100000小時(shí)以上并非困難之事，而其維修完全可以采用更換(或投入)備份和備用插件的方法在數(shù)秒至數(shù)分鐘內(nèi)完成。

3 幾種補(bǔ)償功率因數(shù)方法的比較

目前廣泛用來(lái)辛隙功率因數(shù)的方法還有加裝補(bǔ)償電容器、調(diào)相機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行等，它們間的比較見(jiàn)表1(以其功能相當(dāng)作為比較基準(zhǔn))。由表1可知，同步電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償網(wǎng)路功率因數(shù)較其他方法具有更多的優(yōu)點(diǎn)，因此在可能采用同步電動(dòng)機(jī)場(chǎng)合應(yīng)優(yōu)先采用。

表1 幾種補(bǔ)償功率因數(shù)方法的比較

4 擴(kuò)大同步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用范圍的若干問(wèn)題

同步電動(dòng)機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)相比，具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，但目前我國(guó)同步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用卻遠(yuǎn)不如異步電動(dòng)機(jī)那樣廣泛，存在著大量應(yīng)該或可能采用同步電動(dòng)機(jī)而未采用同步電動(dòng)機(jī)的情況。究其原因有：

（1）同步電動(dòng)機(jī)價(jià)格昂貴、初期投資大，這在采用電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組型直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)時(shí)更是如此。而目前又缺乏系統(tǒng)的同步電動(dòng)機(jī)節(jié)能與經(jīng)濟(jì)效益分析方法，無(wú)法對(duì)拖動(dòng)電機(jī)方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)、擇優(yōu)選取。

（2）缺乏合適的同步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品供選擇，尤其是中小容量同步電動(dòng)機(jī)。

（4）同步電動(dòng)機(jī)需要直流勵(lì)磁，一般說(shuō)來(lái)其使用維護(hù)較異步電動(dòng)機(jī)更為復(fù)雜，且大多數(shù)用戶對(duì)同步電動(dòng)機(jī)沒(méi)有對(duì)異步電動(dòng)機(jī)那樣熟悉。

（4）長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)未能引起對(duì)能源問(wèn)題足夠的重視。

（5）其他政策和管理上的原因。

由此可見(jiàn)，改進(jìn)設(shè)計(jì)方法，降低同步電動(dòng)機(jī)及其勵(lì)磁起動(dòng)控制系統(tǒng)的制造成本，簡(jiǎn)單勵(lì)磁及起動(dòng)控制線路，提高產(chǎn)品的自動(dòng)化程度，增加控制系統(tǒng)的功能，提高同步電動(dòng)機(jī)的效率和運(yùn)行可靠性，大力發(fā)展新型中小容量同步電動(dòng)機(jī)則是擴(kuò)大同步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用范圍的主要途徑。

5 同步電動(dòng)機(jī)節(jié)能措施

5.1 使用小容量同步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用問(wèn)題

目前我國(guó)正在研制稀土鉆永磁同步電動(dòng)機(jī)。永磁式同步電動(dòng)機(jī)具有效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，但是由于其勵(lì)磁不易調(diào)節(jié)，各種性能控制比較困難，且目前價(jià)格昂貴，擴(kuò)大及推廣應(yīng)用還存在較多問(wèn)題。而隨著近代整流及勵(lì)磁技術(shù)迅猛發(fā)展，使各種不用交流勵(lì)磁機(jī)的無(wú)刷同步電機(jī)結(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn)。蘇聯(lián)曾研制過(guò)爪極式結(jié)構(gòu)靜止勵(lì)磁無(wú)刷小容量同步電動(dòng)機(jī)。

5.2 控制同步電動(dòng)機(jī)的價(jià)格

同步電動(dòng)機(jī)與補(bǔ)償電容器相比，具有調(diào)節(jié)性能優(yōu)良、運(yùn)行方式靈活、穩(wěn)定性高、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。如果以它們的初期投資相當(dāng)作為選同步電動(dòng)機(jī)的依據(jù)，與同步電動(dòng)機(jī)替代異步電動(dòng)機(jī)等效的補(bǔ)償電容的容量數(shù)約等于(一般稍大于)電動(dòng)機(jī)的功率數(shù)。為此，中容量低壓同步電動(dòng)機(jī)推薦采用合適的價(jià)格。價(jià)格雖比我國(guó)現(xiàn)行的同步電動(dòng)機(jī)價(jià)格推算的價(jià)格低，但對(duì)于新型同步電動(dòng)機(jī)而言仍能保證制造廠一定的盈利，降低了同步電動(dòng)機(jī)的初期投資，從而兼顧了國(guó)家、用戶、制造廠的利益，有利于調(diào)動(dòng)各方面的積極性。

6 結(jié)語(yǔ)

一般說(shuō)來(lái)，我國(guó)生產(chǎn)同步電動(dòng)機(jī)的盈利遠(yuǎn)比異步電動(dòng)機(jī)要高，因此其成本差價(jià)回收期比價(jià)格差價(jià)回收期短。而功率因數(shù)的提高還可使發(fā)電、輸電、配電設(shè)備的有功容量大幅度提高，因此從國(guó)家總體利益出發(fā)，在一定范圍內(nèi)擴(kuò)大同步電動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)和應(yīng)用將有很大的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

［1］周本宗.中小型異步電動(dòng)機(jī)改為同步電動(dòng)機(jī)時(shí)改型設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題[J].電機(jī)與控制應(yīng)用,1990(04).

［2］周其昌，胡祖梁.在提高工廠功率因數(shù)中對(duì)同步電動(dòng)機(jī)的再認(rèn)識(shí)[J].電氣應(yīng)用,1984(11).

［3］楊彥杰，盧淑明，馬承先.基于dsPIC6014A的同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁裝置[J].電機(jī)與控制應(yīng)用,2010(11).