同步电动机励识简介.doc

同步电动机励磁装置 培 训 手 册 重庆中鼎电气有限公司 一、基本知识 1.1 同步电动机起动方式 同步电动机起动方式主要有异步起动和变频起动。变频起 动需一套专用调频电源，技术复杂且设备成本高，主要用于负 载及转动惯量都很大的大容量高速同步电动机，国内钢厂有几 套进口变频起动装置，其它行业一般不使用。异步起动是同步 电动机常用的起动方式，视供用电系统容量采用全压起动或降压起动，降压起动分为电抗器降压和自耦变压器降压。 图 1-1 电抗器降压起动 图 1-2 自耦变压器降压起动 1.1.1 电抗器降压起动 图 1-1 为采用电抗器降压起动主接线及投全压开关合闸 控制回路示意图。电抗器降压时施加于电机端电压电流降低的 同时起动力矩相应降低较大，适用于系统容量小不允许直接全 压起动且对起动力矩要求不高的机组，如供电系统容量小但又 要求起动力矩大的场合，需采用自耦变压器降压起动。电抗器降压起动时，合 1DL，机组转速加速至投全压滑差时（约0.9Ne），励磁装置投全压继电器 JQY 动作，控制 2DL 合闸，将 母线电压直接施加于电机定子。 1.1.2 自耦变压器降压起动 图 1-2 示自耦变压器降压起动主接线及控制回路，两者都 较电抗器降压起动复杂。励磁装置投全压继电器 JQY 需控制 2DL 跳闸及 3DL 合闸，操作顺序为 1DL 合闸---2DL 合闸---JQY 动作跳 2DL，合 3DL。 不论全压起动还是降压起动，机组起动时间长短与起动时 机端电压及负载等有关，从励磁装置读写控制器上读出的机组 各次起动时间有些差异属正常。 1.2 同步电动机无功调节特性 同步电动机正常运行时需从电网吸收有功，吸收有功功率 大小取决于所带负载及电机本身有功损耗。同步电动机无功决 定于励磁装置输出励磁电流，过励（超前）运行时，同步电动 机向电网发无功；欠励（滞后）运行时，从电网吸收无功；正 常励磁运行时，既不发无功，又不吸收无功，对应功率因数 COSΦ＝1。同步电动机 V 形曲线是指电机定子电流 I 和励磁电流 If 的关系曲线，见图 1-3。 同步电动机 V 形曲线图表 明，功率因数为 1 运行时，定子 电流最小，在此基础上增/减磁， 定子电流都将增加，增磁时功率 因数超前运行，减磁时功率因数 滞后运行。利用同步电动机 V 形 曲线这一特点，在 励磁装置投闭环之前，可以检查接入励磁装置用于测取功率因 数的 PT 及 CT 外部接线是否正确。 图 1-3 同步电动机 V 形曲线 利用同步电动机的无功调节特性，工业现场实际运行时， 同步电动机工作在超前状态，可以就地补偿异步电机所需无 功。 1.3 同步电动机运行稳定性 同步电动机正常运行时，由从电网吸收的电磁功率 Pem 与 负载功率 Pf 维持动态平衡，电网电压及负载在正常波动范围 内时，同步电动机都不会滑出同步而失步，这由其功角特性决 定，如图 1-4 所示。 图1-4 功角特性曲线 功角特性： 负载突增而电压不变时，负载功率P 往上移，如无闭环调节，电磁功率曲线Pem 不变，运行功角δ增大，δ≥90°时，电机将失去同步；有闭环调节时，曲线Pem 同时上移，运行功角δ保持相对恒定，电机稳定性增加。 电压突降而负载不变时，如无闭环调节，因励磁装置 380V 励磁电源（取自电机同段母线）同时下降，励磁电势 E 近似与 电压成正比下降，故电磁功率曲线 Pem 近似与机端电压 Ud 平 方成正比下降，运行功角δ增大,电机稳定裕度大大减小；如 采用闭环调节，Ud 下降 的同时励磁电势 E 加大，Pem 基本不 变，电机稳定性增加。 1. 4 同步电动机的失步危害及措施 同步电动机在正常运行时，其转速与电网频率严格对应（n＝60f/p），转子磁场和定子旋转磁场严格同步，这种严格的对 应和同步关系是以转轴上转矩平衡为基础的。来自电网、负载 等多种扰动一旦破坏转矩平衡关系，依靠电机的一定调节能 力，以功角δ相应变化自动地调节电磁转矩大小，以抵消各种 扰动引起的不平衡，使转轴上的转矩关系处于动态平衡。电机 的这种调节能力有一定限度，当扰动超过一定限度时，就会导 致电机失步。 按失步原因及性质不同，可分为三种类型：即带励失步、 失磁失步和断电失步。带励失步一般由相邻出线端头短路故障、、附近大型机组起动或自起动引起母线电压较长时间较大幅度的降低，电动机所带负载的大幅度增加以及起动过程中励磁系统过早投励等原因所引起。带励失步对电动机所造成的危害 主要是脉振转矩较长时间的反复作用，使电动机在绕组的端部 和端部绑线、转子线圈的接头处、电动机轴和联轴器等部位承 受正负交变的扭矩，影响机械强度和使用寿命，甚至造成设备 的损坏。由于振荡转矩按转差频率脉振，电动机的电流、电压、 功率等物理量会强烈振荡，在一定条件