浅谈某型燃气轮机起动电机的特点及应用
2014-12-24 04:08赵沛群
科技创新导报 2014年30期
赵沛群
摘 要：介绍了用于某型燃气轮机起动系统的电机（开关磁阻电机）比变频调速电机具有更高的效率、更大的起动转矩等特点，论证了开关磁阻电机在某型燃气轮机起动系统的工作特性及使用条件上，更适合于起动系统。
关键词：开关磁阻电机 变频调速电机 性能对比 高效节
中图分类号：TH24 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（c）-0040-01
随着我国日新月异的工业化进程，燃气轮机的应用越来越广泛。燃气轮机起动系统有多种形式，传统的变频调速电机的使用范围由于自身性能上的缺陷受到了限制。利用现代科技成果研制的开关磁阻电机应运而生。它具有体积小、功率密度大、起动电流小、效率高、节能等优点，特别适合于频繁起动的场合。
1 变频调速电机
1.1 概念和原理
交流异步感应电动机的转速公式是：n=f/p×（1-s）×60rpm，（其中n为同步速度，f为电源频率，p为电机极数，S为转差率），变频器就是通过改变电源频率来改变此类电机转速的。
它利用变频器内的运算电路，将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。这样经过调整的电压，送入电机，改变了电机转速。
1.2 性能特点
（1）变频器具有调频、调压、调速等基本功能，实现了对交流电机无极调速
（2）可以使电机以较小的起动电流，获得较大的起动转矩，具有一定的软起动性能。
1.3 现实存在的问题
（1）低速区效率仍然很差，没有改进。
（2）多个大功率逆变器的高次谐波叠加，容易对电网造成冲击和干扰。
（3）重负载下起动慢，电流仍然很大，并不能真正解决软起动问题。
2 开关磁阻电机
2.1 概念和原理
开关磁阻电机驱动系统，有电机本体和控制器两大部分有机构成。其电机部分由于是运用了“磁通总是沿磁阻最小路径闭合”的原理，故称为磁阻电动机，又由于线圈电流通断、磁通状态直接受高频电子开关控制（IGBT），故称为开关磁阻电动机。
所谓“磁阻最小原理”，即：“磁通总是沿着磁导最大，磁阻最小的路径闭合，从而在定转子突极间产生磁拉力，而磁力线具有力图缩短磁通路径以减小磁阻和增大磁导的本性，因而形成磁阻性质的电磁转矩”，使转子发生转动。
2.2 控制方式
目前应用的控制方式是低速时以电流斩波（CCC）为主（此时基本固定开通角和关断角），中速时以电流斩波（CCC）加角度控制（APC）的控制方式，高速时以角度控制（APC）为主。
2.3 基本性能特点
（1）起动电流小，起动转矩大。起动电流为额定电流的30%时，起动转矩即可达额定转矩的150%。
（2）可重载轻松起动，不需要任何辅助软起动，而且起动时间很快，。
（3）“超高效”电机。系统在低、中、高宽广的速度范围内，都具有平均80%以上的效率，这是变频调速电机难以达到的。
（4）自动感知负载变化，调整电流大小，空载时电流很小，轻载时候电流“按需索取”，从本质上实现节能。
（5）可频繁带载起、停，可正反、向频繁转换运行（60min1000次）。
2.4 实际存在的问题
（1）满负载时噪音偏大。尤其是频繁加载、降载或过载运行时，表现出间歇式的高电磁噪音。
（2）低速脉动，即低速振动偏大。
上述两个缺点，随着科技的进步、工艺水平的提高是可以逐步解决的。
3 开关磁阻电机驱动系统和变频调速电机系统的主要特性比较
通过上述说明，开关磁阻电机和变频起动电各有千秋。下面我们通过一些主要的性能曲线，做一个详细的对比。
3.1 （低速区、不同负载）效率对比
下边的实验分别测定了37 kW的普通开关磁阻电机、变频器高效三相异步电机在三种转速不同负载下的效率。从结果可以看出，开关磁阻电机“在宽广的转速范围内，都具有很高的效率”的特性。
3.2 额定功率下SRM和变频器的效率对比
从图中可以看出，在额定功率下，转速越高SRM和变频器的效率越接近，可见变频器适用于较高的转速的条件，相比而言SRM则受转速影响较小。但几乎在任何一个转速下，SRM的效率都要高于变频调速系统的效率。
4 结论
从以上各方面性能对比可以看出，开关磁阻电机作为某型燃气轮机起动系统中的起动电机，是一中比较理想代驱动设备，较之变频调速电机，其性能更胜一筹，它逐步取代传统的交流感应电机及其变频调速系统的时代已为时不远了。
参考文献
[1] 刘迪吉，主编.开关磁阻调速电机[M].机械工业出版社，1994.
[2] 王宏华，主编.磁阻电动机调速控制技术[M].机械工业出版社，1995.endprint
摘 要：介绍了用于某型燃气轮机起动系统的电机（开关磁阻电机）比变频调速电机具有更高的效率、更大的起动转矩等特点，论证了开关磁阻电机在某型燃气轮机起动系统的工作特性及使用条件上，更适合于起动系统。
关键词：开关磁阻电机 变频调速电机 性能对比 高效节
中图分类号：TH24 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（c）-0040-01
随着我国日新月异的工业化进程，燃气轮机的应用越来越广泛。燃气轮机起动系统有多种形式，传统的变频调速电机的使用范围由于自身性能上的缺陷受到了限制。利用现代科技成果研制的开关磁阻电机应运而生。它具有体积小、功率密度大、起动电流小、效率高、节能等优点，特别适合于频繁起动的场合。
1 变频调速电机
1.1 概念和原理
交流异步感应电动机的转速公式是：n=f/p×（1-s）×60rpm，（其中n为同步速度，f为电源频率，p为电机极数，S为转差率），变频器就是通过改变电源频率来改变此类电机转速的。
它利用变频器内的运算电路，将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。这样经过调整的电压，送入电机，改变了电机转速。
1.2 性能特点
（1）变频器具有调频、调压、调速等基本功能，实现了对交流电机无极调速
（2）可以使电机以较小的起动电流，获得较大的起动转矩，具有一定的软起动性能。
1.3 现实存在的问题
（1）低速区效率仍然很差，没有改进。
（2）多个大功率逆变器的高次谐波叠加，容易对电网造成冲击和干扰。
（3）重负载下起动慢，电流仍然很大，并不能真正解决软起动问题。
2 开关磁阻电机
2.1 概念和原理
开关磁阻电机驱动系统，有电机本体和控制器两大部分有机构成。其电机部分由于是运用了“磁通总是沿磁阻最小路径闭合”的原理，故称为磁阻电动机，又由于线圈电流通断、磁通状态直接受高频电子开关控制（IGBT），故称为开关磁阻电动机。
所谓“磁阻最小原理”，即：“磁通总是沿着磁导最大，磁阻最小的路径闭合，从而在定转子突极间产生磁拉力，而磁力线具有力图缩短磁通路径以减小磁阻和增大磁导的本性，因而形成磁阻性质的电磁转矩”，使转子发生转动。
2.2 控制方式
目前应用的控制方式是低速时以电流斩波（CCC）为主（此时基本固定开通角和关断角），中速时以电流斩波（CCC）加角度控制（APC）的控制方式，高速时以角度控制（APC）为主。
2.3 基本性能特点
（1）起动电流小，起动转矩大。起动电流为额定电流的30%时，起动转矩即可达额定转矩的150%。
（2）可重载轻松起动，不需要任何辅助软起动，而且起动时间很快，。
（3）“超高效”电机。系统在低、中、高宽广的速度范围内，都具有平均80%以上的效率，这是变频调速电机难以达到的。
（4）自动感知负载变化，调整电流大小，空载时电流很小，轻载时候电流“按需索取”，从本质上实现节能。
（5）可频繁带载起、停，可正反、向频繁转换运行（60min1000次）。
2.4 实际存在的问题
（1）满负载时噪音偏大。尤其是频繁加载、降载或过载运行时，表现出间歇式的高电磁噪音。
（2）低速脉动，即低速振动偏大。
上述两个缺点，随着科技的进步、工艺水平的提高是可以逐步解决的。
3 开关磁阻电机驱动系统和变频调速电机系统的主要特性比较
通过上述说明，开关磁阻电机和变频起动电各有千秋。下面我们通过一些主要的性能曲线，做一个详细的对比。
3.1 （低速区、不同负载）效率对比
下边的实验分别测定了37 kW的普通开关磁阻电机、变频器高效三相异步电机在三种转速不同负载下的效率。从结果可以看出，开关磁阻电机“在宽广的转速范围内，都具有很高的效率”的特性。
3.2 额定功率下SRM和变频器的效率对比
从图中可以看出，在额定功率下，转速越高SRM和变频器的效率越接近，可见变频器适用于较高的转速的条件，相比而言SRM则受转速影响较小。但几乎在任何一个转速下，SRM的效率都要高于变频调速系统的效率。
4 结论
从以上各方面性能对比可以看出，开关磁阻电机作为某型燃气轮机起动系统中的起动电机，是一中比较理想代驱动设备，较之变频调速电机，其性能更胜一筹，它逐步取代传统的交流感应电机及其变频调速系统的时代已为时不远了。
参考文献
[1] 刘迪吉，主编.开关磁阻调速电机[M].机械工业出版社，1994.
[2] 王宏华，主编.磁阻电动机调速控制技术[M].机械工业出版社，1995.endprint
摘 要：介绍了用于某型燃气轮机起动系统的电机（开关磁阻电机）比变频调速电机具有更高的效率、更大的起动转矩等特点，论证了开关磁阻电机在某型燃气轮机起动系统的工作特性及使用条件上，更适合于起动系统。
关键词：开关磁阻电机 变频调速电机 性能对比 高效节
中图分类号：TH24 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（c）-0040-01
随着我国日新月异的工业化进程，燃气轮机的应用越来越广泛。燃气轮机起动系统有多种形式，传统的变频调速电机的使用范围由于自身性能上的缺陷受到了限制。利用现代科技成果研制的开关磁阻电机应运而生。它具有体积小、功率密度大、起动电流小、效率高、节能等优点，特别适合于频繁起动的场合。
1 变频调速电机
1.1 概念和原理
交流异步感应电动机的转速公式是：n=f/p×（1-s）×60rpm，（其中n为同步速度，f为电源频率，p为电机极数，S为转差率），变频器就是通过改变电源频率来改变此类电机转速的。
它利用变频器内的运算电路，将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。这样经过调整的电压，送入电机，改变了电机转速。
1.2 性能特点
（1）变频器具有调频、调压、调速等基本功能，实现了对交流电机无极调速
（2）可以使电机以较小的起动电流，获得较大的起动转矩，具有一定的软起动性能。
1.3 现实存在的问题
（1）低速区效率仍然很差，没有改进。
（2）多个大功率逆变器的高次谐波叠加，容易对电网造成冲击和干扰。
（3）重负载下起动慢，电流仍然很大，并不能真正解决软起动问题。
2 开关磁阻电机
2.1 概念和原理
开关磁阻电机驱动系统，有电机本体和控制器两大部分有机构成。其电机部分由于是运用了“磁通总是沿磁阻最小路径闭合”的原理，故称为磁阻电动机，又由于线圈电流通断、磁通状态直接受高频电子开关控制（IGBT），故称为开关磁阻电动机。
所谓“磁阻最小原理”，即：“磁通总是沿着磁导最大，磁阻最小的路径闭合，从而在定转子突极间产生磁拉力，而磁力线具有力图缩短磁通路径以减小磁阻和增大磁导的本性，因而形成磁阻性质的电磁转矩”，使转子发生转动。
2.2 控制方式
目前应用的控制方式是低速时以电流斩波（CCC）为主（此时基本固定开通角和关断角），中速时以电流斩波（CCC）加角度控制（APC）的控制方式，高速时以角度控制（APC）为主。
2.3 基本性能特点
（1）起动电流小，起动转矩大。起动电流为额定电流的30%时，起动转矩即可达额定转矩的150%。
（2）可重载轻松起动，不需要任何辅助软起动，而且起动时间很快，。
（3）“超高效”电机。系统在低、中、高宽广的速度范围内，都具有平均80%以上的效率，这是变频调速电机难以达到的。
（4）自动感知负载变化，调整电流大小，空载时电流很小，轻载时候电流“按需索取”，从本质上实现节能。
（5）可频繁带载起、停，可正反、向频繁转换运行（60min1000次）。
2.4 实际存在的问题
（1）满负载时噪音偏大。尤其是频繁加载、降载或过载运行时，表现出间歇式的高电磁噪音。
（2）低速脉动，即低速振动偏大。
上述两个缺点，随着科技的进步、工艺水平的提高是可以逐步解决的。
3 开关磁阻电机驱动系统和变频调速电机系统的主要特性比较
通过上述说明，开关磁阻电机和变频起动电各有千秋。下面我们通过一些主要的性能曲线，做一个详细的对比。
3.1 （低速区、不同负载）效率对比
下边的实验分别测定了37 kW的普通开关磁阻电机、变频器高效三相异步电机在三种转速不同负载下的效率。从结果可以看出，开关磁阻电机“在宽广的转速范围内，都具有很高的效率”的特性。
3.2 额定功率下SRM和变频器的效率对比
从图中可以看出，在额定功率下，转速越高SRM和变频器的效率越接近，可见变频器适用于较高的转速的条件，相比而言SRM则受转速影响较小。但几乎在任何一个转速下，SRM的效率都要高于变频调速系统的效率。
4 结论
从以上各方面性能对比可以看出，开关磁阻电机作为某型燃气轮机起动系统中的起动电机，是一中比较理想代驱动设备，较之变频调速电机，其性能更胜一筹，它逐步取代传统的交流感应电机及其变频调速系统的时代已为时不远了。
参考文献
[1] 刘迪吉，主编.开关磁阻调速电机[M].机械工业出版社，1994.
[2] 王宏华，主编.磁阻电动机调速控制技术[M].机械工业出版社，1995.endprint
