同步电动机运行分析

1、 电机是电能和动能相互转换的设备。 电能转换为动能的为电动机。 动能转换为电能的为发电机。 直流电机 电机交流电机 根据电磁感应原理而工作的一种交流电 动机，其转子的转速n于定子电流频率f及电机的极对数p有严格的关系。 60f n= p r/min 同步电动机的同步指三相交流电通过定子绕组，在电机里产生旋转磁场。转子的励磁绕组通入直流电后，转子好象是磁铁。当转子上的S极与定子所产生旋转磁场的N极对齐时（转子的N极与旋转磁场的S极对齐），靠异性磁极的互相吸引，转子就跟着定子产生的旋转磁场一起转动了。同步电动机的转速，除了在负载增加或减小的一瞬间有少许变化外，转子转速N总与旋转磁场的转速N0相同，

2、当电机极对数P一定时，转速N只与定子电流频率F保持严格不变的关系。N0= N =60F/P 同步电动机与异步电动机的比较 同步电动机 异步电动机转速 不随负载的 随负载的 大小而改变 大小而改变效率 高 低功率因数 可调，可工作在 不可调，滞后 超前、平激、滞后稳 定 性 稳定性高，转矩 稳定性差，转矩与 与端电压成正比 端电压平方成正比 同步电动机的定子和异步电动机的定子相同，转子不相同。 一般来说，同步发电机的转子做成隐极式转子；同步电动机的转子做成凸极式转子。 转子上有励磁绕组和启动绕组（笼型绕组） 凸极式 隐极式 凸极式转子圆周上安装有若干对凸出的磁极，磁极铁心由1-3mm厚的薄钢板冲

3、成冲片后叠压铆成。磁极铁心固定于转子磁轭上，转子磁轭由铸钢或用薄钢板冲制叠压而成，套于转子轴上，起导磁和固定磁极的作用。每个磁极铁心上套有励磁线圈，各极的励磁线圈按一定的方式连接起来，构成励磁绕组。两个出线端接在固定于转轴上的两个滑环上，通过电刷与励磁电源相连。凸极式转子的特点是转子与定子之间的气隙不均匀. 优点 一、运行稳定，可靠，过载能力较强，速度基本不受负载变化而变化。 二、能够在领先功率因数下运行，改善电网总功率因数，向电网补偿无功。 缺点 一、设备投资较大。 二、启动较复杂。 同步电动机不能自行起动 的原因？ 同步电动机在起动中，因为转子惯量较大，不能自行起动. 当定子三相绕组通以三

4、相交流电，转子通直流电后，由于异性的吸引，定子绕组产生的旋转磁场欲把转子拖动，但是由于转子的惯性较大，而旋转磁场的速度很快，经过1/100S后（半个周期），旋转磁场的N极与S极就转了个半周，由于同性相斥转子自然不会转动，且有反转的斥力，又由于正转的惯性，转子不会反转。即在工频交流电的一个周期内，旋转磁场对转子作用力为零，转子不会起动。 刚通电时定子磁极与转子磁极位置 NSNSN 1/100秒后定子磁极与转子磁极位置 SNNSN 一、同步起动法 用一台动力机（可以是直流电动机.内燃机等）把同步电动机拖到同步转速后，经过整步与电网并联来完成起动过程。这种方法需要设备多，操作复杂，已基本不采用。 二

5、、变频启动法 使用晶闸管元件组成的高电压.大容量变频装置，通过调节整流器输出的直流电压大小，采用自控式逆变方式改变同步电动机的输出功率，使电动机始终在同步状态下从静止起动加速，平滑的加速到电动机的同步转速后，再将电动机并入电网运行。该方法使电动机能够在高效率，高功率因数下起动.时间短.运行可靠。电动机在同步速度下并入电网，对电网系统不存在冲击，是一种比较理想的起动装置。但设备投资较大。 三、异步启动法 我们知道异步电动机是可以自起动的，虽然异步电动机转子的转速达不到同步速度，但离同步速度很近了（亚同步速度）。 当同步电动机用异步起动，它的转速达到亚同步速度时，立即给它的励磁绕组里通入励磁电流，

6、把它牵入同步，这就是同步电动机异步起动的方法。 同步电动机在结构上就采取了一些措施，把异步电动机那样的鼠笼绕组，装到了自己的转子上。鼠笼绕组的导条用电阻率很高的黄铜或铝青铜。在导条的两端用端环联成一体，有了笼形绕组后，当定子绕组接上电源，便能产生异步转矩，使同步电动机转起来。起动结束达到同步转速后，转子导体与旋转磁场没有相对速度，笼形绕组中没有电流，也就失去作用了。 启动原理图启动柜星动柜同步电动机+励磁柜励磁柜-水阻柜 一、降压启动过程 起动柜合闸，电动机的三相绕组接入电源后串入水阻柜进行降压启动。这时励磁柜的灭磁环节自动投入工作，由电动机转子感应的交变能量通过灭磁电阻释放,同时触发电路脉冲

7、被封锁，全控整流桥不工作，即不向电动机励磁绕组投励，以保证电动机在异步状态下的正常起动。经过一段的起动时间，电动机达到同步转速的90%左右，转差率减少到设定数值，励磁柜投全压继电器动作，触发星点柜合闸，短接水阻柜，这时降压起动过程结束。 注：1、星点柜的合闸信号，可以由励磁柜检测电动机的转差率发出;也可由水阻柜运行结束时发出；也可由启动柜检测电动机运行电流发出。或者由以上三种信号并联发出。 2、为了保证电机启动的成功率，以及保护设备安全。在以上三种信号都未发出星点柜合闸信号时，可设定时间让励磁柜强制发出星点柜合闸信号，以结束电机降压启动过程，使电机工作在全压启动状态。 3、电机起动时间励磁柜强

8、制合闸时间水电阻启动超时时间 二、全压起动状态 星点柜合闸后，电动机进入异步全压起动状态，转速迅速上升，当达到亚同步速（即94%97%同步速）时，励磁柜向电机投励，即励磁柜向电机的励磁绕组输出直流电压，将电动机励磁绕组重灭磁电阻换接到励磁电源上。 三、整同步状态 电动机转子上的励磁绕组接到励磁柜的直流电源后，在转子上产生“+ ，-”两个均匀的磁场，与电动机定子接入三相交流电所产生的旋转磁场相互吸引，在吸引力的作用下，电动机的转子按照定子旋转磁场的方向和速度，转动起来。 注：同步电动机牵入同步运行的过程是个非常复杂的状态，在牵入同步时，电机的定子电流大幅度波动从0到额定值;功率因数也大幅度波动从

9、欠励到过励。这些变化，足以证明电机在整同步的过程中，内部电量、磁量之间的关系复杂多变。一般来说在牵入同步前转差率越小，电动机的转动惯量越小，负载越轻（一般都是空载启动），牵入同步就越容易实现。一、灭磁电阻的检查 同步电动机在启动时，励磁绕组不能开路，否则在启动过程中的大转差率时，定子的旋转磁场会对它感应一个较高的电动势，会损坏励磁绕组的绝缘，励磁绕组的额定电压50V左右，额定电流500A左右。（额定容量4000KW左右的同步电动机）但启动时励磁绕组也不能短路，否则在启动过程中，励磁绕组内就要产生比较大的电流。这个电流将与气隙磁场作用，要产生单轴转矩，单轴转矩太大，可能使同步电动机的转速启动不到

10、同步速。为了解决这个问题，一般在励磁绕组回路里串接一个附加电阻（灭磁电阻）在短接。 灭磁电阻既可以消耗启动过程中的大转差率时，定子的旋转磁场所产生的较高电动势，保护励磁绕组的绝缘，又可以降低励磁绕组内产生的电流，从而大大减小单轴转矩，使电机更容易达到同步转速。 灭磁电阻的阻值一般取10倍的励磁绕组的阻值。 由上可知，灭磁电阻检查的重要性。在电机启动之前，模拟励磁投励，触发灭磁按钮，励磁电压为零，励磁电流不变即可。二、开关柜的检查三、水电阻的检查四、电机油路的检查五、电机水路的检查六、电机负载的检查七、系统电压的检查八、各种表计及信号的检查九、安全事项的检查一、过流、速断、失压、欠压、过压、差动

11、、零序等。二、低油压、快熔、失步、启动超时。失步：电机的实际转速与定子的旋转磁场速度不一致。 启动原理图启动柜星点柜同步电动机+励磁柜励磁柜-水阻柜变频星点柜变频器QS1QS2QS3QS41QS42QS43 一：变频器启动 当电动机采取变频运行时，首先分断QF1、QS43，操作闭合QS42、QS41、QF3，然后启动QF1开关合闸，主抽风机由变频启动运行。正常工作时，由变频器拖动主抽风机运行。变频出现故障时，系统可切换至原工频运行方式由挡板开度实现风量调节。当变频器出现重故障时，可操作分断QF1、断开QS42和QS41隔离开关，操作闭合QS43工频旁路开关。投入原系统的软启动器，闭合QF1，启

12、动主抽风机工频运行。 二、励磁柜的启动 变频运行时，变频器检测到高压电时就发信号到励磁柜，励磁柜接受到信号后，立即依照相关程序向电动机励磁绕组进行投磁。当操作人员启动变频器工作时，变频器向电动机定子绕组输出电能，电动机开始旋转，由于电动机励磁绕组已经得到直流电，同时电动机初始旋转速度很低，这样在电动机开始旋转时，就很容易进入的同步状态，从启动到电动机达到额定转速长期运行，电动机的状态一直时同步状态。同时变频器依据050HZ 频率的变化向励磁柜输出线性的420MA信号，励磁柜根据变频器输出的420MA信号，相应调节励磁电流的大小。使电动机一直工作在功率因数为1的状态，不欠励也不过励。（理想状态）

13、IIf欠励过励正常励磁滞后超前 变频运行时，主抽风机系统需切除原高压星点柜的差动保护装置避免变频运行时误动，当工频运行时，原高压星点柜的差动保护投入。 原因：变频调速系统，由于附加了变频器装置，变频器的输入电流和输出电流在频率和相位上没有必然的联系。这是影响电动机继续使用相量差动保护的最大障碍；电动机，相量差动保护的工作原理是基于比较电动机两端电流的大小与相位的。然而变频器输入、输出侧的电流在相位上不一致，在工频运行方式下的差动保护中，即使电动机在正常工作情况下也会有相当数量的差流出现。但是，对于电动机的输入和输出电流，它们的频率和相位是一致的。 差动保护退出:保护压板的退出 软压板的退出差动保护就不会工作，即内部不再进行差流计算，即使差流超