關(guān)于同步電動機(jī)用交流勵磁機(jī)的相關(guān)討論

閻明+丁東

（泰豪沈陽電機(jī)有限公司 遼寧沈陽 110026）

摘 要：同步電動機(jī)穩(wěn)定性好、過載能力大，能改善電網(wǎng)功率因數(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。隨著我國對生產(chǎn)過程中爆炸性氣體的重視，促進(jìn)了無刷勵磁同步電動機(jī)的出現(xiàn)，由于取消了滑環(huán)系統(tǒng)，電動機(jī)正常工作時，不會產(chǎn)生電弧、火花，避免了產(chǎn)生爆炸安全事故。無刷勵磁主要由交流勵磁機(jī)和旋轉(zhuǎn)整流器組成，電動機(jī)由于采用了無刷勵磁，其可靠性大大提高，所以獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無刷勵磁 同步電動機(jī) 交流勵磁機(jī)

一、必要性

在石油、化工及煤礦等工礦企業(yè)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(zhì)易形成爆炸性的氣體環(huán)境。為防止因電氣設(shè)備原因所造成的爆炸性安全事故，對爆炸性氣體環(huán)境中使用的電氣設(shè)備往往提出具有防止引燃爆炸的特殊性能要求。無刷勵磁同步電動機(jī)是20世紀(jì)70年代初隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展而發(fā)展起來的，也是與電機(jī)學(xué)、電子學(xué)、自動控制學(xué)等學(xué)科相結(jié)合而產(chǎn)生的新型電動機(jī)。

二、結(jié)構(gòu)

一般來說，無刷勵磁同步動電機(jī)由兩臺電機(jī)組成，即電動機(jī)和交流勵磁機(jī)。對電動機(jī)而言，由于采用了交流勵磁機(jī)和旋轉(zhuǎn)整流器，實現(xiàn)了勵磁無刷化。但對交流勵磁機(jī)來說，它是一臺三相交流發(fā)電機(jī)。而且是一臺靜止磁場，旋轉(zhuǎn)電樞式的多級同步發(fā)電機(jī)。主電機(jī)轉(zhuǎn)子、勵磁機(jī)電樞和旋轉(zhuǎn)整流器都裝在同一軸上一起旋轉(zhuǎn)，勵磁機(jī)磁極固定在定子內(nèi)側(cè)，交流勵磁機(jī)為轉(zhuǎn)樞式的發(fā)電機(jī)。電樞鐵心用優(yōu)質(zhì)的電工硅鋼片沖制后，緊密迭壓在電樞支架上，然后再熱套到軸上，電樞繞組端部用特殊結(jié)構(gòu)綁扎，以便能承受高速旋轉(zhuǎn)下的離心力。交流勵磁機(jī)、旋轉(zhuǎn)整流器和主電動機(jī)通常有兩種排法：第一種是交流勵磁機(jī)和旋轉(zhuǎn)整流器在軸承內(nèi)側(cè)，第二種是交流勵磁機(jī)和旋轉(zhuǎn)整流器在軸承外側(cè)。第二種結(jié)構(gòu)不影響主電動機(jī)的結(jié)構(gòu)，而且安裝維護(hù)方便，但這種結(jié)構(gòu)型式缺點是軸中心必須鉆孔，勵磁電流引線才能穿過軸承引入主電動機(jī)。

三、原理

主電動機(jī)啟動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，交流勵磁機(jī)的電樞隨主電動機(jī)一同旋轉(zhuǎn)。交流勵磁機(jī)定子投勵，交流勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子電樞繞組首先將切割交流勵磁機(jī)定子線圈所建立的磁場產(chǎn)生電壓，交流勵磁機(jī)做為發(fā)電機(jī)運行并發(fā)電。然后經(jīng)旋轉(zhuǎn)整流器變成直流電后進(jìn)入主電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組以勵磁。只要調(diào)節(jié)交流勵磁機(jī)的勵磁電流，就可以改變主電機(jī)的勵磁電流，從而可根據(jù)主電機(jī)勵磁電流的需要，通過控制柜調(diào)節(jié)交流勵磁機(jī)的勵磁電流。

四、設(shè)計思路

同步電動機(jī)在允許負(fù)載范圍內(nèi)變化時，交流勵磁機(jī)輸出電壓是隨主電動機(jī)負(fù)載及工作溫度變化而大幅度變化，相應(yīng)交流勵磁機(jī)的感應(yīng)電勢也應(yīng)是大幅度變化。因此為滿足電機(jī)的最大強(qiáng)勵要求，交流勵磁機(jī)的磁路尺寸必須根據(jù)主電機(jī)的最大勵磁電壓來設(shè)計，即交流勵磁機(jī)的額定工作狀態(tài)時的磁密要取得很低。所以交流勵磁機(jī)磁性材料的利用率極低，同容量的交流勵磁機(jī)的體積遠(yuǎn)比一般同步發(fā)電機(jī)大，重量也重。交流勵磁機(jī)應(yīng)有線性的工作特性，磁路工作點設(shè)計在非飽和區(qū)，才能滿足系統(tǒng)的強(qiáng)勵倍數(shù)要求。同時為改善同步電動機(jī)勵磁系統(tǒng)的動態(tài)特性，應(yīng)當(dāng)減小交流勵磁機(jī)的時間常數(shù)，最有效的方法是增加極對數(shù)和提高勵磁機(jī)的頻率。在可靠性方面，提高交流勵磁機(jī)定子繞組的可靠性，當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)子繞組過電壓時，勵磁機(jī)定子絕緣不受破壞，勵磁機(jī)定子繞組絕緣應(yīng)與主電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣等級相同。交流勵磁機(jī)一般是用空氣冷卻的，冷卻空氣由旋轉(zhuǎn)整流盤上的扇葉驅(qū)動，以軸流的方式強(qiáng)制吹向勵磁機(jī)定、轉(zhuǎn)子。當(dāng)勵磁機(jī)溫升較高時，可將勵磁機(jī)的冷卻空氣風(fēng)路和主電機(jī)冷卻風(fēng)路連到一起，以保證勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)定。

五、發(fā)展趨勢

同步電動機(jī)具有過載能力強(qiáng)功率因數(shù)高轉(zhuǎn)速不變及轉(zhuǎn)矩受電源電壓影響較小等優(yōu)點，尤其是應(yīng)用無刷勵磁技術(shù)的同步電動機(jī)取消了滑環(huán)，無火花產(chǎn)生和簡化了操作及維護(hù)程序，廣泛應(yīng)用在石油化工等易然易爆的場所無刷勵磁已成為今天同步電動機(jī)主要的勵磁方式。數(shù)十年以來，實際應(yīng)用過的勵磁方式有多種，每一種勵磁方式的出現(xiàn)都與當(dāng)時的技術(shù)水平和生產(chǎn)需要密切相關(guān)。20世紀(jì)50-60年代，出現(xiàn)了大功率半導(dǎo)體整流元件，于是就有了交流勵磁機(jī)-整流器勵磁系統(tǒng)，取代大容量的直流勵磁機(jī)。隨著永磁材料的不斷進(jìn)步，永磁副勵磁機(jī)又取代了非永磁副勵磁機(jī)?？梢?，勵磁系統(tǒng)技術(shù)是跟隨機(jī)械換向器整流→不可控整流→可控整流的發(fā)展而發(fā)展的。要求多種多樣，系統(tǒng)性很強(qiáng)，我們將在不斷總結(jié)現(xiàn)有經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，隨時關(guān)注國內(nèi)電機(jī)及其密切相關(guān)的技術(shù)發(fā)展動向，為進(jìn)一步拓寬電動機(jī)的應(yīng)用范圍，提高性能水平作出努力。

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