三相同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)技術(shù)初探

摘 要：本文主要通過(guò)對(duì)三相同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)以及工作原理的分析，主要介紹了三相同電動(dòng)機(jī)的幾種起動(dòng)方式，并對(duì)三相同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)進(jìn)行了初步探討。

關(guān)鍵詞：三相同步電動(dòng)機(jī);異步起動(dòng);原理

三相同步電動(dòng)機(jī)是一種常用的交流電機(jī)，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度與定子繞組所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)速度一樣，因此稱(chēng)為同步電動(dòng)機(jī)。與同容量的異步電動(dòng)機(jī)相比，其功率因數(shù)高，在運(yùn)行時(shí)不僅不會(huì)降低電網(wǎng)功率因數(shù)，還可改善電網(wǎng)功率因數(shù)。但由于同步電動(dòng)機(jī)不能自起動(dòng)，往往需要借助其他方式起動(dòng)，其中異步起動(dòng)是三相同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)常用的方式之一。

一、三相同步電機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

（一）三相同步電機(jī)結(jié)構(gòu)

三相同步電機(jī)與其他類(lèi)型旋轉(zhuǎn)電機(jī)一樣，均是由固定的定子和可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子組成的，以凸極式同步電機(jī)為例，凸極式同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子為凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子繞組為集中式繞組，定子與隱極式同步電動(dòng)機(jī)相同，為普通三相分布式繞組，當(dāng)定子中通過(guò)三相對(duì)稱(chēng)電流時(shí)，定子和轉(zhuǎn)子繞組的相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。其中定子、轉(zhuǎn)子鐵心間的氣隙是不均勻的，在磁極中心線處長(zhǎng)度最短，在兩個(gè)磁極之間的長(zhǎng)度最長(zhǎng)，由于氣隙長(zhǎng)度的變化，定子磁動(dòng)勢(shì)在磁極中心線產(chǎn)生氣隙磁通密度大于兩個(gè)磁極之間處的氣隙磁通密度。

（二）工作原理

同步電機(jī)是一種交流電機(jī)，其轉(zhuǎn)速n與定子電流頻率f和極對(duì)數(shù)p保持嚴(yán)格不變的關(guān)系，即n=60f/p，在運(yùn)行的過(guò)程中，勵(lì)磁繞組通以直流勵(lì)磁電流，建立極性相間的主磁場(chǎng);原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，主磁場(chǎng)隨軸一切旋轉(zhuǎn)并順次切割定子各相繞組，在相對(duì)切割運(yùn)動(dòng)中，電樞繞組充當(dāng)功率繞組的電樞繞組感應(yīng)出大小和方向，按照周期性變化的三相對(duì)稱(chēng)交變電勢(shì)，通過(guò)引出線，提供交流電源。

同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方式有作為發(fā)電機(jī)、作為電動(dòng)機(jī)和作為補(bǔ)償機(jī)三種，其中作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行是同步電機(jī)最主要的運(yùn)行方式。

二、三相同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式

同步起動(dòng)是由另一輔助電動(dòng)機(jī)將同步電動(dòng)機(jī)拖至同步轉(zhuǎn)速，接上電源同時(shí)進(jìn)行勵(lì)磁，由定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)牽入同步。由于同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由定子電流建立的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子做場(chǎng)的相互作用而產(chǎn)生的，僅僅在兩者相對(duì)靜止時(shí)，才能得到平均電磁轉(zhuǎn)矩。如果將同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁，并直接將定子三相繞組與電網(wǎng)接通，這時(shí)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與已被勵(lì)磁的靜止的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)所以就不能產(chǎn)生恒定方向的電磁轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)就不能起動(dòng)，因此必須借助于其他方法起動(dòng)，同步電動(dòng)機(jī)通常采用的起動(dòng)方法輔助電動(dòng)機(jī)起動(dòng)法、變頻起動(dòng)法和異步起動(dòng)法。目前同步電動(dòng)機(jī)幾乎全部采用異步起動(dòng)方法，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁極極靴處必須裝有籠型起動(dòng)繞組放在轉(zhuǎn)子的周?chē)?，結(jié)構(gòu)與異步電動(dòng)機(jī)相似，根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)原理起動(dòng)，待轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速，再加入勵(lì)磁，使轉(zhuǎn)子牽入同步后，起動(dòng)繞組與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)無(wú)相對(duì)切割運(yùn)動(dòng)，失去作用。

三、三相同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)

同步電動(dòng)在起動(dòng)時(shí)會(huì)引起很大的起動(dòng)電流，可造成很大的機(jī)端壓降，影響到同母線上其他正常運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，可發(fā)生運(yùn)動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)的失動(dòng)問(wèn)題，因此同步電動(dòng)機(jī)多采用異步起動(dòng)。同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)時(shí)，因?yàn)閯?lì)磁繞組匝數(shù)多，啟動(dòng)時(shí)開(kāi)路勵(lì)磁繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生高電壓，容易擊穿繞組和引起人身觸電事故，因此勵(lì)磁繞組不能開(kāi)路，但也不能短路，這樣會(huì)使定子啟動(dòng)電流增加很多，啟動(dòng)時(shí)應(yīng)將勵(lì)磁繞組通過(guò)一個(gè)電阻接通，電阻的大小應(yīng)為勵(lì)磁繞組本身電阻的5～10倍，轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，拆除電阻同時(shí)加入勵(lì)磁電源即可。

1-同步電動(dòng)機(jī) 2-同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組 3 籠型起動(dòng)繞組

圖1 "同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)

如上圖1所示，先在同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁回路內(nèi)串接一個(gè)約10倍于勵(lì)磁繞組電阻的附加電阻R，然后將開(kāi)關(guān)QS2抬至1位，將它們構(gòu)成閉合回路I合上開(kāi)關(guān)QS1給定子繞組通入三相交流電，則同步電動(dòng)機(jī)將在起動(dòng)繞組作用下異步起動(dòng)，轉(zhuǎn)速逐漸上升。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到接近于同步轉(zhuǎn)速（約0. 95n）對(duì)，迅速將開(kāi)關(guān)QS2由l位合至2位，給轉(zhuǎn)子通入直流電流勵(lì)磁，依靠定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁極之間的吸引力，將同步電動(dòng)機(jī)牽人同步速度運(yùn)行。轉(zhuǎn)子到達(dá)同步轉(zhuǎn)速后，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間就處于相對(duì)靜止的狀態(tài)，籠型起動(dòng)繞組中再?zèng)]有電流流過(guò)，起動(dòng)繞組就失去了作用，起動(dòng)過(guò)程也就隨之結(jié)束。

四、結(jié)語(yǔ)

三相同步電動(dòng)機(jī)在使用過(guò)程中轉(zhuǎn)速恒定，功率因數(shù)高，可以通過(guò)勵(lì)磁靈活調(diào)節(jié)功率因數(shù)，能改善電網(wǎng)功率因數(shù)，運(yùn)行效率高，有較寬的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍，在大型發(fā)電機(jī)的場(chǎng)合及工礦大型設(shè)備中有著較為廣泛的應(yīng)用。但不能自行起動(dòng)，目前多采用異步起動(dòng)方式，此外由于有勵(lì)磁繞組和滑環(huán)，需要操作者有較高的水平來(lái)控制勵(lì)磁。

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