同步電機(jī)勵(lì)磁PPT課件

1、同步電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的原理及應(yīng)用同步電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的原理及應(yīng)用o 序言序言o 主回路的選擇主回路的選擇o 同步電機(jī)的投勵(lì)方式同步電機(jī)的投勵(lì)方式o 同步電動(dòng)機(jī)的失步危害、失步保護(hù)及帶載自同步電動(dòng)機(jī)的失步危害、失步保護(hù)及帶載自動(dòng)再整步技術(shù)動(dòng)再整步技術(shù)第一章第一章 序言序言l同步電機(jī)由于其一系列優(yōu)點(diǎn)，特別是轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、單機(jī)容量大、能向電網(wǎng)發(fā)送無(wú)功功率，支持電網(wǎng)電壓，在我國(guó)各行業(yè)已得到廣泛應(yīng)用。l多數(shù)企業(yè)所用電機(jī)，一般異步電機(jī)數(shù)量較多，單機(jī)功率相對(duì)較小，且大多為380v低壓電機(jī)。異步電機(jī)在運(yùn)行中需吸收無(wú)功功率，對(duì)于一個(gè)較大規(guī)模的用電單位，電機(jī)的選用一般遵循如下原則：大功率、低轉(zhuǎn)速電機(jī)一般首選同步電機(jī)（

2、隨著碳刷耐磨程度提高，許多大功率高速電機(jī)也越來(lái)越多的選用同步電機(jī)）。用電單位同步電機(jī)的運(yùn)行容量一般在60%70%，而異步電機(jī)的運(yùn)行容量在40%30%為佳。這樣同步電機(jī)輸出的無(wú)功功率與異步電機(jī)所吸收的無(wú)功功率相平衡且略有富裕。 序言n同步電動(dòng)機(jī)在工業(yè)中的應(yīng)用：同步電動(dòng)機(jī)在工業(yè)中的應(yīng)用：同步、異步電動(dòng)機(jī)比較表 序言穩(wěn)定性差，轉(zhuǎn)矩與端電壓平方成正比：穩(wěn)定性高，轉(zhuǎn)矩與端電壓成正比： 穩(wěn) 定 性 低 高效 率不可調(diào)，滯后可調(diào)，可工作在超前、平激、滯后功率因數(shù)隨著負(fù)載的改變而改變不隨負(fù)載的大小而 改變轉(zhuǎn) 速 異步電動(dòng)機(jī) 同步電動(dòng)機(jī)dsmemeutsindsrsemsrumt2同步電動(dòng)機(jī)通過(guò)增加電機(jī)的勵(lì)磁電

3、流，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償 序言 在電網(wǎng)電壓在電網(wǎng)電壓u u為常為常值，電磁功率為值，電磁功率為常值常值時(shí)，勵(lì)磁電流與功率時(shí)，勵(lì)磁電流與功率因數(shù)的關(guān)系就可以由因數(shù)的關(guān)系就可以由電樞電流得到，見(jiàn)左電樞電流得到，見(jiàn)左圖。調(diào)節(jié)勵(lì)磁就可以圖。調(diào)節(jié)勵(lì)磁就可以調(diào)節(jié)同步電動(dòng)機(jī)的功調(diào)節(jié)同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，從而使其工率因數(shù)，從而使其工作在超前、平激、滯作在超前、平激、滯后三種狀態(tài)。后三種狀態(tài)。0超前滯后定定子子電電流流id勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流if1cos 同步電機(jī)工作u形曲線(xiàn)同步電機(jī)補(bǔ)償意義 這樣既提高同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，又給企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 序言第二章第二章 勵(lì)磁主回路的合理選配勵(lì)磁主回路的合理選配

4、l傳統(tǒng)半控、全控橋勵(lì)磁主回路的比較l改進(jìn)型半控、全控橋勵(lì)磁主回路比較 l勵(lì)磁控制系統(tǒng)主回路元件選配主回路的選擇主回路的選擇 電機(jī)起動(dòng)時(shí)，隨著電機(jī)起動(dòng)過(guò)程滑差減小，轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈內(nèi)感應(yīng)電勢(shì)逐步減少，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到50%以上時(shí)，勵(lì)磁回路感應(yīng)電流負(fù)半波通路不暢，將處于時(shí)通時(shí)斷，似通非通狀態(tài)，同樣形成+if與-if電流不對(duì)稱(chēng)，由此同樣形成脈振轉(zhuǎn)矩，造成電機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，損傷電機(jī)。因此傳統(tǒng)主回路逐漸被淘汰。n（1）采用全控橋式電路，停機(jī)時(shí)或失步時(shí)，其勵(lì)磁控制系統(tǒng)的滅磁回路采用逆變滅磁的方式，而逆變滅磁要求電網(wǎng)電壓相對(duì)穩(wěn)定、主回路（包括主橋6只可控硅、快熔、整流變壓器等）及控制回路完好，停機(jī)時(shí)主回路電源不能馬上

5、停止。上述條件只要某一條件不能滿(mǎn)足，將造成逆變滅磁不成功，造成逆變顛覆，損壞主回路元件及電機(jī)，往往出現(xiàn)正常運(yùn)行的勵(lì)磁裝置停車(chē)后不能再次順利開(kāi)車(chē)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)主回路元件或控制回路損壞的實(shí)例。n（2）采用全控橋式電路，由于勵(lì)磁繞組系電感性負(fù)載，當(dāng)可控硅導(dǎo)通角較小電壓波形出現(xiàn)過(guò)零時(shí)，就會(huì)有電流從rf、kz回路續(xù)流，這也是采用全控橋式電路經(jīng)常發(fā)生滅磁電阻發(fā)熱的原因之一。n（3）全控橋式電路作為勵(lì)磁裝置的主電路，不能實(shí)現(xiàn)不停機(jī)完全更換控制插件。為了達(dá)到不停機(jī)更換插件的功能，只能將控制系統(tǒng)做成雙系統(tǒng)或多系統(tǒng)、互為熱備用，即一套運(yùn)行，一套熱備用。當(dāng)一套控制系統(tǒng)故障時(shí)，自動(dòng)切換到另一套備用系統(tǒng)。但是采用多cpu

6、備份沒(méi)有實(shí)際意義，復(fù)雜的備份邏輯會(huì)減少系統(tǒng)的平均無(wú)故障工作時(shí)間，影響可靠性。主回路的選擇n斷勵(lì)續(xù)流滅磁或阻容滅磁，可靠性高n系統(tǒng)可以利用半控橋式主電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)不停機(jī)更換勵(lì)磁控制插件 n線(xiàn)路相對(duì)簡(jiǎn)潔可靠主回路的選擇改進(jìn)型半控橋式勵(lì)磁裝置主回路特點(diǎn) 半控橋式勵(lì)磁裝置主回路n（1）電機(jī)在停機(jī)或失步時(shí)，主回路采用半控橋式電路，可根據(jù)工況選擇阻容滅磁或斷勵(lì)續(xù)流滅磁方式，或者兩者皆用。a:斷勵(lì)續(xù)流滅磁方式是在電機(jī)失步或停機(jī)時(shí)，勵(lì)磁控制系統(tǒng)立即停發(fā)觸發(fā)脈沖，通過(guò)控制回路斷開(kāi)勵(lì)磁主回路接觸器。依靠半控橋式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行續(xù)流滅磁，這種滅磁方式獨(dú)立可靠b:阻容滅磁方式，這種滅磁方式滅磁速度更快。改進(jìn)型半控橋

7、主回路優(yōu)點(diǎn)改進(jìn)型半控橋主回路優(yōu)點(diǎn)主回路的選擇勵(lì)磁控制系統(tǒng)半控橋主回路優(yōu)點(diǎn)勵(lì)磁控制系統(tǒng)半控橋主回路優(yōu)點(diǎn)n（2）滅磁電阻狀態(tài)； 采用半控橋式電路，就不會(huì)有電流從rf、kz回路續(xù)流，而是通過(guò)可控硅和最后一個(gè)導(dǎo)通的二極管，因此采用半控橋式電路滅磁電阻在運(yùn)行過(guò)程中處于冷態(tài)；主回路的選擇 半控橋式勵(lì)磁裝置主回路主回路熔斷器的位置選擇 有些主回路采用六個(gè)快熔，分別對(duì)應(yīng)著各個(gè)可控硅和二極管，但按上圖位置安裝快熔更佳。 半控橋勵(lì)磁裝置主回路第三章第三章 勵(lì)磁控制系統(tǒng)的投勵(lì)方式勵(lì)磁控制系統(tǒng)的投勵(lì)方式 n滑差投勵(lì)1.傳統(tǒng)勵(lì)磁采用順極性投勵(lì)2.lzk微機(jī)型勵(lì)磁系統(tǒng)，按照“準(zhǔn)角強(qiáng)勵(lì)”原則設(shè)計(jì) 。n計(jì)時(shí)投勵(lì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的

8、投勵(lì)方式傳統(tǒng)投勵(lì)方式n傳統(tǒng)投勵(lì)方式，由于投勵(lì)時(shí)間選擇不當(dāng)，出現(xiàn)投勵(lì)瞬間，電機(jī)震蕩，在現(xiàn)場(chǎng)往往能夠聽(tīng)到?jīng)_擊聲。（如右圖）n傳統(tǒng)采用投勵(lì)插件式分立元件結(jié)構(gòu)，投勵(lì)環(huán)節(jié)精度不高，易發(fā)生故障。勵(lì)磁控制系統(tǒng)的投勵(lì)方式lzk微機(jī)型勵(lì)磁系統(tǒng)投勵(lì)方式滑差投勵(lì)滑差投勵(lì) 采用準(zhǔn)角強(qiáng)勵(lì) 所謂準(zhǔn)角投勵(lì)，就物理概念而言，系指電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)入臨界滑差5%（即所謂的“亞同步”，轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的95%），按照電機(jī)投勵(lì)瞬間在轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生的磁場(chǎng)與定子繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)互相吸引力最大（即定子磁場(chǎng)的n極與投勵(lì)后轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的s極相吸）。在準(zhǔn)角時(shí)投入強(qiáng)勵(lì)，使吸力加大，這樣電機(jī)進(jìn)入同步輕松、快速、平滑、無(wú)沖擊。 勵(lì)磁控制系統(tǒng)的投勵(lì)方式lzk勵(lì)磁

9、控制系統(tǒng)計(jì)時(shí)投勵(lì)如下：同步電動(dòng)機(jī)采用全壓異步啟動(dòng)可以計(jì)時(shí)投勵(lì)，時(shí)間投勵(lì)的原理是把電機(jī)啟動(dòng)的加速過(guò)程，用時(shí)間來(lái)計(jì)算。但是一般電機(jī)都優(yōu)先采用滑差投勵(lì)，只是在工況有復(fù)雜干擾的情況下，而且該干擾控制器無(wú)法濾除，給滑差投勵(lì)的頻率采樣造成困難，從而采用記時(shí)投勵(lì)。 勵(lì)磁控制系統(tǒng)的投勵(lì)方式空載啟動(dòng)的投勵(lì)情況：空載啟動(dòng)的投勵(lì)情況： n電機(jī)在空載情況下很快就能進(jìn)入亞同步，當(dāng)控制器在一定時(shí)間之內(nèi)檢測(cè)不到uf的頻率時(shí)，控制器就自動(dòng)認(rèn)為電機(jī)已經(jīng)進(jìn)入同步 。如下圖n對(duì)于某些轉(zhuǎn)速較低，凸極轉(zhuǎn)矩較強(qiáng)的電機(jī)空載或特輕載起動(dòng)時(shí)，往往在尚未投勵(lì)的情況下便自動(dòng)進(jìn)入同步，系統(tǒng)內(nèi)具有凸極性投勵(lì)控制環(huán)節(jié)，在電機(jī)進(jìn)入同步后的1-2秒內(nèi)自動(dòng)投

10、勵(lì)。電機(jī)進(jìn)入同步后，控制系統(tǒng)自動(dòng)控制勵(lì)磁電壓由強(qiáng)勵(lì)恢復(fù)到正常勵(lì)磁。勵(lì)磁控制系統(tǒng)的投勵(lì)方式強(qiáng)勵(lì)強(qiáng)勵(lì)n強(qiáng)勵(lì)方式：有“角度強(qiáng)勵(lì)”、“電流強(qiáng)勵(lì)”，“電壓強(qiáng)勵(lì)”三種方式任意選擇。一般采用“角度強(qiáng)勵(lì)”方式。n強(qiáng)勵(lì)電壓：設(shè)定值為電機(jī)正常運(yùn)行勵(lì)磁電壓的1.11.4倍，此值不超過(guò)勵(lì)磁電壓上限。n強(qiáng)勵(lì)電流：設(shè)定值為電機(jī)正常運(yùn)行勵(lì)磁電流的1.11.4倍，此值不超過(guò)勵(lì)磁電流上限。n強(qiáng)勵(lì)角度：設(shè)定值為強(qiáng)勵(lì)電流值運(yùn)行時(shí)的角度，此值不超過(guò)角度上限。n強(qiáng)勵(lì)時(shí)間：設(shè)定值為13s，一般為1s。勵(lì)磁勵(lì)磁n勵(lì)磁方式：有“恒角度”，“ 恒電流”，“ 恒電壓”，“ 恒功率因數(shù)”四種方式，可任意選擇。出廠(chǎng)一般為“恒角度”方式。因該運(yùn)行方式

11、為開(kāi)環(huán)調(diào)節(jié)，現(xiàn)場(chǎng)一般不采用“恒角度”方式。n勵(lì)磁電壓：根據(jù)電機(jī)負(fù)載類(lèi)型進(jìn)行設(shè)定，一般 為電機(jī)額定勵(lì)磁電壓的80%95%。n勵(lì)磁電流：根據(jù)電機(jī)負(fù)載類(lèi)型進(jìn)行設(shè)定，一般為電機(jī)額定勵(lì)磁電流的80%95%。n觸發(fā)角度：電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁電流對(duì)應(yīng)的角度。n功率因數(shù)：設(shè)定值為超前0.9001。第四章第四章 同步電動(dòng)機(jī)的失步危害、失步保護(hù)及同步電動(dòng)機(jī)的失步危害、失步保護(hù)及帶載自動(dòng)再整步技術(shù)帶載自動(dòng)再整步技術(shù)n同步電機(jī)的失步事故分為三類(lèi)：同步電機(jī)的失步事故分為三類(lèi)：n失勵(lì)失步失勵(lì)失步n帶勵(lì)失步帶勵(lì)失步n斷電失步斷電失步4.1.1 失勵(lì)失步失勵(lì)失步n失勵(lì)失步的現(xiàn)象失勵(lì)失步的現(xiàn)象：n（1）：電機(jī)丟轉(zhuǎn)不明顯，電機(jī)無(wú)

12、異常聲音；n（2）：定子過(guò)流不大；n（3）：表計(jì)顯示很大的電流值；n（4）：滅磁電阻會(huì)燒紅；n（5）：產(chǎn)生高壓，造成勵(lì)磁裝置主回路元件損壞； 4.1.2帶勵(lì)失步 導(dǎo)致帶勵(lì)失步的原因是：n（1）相鄰母線(xiàn)短路，引起母線(xiàn)電壓大幅度降低；近處大型機(jī)組或機(jī)組群瞬間啟動(dòng)引起母線(xiàn)電壓長(zhǎng)時(shí)間，較大幅度的降低見(jiàn)功角特性圖；n（2）電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中勵(lì)磁系統(tǒng)過(guò)早投勵(lì),即電機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中滑差沒(méi)有進(jìn)入臨界時(shí)就投入勵(lì)磁,此時(shí)由定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)還不足以拉動(dòng)轉(zhuǎn)子磁極,反而會(huì)產(chǎn)生失步。n（3）運(yùn)行中，電機(jī)短時(shí)間欠勵(lì)磁或失勵(lì)磁（如接插件接觸不良）引起失勵(lì)失步，從失勵(lì)失步過(guò)渡到帶勵(lì)失步；n（4）以及由于供電線(xiàn)路遭受雷擊，避雷器動(dòng)作；負(fù)

13、載突增（如壓縮機(jī)憋壓，軋鋼機(jī)咬冷鋼）等原因所引起。 電機(jī)帶有正?；蚪咏５闹绷鲃?lì)磁，而轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)卻不同步的異步運(yùn)行狀態(tài)，稱(chēng)為帶勵(lì)失步。帶勵(lì)失步。 圖 4-5 bzt電路 4.1.3 斷斷 電電 失失 步步 當(dāng)供電系統(tǒng)故障，引起供電線(xiàn)路自動(dòng)重合閘zch裝置或備用電源投入bzt裝置動(dòng)作，以及人工切換電源等，使同步電動(dòng)機(jī)的供電電源短暫中斷而導(dǎo)致失步稱(chēng)為斷電失步。圖 4-6 斷電失步時(shí)電網(wǎng)電壓曲線(xiàn) 0 斷電失步時(shí)定子波形的變化特征斷電失步時(shí)定子波形的變化特征 n 所謂“斷電”其實(shí)是一個(gè)不失壓的過(guò)程。電網(wǎng)失電后電壓不會(huì)立即消失，而是有一個(gè)非線(xiàn)性的變化過(guò)程。很明顯在只有同步電動(dòng)機(jī)的電網(wǎng)中，斷電失步后，電壓

14、衰減比只有異步電機(jī)的電網(wǎng)，有一個(gè)上升的區(qū)域。 tu存在同步電機(jī)的電網(wǎng)電壓曲線(xiàn)僅有異步電機(jī)的電網(wǎng)電壓曲線(xiàn) 西門(mén)子公司采用了在轉(zhuǎn)子回路加互感器的方式西門(mén)子公司采用了在轉(zhuǎn)子回路加互感器的方式 互 感 器n 說(shuō)明書(shū)中強(qiáng)調(diào)在滑差大于3%時(shí)能可靠動(dòng)作。而現(xiàn)場(chǎng)工況中，經(jīng)常出現(xiàn)滑差小于3%；當(dāng)電機(jī)因轉(zhuǎn)子回路斷路而失步時(shí)，也同樣檢測(cè)不到電流信號(hào)，起不到失步保護(hù)的作用。很明顯保護(hù)存在死區(qū)。 圖 4-10 西門(mén)子公司對(duì)轉(zhuǎn)子采樣圖 圖 4-11 本公司對(duì)轉(zhuǎn)子采樣圖分流計(jì) 霍爾傳感器 在轉(zhuǎn)子回路上串接分流計(jì)或是霍爾傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子里產(chǎn)在轉(zhuǎn)子回路上串接分流計(jì)或是霍爾傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子里產(chǎn)生的不衰減的交變電流波形信號(hào)，根據(jù)該波形

15、的特征來(lái)判斷生的不衰減的交變電流波形信號(hào)，根據(jù)該波形的特征來(lái)判斷是否失步。是否失步。 4.3lzk型勵(lì)磁控制系統(tǒng)失步再整步技術(shù)型勵(lì)磁控制系統(tǒng)失步再整步技術(shù)n為了達(dá)到帶載自動(dòng)再整步，必須要滿(mǎn)足以下幾點(diǎn)為了達(dá)到帶載自動(dòng)再整步，必須要滿(mǎn)足以下幾點(diǎn)n一：改善電機(jī)的異步驅(qū)動(dòng)特性一：改善電機(jī)的異步驅(qū)動(dòng)特性s0m0.51123465 異步驅(qū)動(dòng)特性曲線(xiàn)示意圖n 一般來(lái)說(shuō)，電機(jī)容量越大，額定轉(zhuǎn)速越慢，則由電機(jī)的異步驅(qū)動(dòng)特性圖看出，凹陷的深度越深，合理選擇接入電機(jī)的滅磁電阻的阻值，能夠改善電機(jī)的異步驅(qū)動(dòng)特性，消除凹陷； 二：減少甚至消除電機(jī)的異步制動(dòng)轉(zhuǎn)矩減少甚至消除電機(jī)的異步制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 異步制動(dòng)轉(zhuǎn)矩公式為： 異步制

16、動(dòng)轉(zhuǎn)矩與勵(lì)磁電勢(shì)e的平方成正比，即與轉(zhuǎn)子直流if的平方成正比，要消除異步制動(dòng)轉(zhuǎn)矩就是要進(jìn)行滅磁消除if。 三：與電機(jī)所帶負(fù)載性質(zhì)有關(guān)與電機(jī)所帶負(fù)載性質(zhì)有關(guān) 1.平穩(wěn)負(fù)載。如風(fēng)機(jī)、水泵等其負(fù)載特性與電機(jī)滑差有關(guān)； 2.脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。如往復(fù)式壓縮機(jī)； 3.沖擊性負(fù)載。如軋鋼機(jī)。 四：與再整步轉(zhuǎn)矩有關(guān)與再整步轉(zhuǎn)矩有關(guān) 整步轉(zhuǎn)矩即同步振蕩轉(zhuǎn)矩，在電機(jī)失步后的異步驅(qū)動(dòng)階段。起了引起機(jī)組震動(dòng)、增加機(jī)組的機(jī)械和電磁損耗，增大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩等有害的作用，但在電機(jī)暫態(tài)過(guò)程的再整步階段又起著重要的積極因數(shù)。電機(jī)將依靠此整步力矩，利用準(zhǔn)角和強(qiáng)勵(lì)的作用，將電機(jī)轉(zhuǎn)子拉入同步。21cddcdayexxesrrm再整步的整個(gè)過(guò)程為再整步的整個(gè)過(guò)程為:n 關(guān)橋關(guān)橋 n n 滅磁滅磁 n n 改善異步驅(qū)動(dòng)特性改善異步驅(qū)動(dòng)特性n 進(jìn)入臨界滑差進(jìn)入臨界滑差n n 帶載再整步帶載再整步n 達(dá)到同步運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到同步運(yùn)行狀態(tài)結(jié)束語(yǔ)結(jié)束語(yǔ)n同步電機(jī)廣泛應(yīng)用于冶金、水利、