同步电机励磁原理分析

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KQ KZ
主 回 路 的 选 择
Rf
半控桥式励磁装置主回路
励磁控制系统半控桥主回路优点
(3)励磁控制系统可以充分利用半控桥式主电 路的结构特点,不停机更换励磁控制器; 当励磁装置控制部分出现故障时,可利用半空 桥电路“失控”的特点,实现不停机、不减载、 不失励的情况下从容更换。 其基本原理如下: 在投励后拔控制插件,由于电机励磁绕组的大 电感特性,使一只可控硅始终处于开通状态, 三分之二在整流状态,三分之一在续流状态。 (如下页图)
2
采用静电电容器补偿存在缺陷2

为了解决上述矛盾,许多场合采用功率因数 自动补偿的方式,当功率因数过低的时候,增 加电容器的投入数量;当功率因数过高的时候, 减少电容器的投入数量,通过有级切换电容器 的投运数量,达到功率因数的基本稳定。采用 这种方法,虽然能保持功率因数的基本稳定, 但毕竟是有级切换,不是无级连续的。为了保 证功率因数的相对稳定,断路器需频繁动作, 在容性负载下断路器的频繁切换,会大大降低 其使用寿命;
序 言
序 言
转子绕组剖面图
转子模拟图
定子绕组
第二章 励磁主回路的合理选配

主 回 路 的 选 择
传统半控、全控桥励磁主回路的比较
改进型半控、全控桥励磁主回路比较 励磁控制系统主回路元件选配


励磁柜主电路一般有四种
主 回 路 的 选 择
图1
图2
图3
图4
传统半、全控桥主回路分析

主 回 路 的 选 择
主 回 路 的 选 择
励磁控制系统半控桥主回路优点
Uf
主 回 路 的 选 择
t
在选择整流变压器时,已合理选配二次电压,使它既 能满足强励要求,又在失控状态下平均电压与平时运 行电压接近,满足电机正常运行对励磁的需求。当更 换上备用控制插件后,励磁装置自动转入正常工作状 态。
主回路熔断器的位置选择


不能满足,将造成逆变灭磁不成功,造成逆变颠覆,损坏主回路 元件及电机,往往出现正常运行的励磁装置停车后不能再次顺利 开车,经检查发现主回路元件或控制回路损坏的实例。 (2)采用全控桥式电路,由于励磁绕组系电感性负载,当可控硅 导通角较小电压波形出现过零时,就会有电流从Rf、KZ回路续流, 这也是采用全控桥式电路经常发生灭磁电阻发热的原因之一。 (3)全控桥式电路作为励磁装置的主电路,不能实现不停机完全 更换控制插件。为了达到不停机更换插件的功能,只能将控制系 统做成双系统或多系统、互为热备用,即一套运行,一套热备用。 当一套控制系统故障时,自动切换到另一套备用系统。但是采用 多CPU备份没有实际意义,复杂的备份逻辑会减少系统的平均无 故障工作时间,影响可靠性。

主 回 路 的 选 择

阻容灭磁是当电机失步 和停机时,励磁控制系 统适时提供给可控硅 KM一个脉冲,利用电 容C1关断主桥路上的 可控硅,使电容C2及 电阻R4吸收转子能量 进行灭磁,这种灭磁方 式速度更快。
主 回 路 的 选 择
励磁控制系统半控桥主回路优点

(2)灭磁电阻状态; 采用半控桥式电路, 就不会有电流从Rf、 KZ回路续流,而是通 过可控硅和最后一个 导通的二极管,因此 采用半控桥式电路灭 磁电阻在运行过程中 处于冷态;
在起动时左上图正负 方向电流明显不平衡, 产生直流电,引起电 机遭受脉振转矩强烈 振动,电机起动过程 所受强烈脉振是电机 产生暗伤逐步损坏的 重要原因之一。
图一
图二
KQ RF
+if
ZQ
Er
主 回 路 的 选 择
r
-if
图一
上图主回路在 电机起动时有:
Er if r Er if Rf r
不难看出电机启动过程中+if和-if相差较大, 即: Uf
主 回 路 的 选 择
Er Er if 远大于 if r Rf r
因此出现如右图二的 转子感应电压、电流 曲线图。 现将感应电流做直流 交流成分分解如下:
If
图二
N
主 回 路 的 选 择
If
S
图二 定子转子示意图

电流if分解如上图。If1分解为if2和if3。由于 直流分量的存在,类似将转子提前投励磁, 因而电机在旋转磁场作用下强烈脉震。
采用静电电容器补偿存在缺陷3、4


许多场合为了追求较高的功率因数,经常出现 功率因数接近1甚至过激现象。由于异步电动 机是感性负载,电容器是容性负载,在有些特 殊情况下甚至出现并联谐振或串联谐振,产生 大电流或高电压,损伤电气设备; 部分电容器的介质含有氰化物,这些电容器报 废时还会造成一定的环境污染。
KQ
KZ
Rf
半控桥式励磁装置主回路
半控桥、全控桥主电路比较总结

主 回 路 的 选 择
经上述分析、比较,可以说明:
在同步电动机励磁装置这特定场合,本 着因地制宜的原则,主电路采用改进型 半控桥式电路的励磁装置,技术上更为 先进、完善,合理,有着全控桥式电路 无法比拟的优越性。
励磁控制系统主回路元件选择
主 回 路 的 选 择
传统全控桥主回路
电机起动时,随着电机 起动过程滑差减小,转子线 圈内感应电势逐步减少,当 转子转速达到50%以上时, 励磁回路感应电流负半波通 路不畅,将处于时通时断, 似通非通状态,同样形成+if 与—-if电流不对称,由此同 样形成脉振转矩,造成电机 产生强烈振动,损伤电机。 因此传统主回路逐渐被淘汰。

主 回 路 的 选 择
a.灭磁电阻的选择
KQ
KZ

b.主回路元件的选择
Rf
半控桥式励磁装置主回路
第三章 励磁控制系统的投励方式

滑差投励
励 磁 控 制 系 统 的 投 励 方 式
1.传统励磁采用顺极性投励 2.LZK微机型励磁系统,按照“准角强 励”原则设计 。
主 回 路 的 选 择
半控桥主回路的设计注意事项

灭磁分级整定 灭磁系统分两种状态。 电机异步状态时,KQ 可控硅处于低通状态, 在较低电压下及时开通 (类似于二极管),使 电机起动时正负半波电 流对称。电机在同步状 态运行时,灭磁系统处 于高通状态,确保了可 控硅KQ不误导通,过 电压时又及时开通,过 电压消失后及时关断。
KQ KZ
Rf
半控桥励磁装置主回路
有些主回路采用六个快熔,分别对应着各个可 控硅和二极管,但按上图位置安装快熔更佳。
半控桥主回路的设计注意事项


减小谐波 改善波形: 尽管半空桥式电路比全控桥式电路谐波分量相 对大些,但只要合理选择整流变压器参数,使 励磁装置在正常运行时导通角相对增大,将整 流变压器接成△/Y-11型,自动抵消谐波的主 要成分三次谐波,降低谐波对电网的影响。 垫底处理 避免失控: 使用半控桥式电路,当励磁电流在很小时, 会出现失控现象,而在同步电动机这一特殊领 域,励磁电流很低会造成电机失步,所以正常 运行时,励磁电流不应很低,不应该工作到失 控区。通过设定垫底电压(或电流)进行处理, 可使励磁装置在正常情况下不出现失控。
源自文库
同步电机补偿意义
序 言
这样既提高同步电动机运行的稳 定性,又给企业带来可观的经济效益。
目前同步电机的使用现状

序 言
随着现代化大生产的发展,机电设备越来越趋 向大型化、自动化、复杂化、生产过程连续化, 由机电设备群体组成的系统一旦失效,就会对 企业的安全生产及产品质量造成极大的威胁。 同步电机由于其具有一系列优点,特别是转速 稳定、单机容量大、能向电网发送无功功率, 支持电网电压,在我国各行业已得到广泛应用, 特别是在特大型企业,大型同步电动机担负着 生产的重任,其一旦停机或故障,将严重影响 连续生产,特别严重的电机设备事故将导致停 产时间的延长,造成企业经济效益的严重损失, 而长期以来发生同步电动机及其励磁装置损坏 事故却屡见不鲜。
电机脉震示意图
N N N N
主 回 路 的 选 择
N
S
S
N
S
N
N
S
S
S
S
S
转子中有直流分量;
定子旋转磁场和转子有相对运动.
定子电流也因此而强烈脉动

Id 实际定子电 流曲线 期望定子电 流曲线
0
T
图一:定子电流 脉振图
电机起动过程发出 的强烈振动声,甚 至在整个大厅内都 可以听到。而且这 种脉振会一直持续 到电机起动结束才 消失,电机起动过 程所受强烈脉震是 电机损伤的重要原 因之一。
同步电动机通过增加电机的励磁电流, 可以实现对电网无功补偿
定 子 电 流 ID
滞 后
序 言
超前
0
cos 1
励磁电流 If
同步电机工作U形曲线
在电网电压U为常 值,电磁功率为常值 时,励磁电流与功率 因数的关系就可以由 电枢电流得到,见左 图。调节励磁就可以 调节同步电动机的功 率因数,从而使其工 作在超前、平激、滞 后三种状态。
改进型半控桥式励磁装置主回路特点

主 回 路 的 选 择
KQ
KZ

Rf

断励续流灭磁或阻 容灭磁,可靠性高 系统可以利用半控 桥式主电路的结构 特点,实现不停机 更换励磁控制插件 线路相对简洁可靠
半控桥式励磁装置主回路
改进型半控桥主回路优点
(1)电机在停机或失步时,主回路采用半控 桥式电路,可根据工况选择阻容灭磁或断励续 流灭磁方式,或者两者皆用。 A:断励续流灭磁方式是在电机失步或停机时,励 磁控制系统立即停发触发脉冲,通过控制回路 断开励磁主回路接触器。依靠半控桥式结构特 点进行续流灭磁,这种灭磁方式独立可靠 B:阻容灭磁方式(见下页图),这种灭磁方式灭 磁速度更快。
同步电机的损坏主要表现
1.定子绕组端部绑线蹦断,线圈表面绝缘蹭坏, 连接处开焊;导线在槽口处断裂,进而引起短 路;运行中噪音增大;定子铁芯松动等故障 。 (见下一页图) 2.转子励磁起动绕组笼条断裂;绕组接头处产生 裂纹,开焊,局部过热烤焦绝缘;转子磁级的 燕尾锲松动,退出;转子线圈绝缘损伤;电刷 滑环松动;风叶断裂等故障。
使用异步电机需要对电网无功补偿
由于异步电机需从电网吸收无功功率,而功率 因数是供电部门对用户考核的一个重要指标。 一般采用以下方法进行无功补偿: 1.采用静电电容器补偿 2.采用同步电机过励补偿 但是采用静电电容器补偿存在以下缺陷:
序 言
采用静电电容器补偿存在缺陷1

Q=0.5CU 在电网电压高时,用户无功补偿需 求量小,但电容量Q成平方关系变大,电容器 补偿无功会出现过补偿现象;在电网电压低时, 用户无功补偿需求量大,但电容量Q却成平方 关系变小,电容器补偿无功会出现欠补偿现象; 与我们期望的补偿要求成平方关系相反的方向 变化;
主 回 路 的 选 择
-If
+If
改进型全控桥式励磁装置主回路缺点 :
采用逆变灭磁,可靠性 低,稳定性差 电机运行时灭磁电阻长 期发热 不能不停机更换控制组 件 停机要保正控制回路不 失电
主 回 路 的 选 择

KQ
KZ

Rf

改进型全控桥式励磁装置主回路

触发角为90度时输出电压Ud

主 回 (1)采用全控桥式电路,停机时或失步时,其励磁控制系统的灭 路 磁回路采用逆变灭磁的方式,而逆变灭磁要求电网电压相对稳定、 的 主回路(包括主桥6只可控硅、快熔、整流变压器等)及控制回路 选 择 完好,停机时主回路电源不能马上停止。上述条件只要某一条件
同步机励磁控制系统 的原理及应用
同步电机励磁控制系统的原理及应用
序言
主回路的选择 同步电机的投励方式
同步电动机的失步危害、失步保护及带载自 动再整步技术 LZK-3G励磁控制系统
第一章 序言

序 言
同步电动机在工业中的应用:


同步电机由于其一系列优点,特别是转速稳定、单机容 量大、能向电网发送无功功率,支持电网电压,在我国 各行业已得到广泛应用。 多数企业所用电机,一般异步电机数量较多,单机功率 相对较小,且大多为 380V 低压电机。异步电机在运行 中需吸收无功功率,对于一个较大规模的用电单位,电 机的选用一般遵循如下原则:大功率、低转速电机一般 首选同步电机(随着碳刷耐磨程度提高,许多大功率高 速电机也越来越多的选用同步电机)。用电单位同步电 机的运行容量一般在 60%~70% ,而异步电机的运行容 量在 40%~30% 为佳。这样同步电机输出的无功功率与 异步电机所吸收的无功功率相平衡且略有富裕。
同步、异步电动机比较表
同步电动机 转 速 不随负载的大小而 改变 可调,可工作在超 前、平激、滞后 高 异步电动机 随着负载的改变 而改变 不可调,滞后
序 言
功率因数



稳 定 性
稳定性高,转矩与 稳定性差,转矩 端电压成正比: 与端电压平方成 正比:
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