同步電機(jī)勵磁PPT

1、同步機(jī)勵磁控制系統(tǒng)的原理及應(yīng)用,同步電機(jī)勵磁裝置,蘇州友明科技有限公司,同步電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)的原理及應(yīng)用,序言 主回路的選擇 同步電機(jī)的投勵方式 同步電動機(jī)的失步危害、失步保護(hù)及帶載自動再整步技術(shù),第一章 序言,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)送無功功率，支持電網(wǎng)電壓，在我國各行業(yè)已得到廣泛應(yīng)用。 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)行中需吸收無功功率，對于一個(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)（隨著碳刷耐磨程度提高，許多大功率高速電機(jī)也越來越多的選用同步

2、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)輸出的無功功率與異步電機(jī)所吸收的無功功率相平衡且略有富裕。,序言,同步電動機(jī)在工業(yè)中的應(yīng)用：,同步、異步電動機(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,異步電動機(jī),同步電動機(jī),同步電動機(jī)通過增加電機(jī)的勵磁電流，可以實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)無功補(bǔ)償,序言,同步電機(jī)工作U形曲線,同步電機(jī)補(bǔ)償意義,這樣既提高同步電動機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，又

3、給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。,序言,第二章 勵磁主回路的合理選配,傳統(tǒng)半控、全控橋勵磁主回路的比較 改進(jìn)型半控、全控橋勵磁主回路比較 勵磁控制系統(tǒng)主回路元件選配,主回路的選擇,主回路的選擇,傳統(tǒng)全控橋主回路,電機(jī)起動時(shí)，隨著電機(jī)起動過程滑差減小，轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)感應(yīng)電勢逐步減少，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到50%以上時(shí)，勵磁回路感應(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電流不對稱，由此同樣形成脈振轉(zhuǎn)矩，造成電機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)烈振動，損傷電機(jī)。因此傳統(tǒng)主回路逐漸被淘汰。,（1）采用全控橋式電路，停機(jī)時(shí)或失步時(shí)，其勵磁控制系統(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)電壓相對穩(wěn)定、主回路

4、（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停止。上述條件只要某一條件不能滿足，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)行的勵磁裝置停車后不能再次順利開車，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)主回路元件或控制回路損壞的實(shí)例。 （2）采用全控橋式電路，由于勵磁繞組系電感性負(fù)載，當(dāng)可控硅導(dǎo)通角較小電壓波形出現(xiàn)過零時(shí)，就會有電流從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。 （3）全控橋式電路作為勵磁裝置的主電路，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

5、運(yùn)行，一套熱備用。當(dāng)一套控制系統(tǒng)故障時(shí)，自動切換到另一套備用系統(tǒng)。但是采用多CPU備份沒有實(shí)際意義，復(fù)雜的備份邏輯會減少系統(tǒng)的平均無故障工作時(shí)間，影響可靠性。,主回路的選擇,斷勵續(xù)流滅磁或阻容滅磁，可靠性高 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)更換勵磁控制插件 線路相對簡潔可靠,主回路的選擇,改進(jìn)型半控橋式勵磁裝置主回路特點(diǎn),（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續(xù)流滅磁方式，或者兩者皆用。 A:斷勵續(xù)流滅磁方式是在電機(jī)失步或停機(jī)時(shí)，勵磁控制系統(tǒng)立即停發(fā)觸發(fā)脈沖，通過控制回路斷開勵磁主回路接觸器。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

6、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)型半控橋主回路優(yōu)點(diǎn),主回路的選擇,勵磁控制系統(tǒng)半控橋主回路優(yōu)點(diǎn),（2）滅磁電阻狀態(tài)； 采用半控橋式電路，就不會有電流從Rf、KZ回路續(xù)流，而是通過可控硅和最后一個(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)行過程中處于冷態(tài)；,主回路的選擇,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。,第三章 勵磁控制系統(tǒng)的投勵方式,滑差投勵 1.傳統(tǒng)勵磁采用順極性投勵 2.LZK微機(jī)型勵磁系統(tǒng)，按照“準(zhǔn)角強(qiáng)勵”原則設(shè)計(jì) 。 計(jì)時(shí)投勵,勵磁控制系統(tǒng)的投勵方式,傳統(tǒng)投勵方式,傳統(tǒng)投勵方式，由于

7、投勵時(shí)間選擇不當(dāng)，出現(xiàn)投勵瞬間，電機(jī)震蕩，在現(xiàn)場往往能夠聽到?jīng)_擊聲。（如右圖） 傳統(tǒng)采用投勵插件式分立元件結(jié)構(gòu)，投勵環(huán)節(jié)精度不高，易發(fā)生故障。,勵磁控制系統(tǒng)的投勵方式,LZK微機(jī)型勵磁系統(tǒng)投勵方式,滑差投勵 采用準(zhǔn)角強(qiáng)勵 所謂準(zhǔn)角投勵，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)投勵瞬間在轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生的磁場與定子繞組產(chǎn)生的磁場互相吸引力最大（即定子磁場的N極與投勵后轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的S極相吸）。在準(zhǔn)角時(shí)投入強(qiáng)勵，使吸力加大，這樣電機(jī)進(jìn)入同步輕松、快速、平滑、無沖擊。,勵磁控制系統(tǒng)的投勵方式,LZK勵磁控制系統(tǒng)計(jì)時(shí)投勵如下：同步電動機(jī)采用全壓

8、異步啟動可以計(jì)時(shí)投勵，時(shí)間投勵的原理是把電機(jī)啟動的加速過程，用時(shí)間來計(jì)算。但是一般電機(jī)都優(yōu)先采用滑差投勵，只是在工況有復(fù)雜干擾的情況下，而且該干擾控制器無法濾除，給滑差投勵的頻率采樣造成困難，從而采用記時(shí)投勵。,勵磁控制系統(tǒng)的投勵方式,空載啟動的投勵情況：,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)檢測不到Uf的頻率時(shí)，控制器就自動認(rèn)為電機(jī)已經(jīng)進(jìn)入同步 。如下圖,對于某些轉(zhuǎn)速較低，凸極轉(zhuǎn)矩較強(qiáng)的電機(jī)空載或特輕載起動時(shí)，往往在尚未投勵的情況下便自動進(jìn)入同步，系統(tǒng)內(nèi)具有凸極性投勵控制環(huán)節(jié)，在電機(jī)進(jìn)入同步后的1-2秒內(nèi)自動投勵。電機(jī)進(jìn)入同步后，控制系統(tǒng)自動控制勵磁電壓由強(qiáng)勵恢復(fù)到正常

9、勵磁。,勵磁控制系統(tǒng)的投勵方式,強(qiáng)勵,強(qiáng)勵方式：有“角度強(qiáng)勵”、“電流強(qiáng)勵”，“電壓強(qiáng)勵”三種方式任意選擇。一般采用“角度強(qiáng)勵”方式。 強(qiáng)勵電壓：設(shè)定值為電機(jī)正常運(yùn)行勵磁電壓的1.11.4倍，此值不超過勵磁電壓上限。 強(qiáng)勵電流：設(shè)定值為電機(jī)正常運(yùn)行勵磁電流的1.11.4倍，此值不超過勵磁電流上限。 強(qiáng)勵角度：設(shè)定值為強(qiáng)勵電流值運(yùn)行時(shí)的角度，此值不超過角度上限。 強(qiáng)勵時(shí)間：設(shè)定值為13S，一般為1S。,勵磁,勵磁方式：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。出廠一般為“恒角度”方式。因該運(yùn)行方式為開環(huán)調(diào)節(jié)，現(xiàn)場一般不采用“恒角度”方式。 勵磁電壓：根據(jù)電機(jī)

10、負(fù)載類型進(jìn)行設(shè)定，一般 為電機(jī)額定勵磁電壓的80%95%。 勵磁電流：根據(jù)電機(jī)負(fù)載類型進(jìn)行設(shè)定，一般為電機(jī)額定勵磁電流的80%95%。 觸發(fā)角度：電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，勵磁電流對應(yīng)的角度。 功率因數(shù)：設(shè)定值為超前0.9001。,第四章 同步電動機(jī)的失步危害、失步保護(hù)及帶載自動再整步技術(shù),同步電機(jī)的失步事故分為三類： 失勵失步 帶勵失步 斷電失步,4.1.1 失勵失步,失勵失步的現(xiàn)象： （1）：電機(jī)丟轉(zhuǎn)不明顯，電機(jī)無異常聲音； （2）：定子過流不大； （3）：表計(jì)顯示很大的電流值； （4）：滅磁電阻會燒紅； （5）：產(chǎn)生高壓，造成勵磁裝置主回路元件損壞；,4.1.2帶勵失步,導(dǎo)致帶勵失步的原因是： （

11、1）相鄰母線短路，引起母線電壓大幅度降低；近處大型機(jī)組或機(jī)組群瞬間啟動引起母線電壓長時(shí)間，較大幅度的降低見功角特性圖； （2）電機(jī)起動過程中勵磁系統(tǒng)過早投勵,即電機(jī)在啟動過程中滑差沒有進(jìn)入臨界時(shí)就投入勵磁,此時(shí)由定子產(chǎn)生的磁場還不足以拉動轉(zhuǎn)子磁極,反而會產(chǎn)生失步。 （3）運(yùn)行中，電機(jī)短時(shí)間欠勵磁或失勵磁（如接插件接觸不良）引起失勵失步，從失勵失步過渡到帶勵失步； （4）以及由于供電線路遭受雷擊，避雷器動作；負(fù)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闹绷鲃畲?，而轉(zhuǎn)子磁場卻不同步的異步運(yùn)行狀態(tài)，稱為帶勵失步。,圖 4-5 BZT電路,4.1.3 斷 電 失 步,

12、當(dāng)供電系統(tǒng)故障，引起供電線路自動重合閘ZCH裝置或備用電源投入BZT裝置動作，以及人工切換電源等，使同步電動機(jī)的供電電源短暫中斷而導(dǎo)致失步稱為斷電失步。,圖 4-6 斷電失步時(shí)電網(wǎng)電壓曲線,0,斷電失步時(shí)定子波形的變化特征,所謂“斷電”其實(shí)是一個(gè)不失壓的過程。電網(wǎng)失電后電壓不會立即消失，而是有一個(gè)非線性的變化過程。很明顯在只有同步電動機(jī)的電網(wǎng)中，斷電失步后，電壓衰減比只有異步電機(jī)的電網(wǎng)，有一個(gè)上升的區(qū)域。,西門子公司采用了在轉(zhuǎn)子回路加互感器的方式,說明書中強(qiáng)調(diào)在滑差大于3%時(shí)能可靠動作。而現(xiàn)場工況中，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)，也同樣檢測不到電流信號，起不到失步保護(hù)的作

13、用。很明顯保護(hù)存在死區(qū)。,圖 4-10 西門子公司對轉(zhuǎn)子采樣圖,圖 4-11 本公司對轉(zhuǎn)子采樣圖,在轉(zhuǎn)子回路上串接分流計(jì)或是霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)子里產(chǎn)生的不衰減的交變電流波形信號，根據(jù)該波形的特征來判斷是否失步。,4.3LZK型勵磁控制系統(tǒng)失步再整步技術(shù),為了達(dá)到帶載自動再整步，必須要滿足以下幾點(diǎn) 一：改善電機(jī)的異步驅(qū)動特性,異步驅(qū)動特性曲線示意圖,一般來說，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)動特性，消除凹陷；,二：減少甚至消除電機(jī)的異步制動轉(zhuǎn)矩 異步制動轉(zhuǎn)矩公式為： 異步制動轉(zhuǎn)矩與勵磁電勢E的平方成正比

14、，即與轉(zhuǎn)子直流If的平方成正比，要消除異步制動轉(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) 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) 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)動階段。起了引起機(jī)組震動、增加機(jī)組的機(jī)械和電磁損耗，增大制動轉(zhuǎn)矩等有害的作用，但在電機(jī)暫態(tài)過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)勵的作用，將電機(jī)轉(zhuǎn)子拉入同步。,再整步的整個(gè)過程為:,關(guān)橋 滅磁 改善異步驅(qū)動特性 進(jìn)入臨界滑差 帶載再整步 達(dá)到同步運(yùn)行狀態(tài),結(jié)束語,同步電機(jī)廣泛應(yīng)用于冶金、水利、石化、建材、礦山、電力等工業(yè)領(lǐng)域，完善的勵磁控制系統(tǒng)是其不可缺少的重要部