同步電動機的啟動及運行

1、同步電動機的啟動及運行武漢市排水泵站管理處常青排水站：耿金枝、姜學(xué)力關(guān)鍵詞：同步電動機啟動運行同步電動機和異步電動機一樣，是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的一種旋轉(zhuǎn)電機，同步電動計時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速始終與定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相同的一類交流電機。按照功率轉(zhuǎn)換方式，同步電機可分為同步電動機、同步發(fā)電機、同步調(diào)相機三類。同步電動機將電能轉(zhuǎn)化為機械能，用來驅(qū)動負載，由于同步電動機轉(zhuǎn)速恒定，適宜于要求轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的場所，目前大多數(shù)大中型排灌站采用的同步電動機；同步發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能，由于交流電在輸送和使用方面的優(yōu)點，現(xiàn)在全世界發(fā)電量幾乎全部都是同步發(fā)電機發(fā)生的；同步調(diào)相機實際上就是一臺空載運行的同步電動機，專門用來調(diào)節(jié)電

2、網(wǎng)的功率因數(shù)。一、同步電動機的構(gòu)造同步電動機按機構(gòu)形式不同，可分為旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式兩種。旋轉(zhuǎn)電樞式電機僅僅只適用于小容量的同步電動機；而旋轉(zhuǎn)磁極式電機按照磁極形式又可分為凸極式和隱極式，隱極式轉(zhuǎn)子做成圓柱形，轉(zhuǎn)子上無凸曲的磁極，氣隙是均勻的，勵磁繞組為分布繞組，一般用于兩極電機；而凸極式轉(zhuǎn)子有明顯的凸由的磁極，氣隙不均勻，極靴下的氣隙小，極間部分的氣隙較大，勵磁繞組為集中繞組，一般用于四級以上的電機。從總體結(jié)構(gòu)上看，常見的同步電動機都是由建立磁場的轉(zhuǎn)子和產(chǎn)生電動勢的定子兩大部分組成。轉(zhuǎn)子和定子之間沒有機械的和電的聯(lián)系，他們是依靠氣隙磁場聯(lián)系起來的，依靠磁場進行能量的傳遞和轉(zhuǎn)換。定子部分是

3、由定子鐵芯和定子繞組組成。機座、端蓋和風(fēng)道等也屬于定子部分。定子鐵芯是磁場通過的部分，一般由0.35mm或0.5mm厚的硅鋼片沖成有開口槽的扇形片迭成。每迭厚約46mm,迭與迭之間留有1mm寬的通風(fēng)溝，鐵芯槽中線圈按一定規(guī)律連接構(gòu)成空間互成120°的三相對稱線組。轉(zhuǎn)子的主要作用就是產(chǎn)生磁場，當它旋轉(zhuǎn)時就會在定子線圈中感應(yīng)由交流電動勢，同時把軸上輸入的機械功率轉(zhuǎn)換為電磁功率。因此轉(zhuǎn)子主要是由導(dǎo)電的勵磁繞組和導(dǎo)磁的鐵芯兩部分組成。上下機架和軸承。同步電動機的軸承有導(dǎo)軸承和推力軸承兩種，在上下機架中均裝有導(dǎo)軸承，主要作用是防止軸的擺動。推力軸承承受轉(zhuǎn)子重量、水泵轉(zhuǎn)動部分重量和水流產(chǎn)生的軸向

4、推力。二、同步電動機的工作原理當三相交流電源加在三相同步電動機的定子繞組時，便有三項對稱電流流過定子的三相對稱繞組，并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。這時如果在轉(zhuǎn)子勵磁繞組中通以直流電，由于電磁感應(yīng)原理，轉(zhuǎn)子便會在旋轉(zhuǎn)磁場中隨旋轉(zhuǎn)磁場以相同的轉(zhuǎn)速一起旋轉(zhuǎn)。故稱之為同步電動機。由于電動機空載運行時總存在阻力，因此轉(zhuǎn)子磁極的軸線總要滯后旋轉(zhuǎn)磁場軸線一個很小的角度，以增大電磁轉(zhuǎn)矩，角度越大，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩越大，使電動機轉(zhuǎn)速仍保持同步狀態(tài)。當負載轉(zhuǎn)矩超過同步轉(zhuǎn)矩時，旋轉(zhuǎn)磁場就無法拖著轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象稱為失步，同步電動機不能正常工作。三、同步電動機的啟動同步電動機因本身沒有啟動轉(zhuǎn)矩，所以同步電機自身是不能啟動的，

5、這是它的一大缺點。因為把同步電動機的定子直接投入電網(wǎng)，則定子旋轉(zhuǎn)磁場為同步轉(zhuǎn)速，而轉(zhuǎn)子不動，定子、轉(zhuǎn)子磁場之間具有相對運動，不能產(chǎn)生平均的同步電磁轉(zhuǎn)矩，從而電機將不能轉(zhuǎn)動。同步電動機的啟動方法一般有三種：輔助電動機啟動法；調(diào)頻啟動法；異步啟動法。輔助電動機法不宜用來啟動帶有負載的同步電動機，而采用大容量的輔助電動機又顯得很不經(jīng)濟；調(diào)頻啟動法則需要有一個變頻電源，使得設(shè)備的投資費用高。這兩種方法均在特殊情況下采用，最常用的啟動方法是異步啟動法。許多大、中型的同步電動機，在轉(zhuǎn)子磁極表面上裝有類似異步電動機鼠籠轉(zhuǎn)子的短路繞組，稱為啟動繞組，具結(jié)構(gòu)和同步發(fā)電機的阻尼繞組一樣。同步電動機的啟動過程分為兩

6、個階段：當定子繞組接入電網(wǎng)后，在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，并在轉(zhuǎn)子的啟動繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流，此電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，這一過程稱為異步啟動階段；當轉(zhuǎn)速上升到接近同步轉(zhuǎn)速時，即亞同步轉(zhuǎn)速(95洞步轉(zhuǎn)速)，將勵磁繞組通入直流勵磁，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生直流磁場，此時定子、轉(zhuǎn)子磁場間具有相互吸引力而產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩，將轉(zhuǎn)子拉入同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，即稱為拉入同步階段。在異步啟動時，勵磁繞組切忌開路，否則啟動時勵磁繞組內(nèi)將感應(yīng)危險的高壓，將繞組絕緣擊穿并可能引起人身事故。而把勵磁繞組短路則會產(chǎn)生較大的單軸轉(zhuǎn)矩，啟動點流也很大，所以啟動時，勵磁繞組通常通過電阻短接，其阻值約為勵磁繞組的510倍左右。四、同步電動機

7、的運行及故障1、溫度過高同步電動機運行中，如定子和轉(zhuǎn)子電流、定子電壓、功率因數(shù)等都在正常允許的范圍內(nèi)，定子線圈或定子鐵芯的溫度升高，超過正常運行的數(shù)值時，就應(yīng)判斷電動機發(fā)生了異常情況，首先應(yīng)對各個測量儀表的指示進行分析，找由原因，進行適當?shù)奶幚怼?1)定子溫度異常升高它可能是定子溫度表失靈。測量定子溫度用的電阻測溫元件的電阻值有的會在運行中逐步增大，甚至開路，這時就會由現(xiàn)奧一點溫度突然上升的現(xiàn)象。(2)負載不正常同步電動機如果沒有按照規(guī)定的條件運行，造成電壓、電流、功率因數(shù)及轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)與銘牌值有較大的差異。就會造成鐵損、銅損的增加，使定子、轉(zhuǎn)子線圈的溫度升高。(3)電動機通風(fēng)不良當風(fēng)道被堵塞，

8、如電機的氣隙、徑向風(fēng)道及進口處的過濾器等處被灰、飛絮等堵塞，造成通風(fēng)效果不良，即會導(dǎo)致電機的溫度升高。(4)電機內(nèi)部積塵在工作條件較差的場所，粉、飛絮等進入電機內(nèi)部，堆積在散熱表面上使電機散熱困難，引起溫度升高。如果發(fā)現(xiàn)電動機溫度升高，應(yīng)首先檢查電機的負載情況是否正常，其次需要檢查電機是否在正常范圍內(nèi)運行。2、定子繞組損壞電動機由于定子線圈絕緣擊穿、接頭開焊等情況會引起接地或相間故障。造成電壓下降、波動，同時可以聽到強烈的響聲，并在觀察窗口可以看見電弧的火花。此時應(yīng)緊急停機，組織滅火，進行事故處理。3、同步電動機轉(zhuǎn)子接地大型同步電動機轉(zhuǎn)子接地是轉(zhuǎn)子線圈直接與磁極鐵芯之間的絕緣有損壞造成線圈直接

9、與鐵芯相碰或局部絕緣電阻降到相當?shù)偷某潭?，這時會發(fā)生同步電動機轉(zhuǎn)子接地故障。轉(zhuǎn)子發(fā)生一點接地時，因無法構(gòu)成回路，電機仍可以正常運轉(zhuǎn)，一旦發(fā)生兩點接地，就有可能燒毀轉(zhuǎn)子線圈。一般在轉(zhuǎn)子發(fā)生一點接地時，都有接地保護，此時應(yīng)立即停機進行事故處理，防止事故的擴大。4、同步電動機的失磁在運行中，由于勵磁系統(tǒng)故障，轉(zhuǎn)子勵磁回路斷線或勵磁變阻器接觸不良，使轉(zhuǎn)子磁場消失，這種現(xiàn)象叫做失磁。失磁后電機不能長期運行，否則燒毀繞組，因此失磁后必須馬上停機，檢察原因并排除故障。同步電機失磁主要表現(xiàn)為：轉(zhuǎn)子勵磁電流突然下降到零或接近于零，勵磁電壓也接近于零，定子電流增加并由現(xiàn)指示表針擺動。失磁故障一般有以下幾個方面的原因：1、勵磁繞組斷線。2、勵磁系統(tǒng)故障。3、電刷接觸不良，彈簧失去壓力。五、結(jié)束語限于作者水平，只是對同步電動機的啟