大型同步電動機的靜止變頻起動裝置

王晗鈺

摘 要：大型同步電動機能夠輸出穩定的動力，不會隨著載荷的增加而減少，因此，在各行業中的大型機械中被廣泛使用，工作可靠穩定，能夠提供足夠的動力驅動各種設備的穩定運轉。由于提供的電流和功率遠高于啟動所需，會造成啟動困難，產生較大的振動，對電動機的零部件造成不利的影響。因此，實現大型同步電動機的靜止變頻具有重要的意義，能夠將所需頻率調成與啟動的額定頻率相同，是電動機穩定的啟動，降低產生的機械沖擊，對設備的工作效率、使用年限都有利。本研究對靜止變頻裝置進行分析，了解靜止變頻的工作原理，促進靜止變頻在同步電動機中的良好應用。

關鍵詞：大型同步電動機；靜止變頻；分析

前言

同步電動機因為其與同步轉速具有一定的比例關系，而且一旦確定比例因數就不會改變，始終保持相應的轉動頻率，所以稱為同步電動機。根據同步電動機的這一特性，在我國的經濟發展中起到了重要的作用，用于工、農業等大型用電機械的動力來源，能夠輸出固定的動力，而不隨著載荷變化，與異步電動機相比，能夠輸出更穩定的動力來驅動設備，滿足設備的工作需求，得到了廣泛的應用。但是其頻率是固定值，不會發生改變，也有一定的限制性，同步電動機的啟動較為困難，能夠提供的轉速與所需頻率不符，需要多次的啟動才能實現，在大型同步電動機上體現的更加明顯，這不僅會加大大型同步電動機零部件的磨損，減少同步電動機的使用壽命，還會浪費不必要的資源。實現同步電動機的靜止變頻能夠有效的彌補同步電動機具有的局限性，是電動機能夠更加穩定的啟動，應用在大型機械中更加安全可靠。

1 大型同步電動機靜止變頻簡介

1.1 大型同步電動機起動困難

大型同步電動機對電壓的波動不敏感，自身受到的影響很低，而且，具有可調的功勞因數，適用范圍廣，在水泵、大型風機、抽水設備等大型的機械中都能夠進行使用，不論設備的負載多大，同步電動機始終能夠提供固定的動力，具有可靠、穩定、動力大的特點，受到了廣泛的應用。但是，大型同步電動機的起動十分困難，提供的電流和功率是所需的6-8倍，遠遠大于額定電流和額定功率，造成起動困難、起動滯后等現象。提供的起動電流過大，會使得電動機工作狀況不穩定，往往需要多次起動才能成功，在這個過程中，對設備的磨損和損耗加大，造成設備的振動，可能會造成內部結構的變形、移動等，降低設備的使用壽命，也會增加設備發生事故的可能性。要實現大型同步電動機在技術上的進步，使得同步電動機的應用范圍加大，對我國的經濟發展和社會建設發揮更大的作用，解決大型同步電動機的起動困難是首要應該解決的問題。

1.2 靜止變頻在國內外的發展現狀

同步電動機在國內外都得到了廣泛的應用，起動困難這一缺點也受到了關注，都積極尋求可靠的解決方法。在不同的設備上使用的同步電動機特性也有所不同，要解決起動困難問題的靜止變頻裝置也會發生變化。最初實現同步電動機的靜止變頻是西方發達國家在燃氣輪機上，而靜止變頻裝置的使用，使得燃氣輪機得到了迅速的發展，減少了功率較大的起動電動機的使用，提高了燃氣輪機的使用穩定性，也簡化了其結構，降低故障率的出現。應用在其他設備上的同步電動機，積極的學習燃氣輪機中靜止變頻裝置的工作機理，通過一段時間的研究和進展，從1974-1988年實現了在129種大型設備的靜止變頻，解決了同步電動機起動困難的問題，極大的促進了各個行業的發展，推動社會發展進入了一個新的階段。在國內，對靜止變頻裝置的探索也在進行，通過學習西方先進的靜止變頻機理，實現了在鼓風電動機上實現變頻，使得鼓風機的起動更加容易、平穩，這也使得我國在探索靜止變頻裝置的進程上越來越快，使得大型同步電動機發揮更大的作用。

1.3 使用其他方法降低同步電動機的缺點

在選取有效的方法來解決同步電動機起動困難的難題過程中，探索出幾種能夠降低電動機起動困難的方法，但是還具有一定的局限性。受到異步電動機工作的啟發，在同步電動機的起動中使用異步啟動的方法，利用阻尼繞組在磁場中產生的阻尼降低同步電動機的起動電流和功率，這種方法雖然成本低、應用簡便，但是存在著會造成大量的機械沖擊，對電動機的使用性能造成不良影響，在一瞬間產生的沖擊電流會引起電網的壓降，對電動機的安全使用不利。而為降低起動時沖擊電流的不良影響，使用電抗器或自耦變壓器來協助同步電動機進行起動時，雖然能夠使電動機的起動平穩，沖擊力減少，但是難以滿足啟動轉矩和起動時間等方面的要求，也無法實現同步電動機平穩、安全的起步。使用靜止變頻裝置可以實現兼顧沖擊電流、起動轉矩、起動時間之間的要求，讓電動機在限定電流下起動，并利用負載換向實現內部電流的微調，使得電動機內電流的穩定，促進電動機更好的運轉。

2 大型同步電動機的靜止變頻裝置

2.1 起動裝置的組成

要實現控制同步電動機起動時的瞬時沖擊，為電動機提供合適的電流，需要靜止變頻裝置參與調解。主要組成部件是一套晶閘管裝置，將其安裝在同步電動機的前方，在起動電動機時，電路先通過將閘管裝置，使得晶閘管與待起動的電動機形成負載轉向，能夠實現在電動機低速運轉時，損耗大量電流進行連續換相，在高速時，進行反電勢自然換相，這樣能夠保證電流不會過大，對電動機電網產生沖擊。當電動機的運轉趨于穩定時，在內部的整步裝置的作用下，使得電動機與起動裝置斷開接觸，由電動機進行繼續運轉，實現電動機的平穩、安全起動。靜止變頻裝置內部設有控制回路，實現對電動機轉速的調節，通過相關傳感器來測定電動機的轉速，當轉速偏低時，控制回路發揮作用增加轉速；轉速偏高時，則進行減速，使得最終電動機的轉動頻率趨向于一個固定值，而這個固定值是由電網頻率來決定的。

2.2 實現電動機的自動微調

大型同步電動機起動后，為了實現平穩的合閘并網，正常的發揮功用，離不開對電動機電壓和頻率的微調，否則，一旦電動機電壓和頻率與電網的電壓、頻率相差過大就進行并網操作，會對電動機產生較大的沖擊，對電網穩定性造成不良影響，影響電動機的平穩起動。在同步電動機的轉速升高到與電網頻率一致時，就會準備進入并網環節，為了避免并網時產生過大的沖擊，會使用調整整流器對電動機的轉速進行微調，逐漸縮小電動機頻率與電網頻率之間的差距，直到兩者之間完全達到同步，這時，即可平穩的進入并網狀態。

2.3 實現并網控制

并網過程是同步電動機起動的最后一步，并網順利的完成，就能夠實現電動機的平穩起動，為大型設備的工作提供驅動力。對同步電動機的電壓頻率和幅度進行調整，使之與電網頻率相一致，在滿足了并網條件后，就會進入并網。起動裝置會自動的將控制角后移，使電動機與起動裝置相分離，同時，合上并網開關，電動機會與提供驅動力的設備相連接，在設備中提供動力，使設備能夠安全穩定的運行，至此，起動過程結束。靜止變頻裝置實現了讓同步電動機在額定的電壓和轉速下起動，減少了起動沖擊對電動機的影響，促進電動機的穩定可靠。

結束語

大型同步電動機在各個行業的設備中都起著不可或缺的作用，是用電機械發揮功用的基礎部件，為了降低同步電動機起動困難的問題，使用靜止變頻裝置，在電動機的起動過程中，對電壓頻率和轉速進行精確的調節，使電動機轉速頻率與電網相一致，促進電動機平穩的起動。

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