分析我國同步電動機的發展優勢

涂小蘭 鄭學輝

（宜春鉭鈮礦，江西 宜春 336000）

0 引言

隨著異步電動機的同步轉速下降，其功率因數將明顯下降，而隨著同步電動機容量的增大其勵磁裝置的造價占總價格的百分比也明顯下降，因此在容量大、轉速低的工作機械中采用同步電動機拖動的優越性是顯而易見的，但對于目前應用同步電動機拖動的范圍能否進一步擴展則是人們需要認真研究的問題。

1 同步電動機節能與經濟效益分析

同步電動機自身可運行于越前功率因數，用以改善數倍于同步電動機功率的其他負載的綜合功率因數，因此其節能及經濟收益的計算應著眼于負荷的總體。

圖1 同步電動機功率

如圖1所示，設異步電動機的功率為P(千瓦)、功率因數P1(千瓦)、功率因數為 ，替代異步電動機的同步電動機功率為PT(千瓦)、功率因數為 ，并設采用異步電動機時的總負荷功率因數為

、用同步電動機時的總負荷功率因數為cosφ1，總負荷為P(千瓦)。根據功率三角形則有：

第二式化簡，并設 PT＝P1，可得：

同步電動機替代異步電動機時的節能，主要包括下述方面：

因功率因數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約的電能。顯然，線損與線路電流的平方成正比，當用戶總有功負荷一定時，線路有功電流不變，則線損減少。

顯然，實際計算的節能效果在大多數情況下是偏低的。這是因為：

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

（2）由于線路功率因數的提高，線路壓降亦將減少，這會導致負載實際電壓的提高。在相同有功功率下，實際線路電流比上式中考慮的還要小一些。

（3）負荷功率因數低的用戶，其線損會超過平均線損。

2 同步電動機與異步電動機的比較

2.1 主共性能的比較

同步電動機過載能力大，轉速恒定，全壓直接起動時堵轉電流倍數及堵轉轉矩與異步電動機大致相當。為了保證在帶載起步時的自動牽入同步，其牽入轉矩在新設計的同步電動機中可達0.9-1.0以上。同步電動機的效率值一般可稍高于異步電動機，尤其在低轉速的電動機中由于異步電動機的功率因數明顯降低，同步機效率的提高將更為明顯。

2.2 運行方式的比較

同步電動機運行方式靈活，既能運行于越前功率因數，又能運行于滯后功率因數，可按企業的最佳運行方式運行，在空載時候也有明顯的節能效果。例如，恒功率因數方式運行的同步電動機可保持電動機本身以最高效率運行；恒無功方式運行的同步電動機不僅能保持無功輸出，還可使端電壓波動降至最低；負荷群的恒功率因數運行方式又可使負荷群運行于最佳方式。

2.3 使用維護及可性方面的比較

就電動機本身而言，滑環式同步電動機的使用維護比滑環式異步電動機簡單，而無刷式同步電動機與鼠籠式異步電動機相比大致相當。因此，只要提高同步電動機勵磁及起動控制系統的可靠性，提高其運行的自動化程度，大力簡化系統及線路，在我國目前的技術水平和工業條件下經過一定的努力，二者完全有可能達到接近等同的程度。即使是全電子線路，只要認真地進行可靠性設計，嚴格加工工藝和操作使用規程，其平均無故障工作時間達到50000-100000小時以上并非困難之事，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秒至數分鐘內完成。

3 幾種補償功率因數方法的比較

目前廣泛用來辛隙功率因數的方法還有加裝補償電容器、調相機，異步電動機同步運行等，它們間的比較見表1(以其功能相當作為比較基準)。由表1可知，同步電動機補償網路功率因數較其他方法具有更多的優點，因此在可能采用同步電動機場合應優先采用。

表1 幾種補償功率因數方法的比較

4 擴大同步電動機應用范圍的若干問題

同步電動機與異步電動機相比，具有明顯的技術經濟效益，但目前我國同步電動機的應用卻遠不如異步電動機那樣廣泛，存在著大量應該或可能采用同步電動機而未采用同步電動機的情況。究其原因有：

（1）同步電動機價格昂貴、初期投資大，這在采用電動機-發電機組型直流勵磁機系統時更是如此。而目前又缺乏系統的同步電動機節能與經濟效益分析方法，無法對拖動電機方案進行綜合評價、擇優選取。

（2）缺乏合適的同步電動機產品供選擇，尤其是中小容量同步電動機。

（4）同步電動機需要直流勵磁，一般說來其使用維護較異步電動機更為復雜，且大多數用戶對同步電動機沒有對異步電動機那樣熟悉。

（4）長期以來，我國未能引起對能源問題足夠的重視。

（5）其他政策和管理上的原因。

由此可見，改進設計方法，降低同步電動機及其勵磁起動控制系統的制造成本，簡單勵磁及起動控制線路，提高產品的自動化程度，增加控制系統的功能，提高同步電動機的效率和運行可靠性，大力發展新型中小容量同步電動機則是擴大同步電動機應用范圍的主要途徑。

5 同步電動機節能措施

5.1 使用小容量同步電動機的應用問題

目前我國正在研制稀土鉆永磁同步電動機。永磁式同步電動機具有效率高、結構簡單、維修方便等優點，但是由于其勵磁不易調節，各種性能控制比較困難，且目前價格昂貴，擴大及推廣應用還存在較多問題。而隨著近代整流及勵磁技術迅猛發展，使各種不用交流勵磁機的無刷同步電機結構相繼出現。蘇聯曾研制過爪極式結構靜止勵磁無刷小容量同步電動機。

5.2 控制同步電動機的價格

同步電動機與補償電容器相比，具有調節性能優良、運行方式靈活、穩定性高、占地面積小等優點。如果以它們的初期投資相當作為選同步電動機的依據，與同步電動機替代異步電動機等效的補償電容的容量數約等于(一般稍大于)電動機的功率數。為此，中容量低壓同步電動機推薦采用合適的價格。價格雖比我國現行的同步電動機價格推算的價格低，但對于新型同步電動機而言仍能保證制造廠一定的盈利，降低了同步電動機的初期投資，從而兼顧了國家、用戶、制造廠的利益，有利于調動各方面的積極性。

6 結語

一般說來，我國生產同步電動機的盈利遠比異步電動機要高，因此其成本差價回收期比價格差價回收期短。而功率因數的提高還可使發電、輸電、配電設備的有功容量大幅度提高，因此從國家總體利益出發，在一定范圍內擴大同步電動機的生產和應用將有很大的綜合經濟效益。

［1］周本宗.中小型異步電動機改為同步電動機時改型設計中的幾個問題[J].電機與控制應用,1990(04).

［2］周其昌，胡祖梁.在提高工廠功率因數中對同步電動機的再認識[J].電氣應用,1984(11).

［3］楊彥杰，盧淑明，馬承先.基于dsPIC6014A的同步電動機勵磁裝置[J].電機與控制應用,2010(11).