大型同步電動(dòng)機(jī)的靜止變頻起動(dòng)裝置

王晗鈺

摘 要：大型同步電動(dòng)機(jī)能夠輸出穩(wěn)定的動(dòng)力，不會(huì)隨著載荷的增加而減少，因此，在各行業(yè)中的大型機(jī)械中被廣泛使用，工作可靠穩(wěn)定，能夠提供足夠的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)各種設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。由于提供的電流和功率遠(yuǎn)高于啟動(dòng)所需，會(huì)造成啟動(dòng)困難，產(chǎn)生較大的振動(dòng)，對(duì)電動(dòng)機(jī)的零部件造成不利的影響。因此，實(shí)現(xiàn)大型同步電動(dòng)機(jī)的靜止變頻具有重要的意義，能夠?qū)⑺桀l率調(diào)成與啟動(dòng)的額定頻率相同，是電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定的啟動(dòng)，降低產(chǎn)生的機(jī)械沖擊，對(duì)設(shè)備的工作效率、使用年限都有利。本研究對(duì)靜止變頻裝置進(jìn)行分析，了解靜止變頻的工作原理，促進(jìn)靜止變頻在同步電動(dòng)機(jī)中的良好應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：大型同步電動(dòng)機(jī)；靜止變頻；分析

前言

同步電動(dòng)機(jī)因?yàn)槠渑c同步轉(zhuǎn)速具有一定的比例關(guān)系，而且一旦確定比例因數(shù)就不會(huì)改變，始終保持相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，所以稱為同步電動(dòng)機(jī)。根據(jù)同步電動(dòng)機(jī)的這一特性，在我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起到了重要的作用，用于工、農(nóng)業(yè)等大型用電機(jī)械的動(dòng)力來源，能夠輸出固定的動(dòng)力，而不隨著載荷變化，與異步電動(dòng)機(jī)相比，能夠輸出更穩(wěn)定的動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)設(shè)備，滿足設(shè)備的工作需求，得到了廣泛的應(yīng)用。但是其頻率是固定值，不會(huì)發(fā)生改變，也有一定的限制性，同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)較為困難，能夠提供的轉(zhuǎn)速與所需頻率不符，需要多次的啟動(dòng)才能實(shí)現(xiàn)，在大型同步電動(dòng)機(jī)上體現(xiàn)的更加明顯，這不僅會(huì)加大大型同步電動(dòng)機(jī)零部件的磨損，減少同步電動(dòng)機(jī)的使用壽命，還會(huì)浪費(fèi)不必要的資源。實(shí)現(xiàn)同步電動(dòng)機(jī)的靜止變頻能夠有效的彌補(bǔ)同步電動(dòng)機(jī)具有的局限性，是電動(dòng)機(jī)能夠更加穩(wěn)定的啟動(dòng)，應(yīng)用在大型機(jī)械中更加安全可靠。

1 大型同步電動(dòng)機(jī)靜止變頻簡(jiǎn)介

1.1 大型同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難

大型同步電動(dòng)機(jī)對(duì)電壓的波動(dòng)不敏感，自身受到的影響很低，而且，具有可調(diào)的功勞因數(shù)，適用范圍廣，在水泵、大型風(fēng)機(jī)、抽水設(shè)備等大型的機(jī)械中都能夠進(jìn)行使用，不論設(shè)備的負(fù)載多大，同步電動(dòng)機(jī)始終能夠提供固定的動(dòng)力，具有可靠、穩(wěn)定、動(dòng)力大的特點(diǎn)，受到了廣泛的應(yīng)用。但是，大型同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)十分困難，提供的電流和功率是所需的6-8倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于額定電流和額定功率，造成起動(dòng)困難、起動(dòng)滯后等現(xiàn)象。提供的起動(dòng)電流過大，會(huì)使得電動(dòng)機(jī)工作狀況不穩(wěn)定，往往需要多次起動(dòng)才能成功，在這個(gè)過程中，對(duì)設(shè)備的磨損和損耗加大，造成設(shè)備的振動(dòng)，可能會(huì)造成內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變形、移動(dòng)等，降低設(shè)備的使用壽命，也會(huì)增加設(shè)備發(fā)生事故的可能性。要實(shí)現(xiàn)大型同步電動(dòng)機(jī)在技術(shù)上的進(jìn)步，使得同步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用范圍加大，對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)建設(shè)發(fā)揮更大的作用，解決大型同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)困難是首要應(yīng)該解決的問題。

1.2 靜止變頻在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀

同步電動(dòng)機(jī)在國(guó)內(nèi)外都得到了廣泛的應(yīng)用，起動(dòng)困難這一缺點(diǎn)也受到了關(guān)注，都積極尋求可靠的解決方法。在不同的設(shè)備上使用的同步電動(dòng)機(jī)特性也有所不同，要解決起動(dòng)困難問題的靜止變頻裝置也會(huì)發(fā)生變化。最初實(shí)現(xiàn)同步電動(dòng)機(jī)的靜止變頻是西方發(fā)達(dá)國(guó)家在燃?xì)廨啓C(jī)上，而靜止變頻裝置的使用，使得燃?xì)廨啓C(jī)得到了迅速的發(fā)展，減少了功率較大的起動(dòng)電動(dòng)機(jī)的使用，提高了燃?xì)廨啓C(jī)的使用穩(wěn)定性，也簡(jiǎn)化了其結(jié)構(gòu)，降低故障率的出現(xiàn)。應(yīng)用在其他設(shè)備上的同步電動(dòng)機(jī)，積極的學(xué)習(xí)燃?xì)廨啓C(jī)中靜止變頻裝置的工作機(jī)理，通過一段時(shí)間的研究和進(jìn)展，從1974-1988年實(shí)現(xiàn)了在129種大型設(shè)備的靜止變頻，解決了同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難的問題，極大的促進(jìn)了各個(gè)行業(yè)的發(fā)展，推動(dòng)社會(huì)發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段。在國(guó)內(nèi)，對(duì)靜止變頻裝置的探索也在進(jìn)行，通過學(xué)習(xí)西方先進(jìn)的靜止變頻機(jī)理，實(shí)現(xiàn)了在鼓風(fēng)電動(dòng)機(jī)上實(shí)現(xiàn)變頻，使得鼓風(fēng)機(jī)的起動(dòng)更加容易、平穩(wěn)，這也使得我國(guó)在探索靜止變頻裝置的進(jìn)程上越來越快，使得大型同步電動(dòng)機(jī)發(fā)揮更大的作用。

1.3 使用其他方法降低同步電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)

在選取有效的方法來解決同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難的難題過程中，探索出幾種能夠降低電動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難的方法，但是還具有一定的局限性。受到異步電動(dòng)機(jī)工作的啟發(fā)，在同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)中使用異步啟動(dòng)的方法，利用阻尼繞組在磁場(chǎng)中產(chǎn)生的阻尼降低同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流和功率，這種方法雖然成本低、應(yīng)用簡(jiǎn)便，但是存在著會(huì)造成大量的機(jī)械沖擊，對(duì)電動(dòng)機(jī)的使用性能造成不良影響，在一瞬間產(chǎn)生的沖擊電流會(huì)引起電網(wǎng)的壓降，對(duì)電動(dòng)機(jī)的安全使用不利。而為降低起動(dòng)時(shí)沖擊電流的不良影響，使用電抗器或自耦變壓器來協(xié)助同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行起動(dòng)時(shí)，雖然能夠使電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)平穩(wěn)，沖擊力減少，但是難以滿足啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)時(shí)間等方面的要求，也無法實(shí)現(xiàn)同步電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)、安全的起步。使用靜止變頻裝置可以實(shí)現(xiàn)兼顧沖擊電流、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)時(shí)間之間的要求，讓電動(dòng)機(jī)在限定電流下起動(dòng)，并利用負(fù)載換向?qū)崿F(xiàn)內(nèi)部電流的微調(diào)，使得電動(dòng)機(jī)內(nèi)電流的穩(wěn)定，促進(jìn)電動(dòng)機(jī)更好的運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 大型同步電動(dòng)機(jī)的靜止變頻裝置

2.1 起動(dòng)裝置的組成

要實(shí)現(xiàn)控制同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)沖擊，為電動(dòng)機(jī)提供合適的電流，需要靜止變頻裝置參與調(diào)解。主要組成部件是一套晶閘管裝置，將其安裝在同步電動(dòng)機(jī)的前方，在起動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，電路先通過將閘管裝置，使得晶閘管與待起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)形成負(fù)載轉(zhuǎn)向，能夠?qū)崿F(xiàn)在電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，損耗大量電流進(jìn)行連續(xù)換相，在高速時(shí)，進(jìn)行反電勢(shì)自然換相，這樣能夠保證電流不會(huì)過大，對(duì)電動(dòng)機(jī)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)趨于穩(wěn)定時(shí)，在內(nèi)部的整步裝置的作用下，使得電動(dòng)機(jī)與起動(dòng)裝置斷開接觸，由電動(dòng)機(jī)進(jìn)行繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)、安全起動(dòng)。靜止變頻裝置內(nèi)部設(shè)有控制回路，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，通過相關(guān)傳感器來測(cè)定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速偏低時(shí)，控制回路發(fā)揮作用增加轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)速偏高時(shí)，則進(jìn)行減速，使得最終電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率趨向于一個(gè)固定值，而這個(gè)固定值是由電網(wǎng)頻率來決定的。

2.2 實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)微調(diào)

大型同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，為了實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的合閘并網(wǎng)，正常的發(fā)揮功用，離不開對(duì)電動(dòng)機(jī)電壓和頻率的微調(diào)，否則，一旦電動(dòng)機(jī)電壓和頻率與電網(wǎng)的電壓、頻率相差過大就進(jìn)行并網(wǎng)操作，會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生較大的沖擊，對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性造成不良影響，影響電動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)起動(dòng)。在同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速升高到與電網(wǎng)頻率一致時(shí)，就會(huì)準(zhǔn)備進(jìn)入并網(wǎng)環(huán)節(jié)，為了避免并網(wǎng)時(shí)產(chǎn)生過大的沖擊，會(huì)使用調(diào)整整流器對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行微調(diào)，逐漸縮小電動(dòng)機(jī)頻率與電網(wǎng)頻率之間的差距，直到兩者之間完全達(dá)到同步，這時(shí)，即可平穩(wěn)的進(jìn)入并網(wǎng)狀態(tài)。

2.3 實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)控制

并網(wǎng)過程是同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的最后一步，并網(wǎng)順利的完成，就能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)起動(dòng)，為大型設(shè)備的工作提供驅(qū)動(dòng)力。對(duì)同步電動(dòng)機(jī)的電壓頻率和幅度進(jìn)行調(diào)整，使之與電網(wǎng)頻率相一致，在滿足了并網(wǎng)條件后，就會(huì)進(jìn)入并網(wǎng)。起動(dòng)裝置會(huì)自動(dòng)的將控制角后移，使電動(dòng)機(jī)與起動(dòng)裝置相分離，同時(shí)，合上并網(wǎng)開關(guān)，電動(dòng)機(jī)會(huì)與提供驅(qū)動(dòng)力的設(shè)備相連接，在設(shè)備中提供動(dòng)力，使設(shè)備能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行，至此，起動(dòng)過程結(jié)束。靜止變頻裝置實(shí)現(xiàn)了讓同步電動(dòng)機(jī)在額定的電壓和轉(zhuǎn)速下起動(dòng)，減少了起動(dòng)沖擊對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響，促進(jìn)電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定可靠。

結(jié)束語

大型同步電動(dòng)機(jī)在各個(gè)行業(yè)的設(shè)備中都起著不可或缺的作用，是用電機(jī)械發(fā)揮功用的基礎(chǔ)部件，為了降低同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難的問題，使用靜止變頻裝置，在電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程中，對(duì)電壓頻率和轉(zhuǎn)速進(jìn)行精確的調(diào)節(jié)，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速頻率與電網(wǎng)相一致，促進(jìn)電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)的起動(dòng)。

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