浅析同步电动机运行过程中的励磁控制技术

王书岩（河北省电子信息技术研究院,石家庄 050071）

浅析同步电动机运行过程中的励磁控制技术

王书岩
（河北省电子信息技术研究院,石家庄 050071）

摘 要:励磁控制技术在同步电动机运行的过程中，起着关键的作用。本文将论述在动态稳态等不同情况下，同步电动机运行过程中通过励磁控制的调节、控制方式的选择两方面来保证电动机的运行效率，并以无刷同步电动机的起动控制为例，说明起动对同步电动机的运行有着深远影响。

关键词：励磁控制技术；同步电动机；运行

0 引言

同步电动机主要应用于功率因数可调、功率大、且拖动无需调速的场地。在同步电动机运行的过程中，励磁控制技术直接影响了同步电动机正常的工作效率。然而在运行的过程中励磁控制技术不当使用是导致故障多发的原因所在，使用传统的调节方式对励磁系统的控制非常困难。本文对励磁控制新的技术进行探索，旨在掌握好励磁控制的技术大关，保证励磁控制系统体制化、标准化得以实现。

1 同步电动机运行过程中励磁控制的调节

在进行自动调节的过程中，选择同步电动机的功角δ和功率因数cos作为运算参数是使计算励磁电流大小更加简单明了方式。对于δ 和cos这两个调节参数，以cos为主要计算参数，δ仅为辅助参与运算。在电动机处于稳态下，为使cos也处于恒定状态必须调节励磁电流的大小来实现，以保证同步电动机的运行效率。但在动态的情况下，就要通过功角δ对励磁强度进行的调节来增强同步电动机运行的稳定性。

2 控制方式的选择

同步电动机在运行过程中，励磁控制系统存有多方面的不可控制的变数。然而传统的控制技术并不能达到控制同步电动机正常运行的要求。通过自适应算法、校正的算法只能解决励磁控制系统中非线性的问题，而且校正和自适应的数学算法非常复杂、运算量也大。因为传统的控制技术是有一定局限性的，尤其在实现同步电动机励磁控制的时效性上更是无法满足要求。所以要选择更符合人类思维模式的控制方式，这就是PID智能控制算法。这一算法能根据逻辑知识对模糊信息进行处理和决策，应用到自动控制系统中，从而解决在同步电动机在运行过程中，励磁控制系统存在的非线性、时变等不确定因素。在同步电动机励磁调节器的开发设计中已经融入了PID的控制思想，针对同步电动机的自身特性进行加工改造。主要利用调节功率因数的方式保证运行效率，同时利用功角的调节保证动态情况下同步电动机的稳定运行。

3 同步电动机的起动

启动平稳是实现同步电动机正常运行的关键，其中旋转励磁器是对无刷同步电动机进行起动控制的重要组成部分。工作人员应了解旋转励磁器的主要回路，明确其是由整流的可控硅组成，在这个背景下，要将其组成一个起动支路，就需要使用三相全控桥式的整流电路，从而发挥最好的效果。这个起动支路要根据二极管D、可控硅K以及电阻R起动装置的特性进行联合工作。首先，针对可控硅装置的开关性能，把起动支路与转子回路进行切割与连接。实现了起动支路与转子回路的工作顺畅后，同步电动机起动工作的第一步就顺利的完成了。由于转子回路与起动支路的灵活性，使得起动过程中的发热、振荡、过电压的现象得到了很好的抑制。

根据无刷同步电动机的装置型号采用相应的起动方式，下面以全压式起动为例叙述其工作过程。三相交流电源在电动机主回路一接通，同步电动机的转子就会在力矩的帮助下工作起来形成一个旋转磁场。起动开始后电阻在旋转励磁器的作用下进入电动机的转子回路，使电动机在起动时实现转矩对称。在电动机转矩对称的起动情况下，电动机开始加速运行并逐渐与旋转磁场一致，又因其起动加速的稳定性使得振荡并没有出现。自此，同步电动机开始进入工作状态。针对一般型号的无刷电动机励磁器机，其电阻器会把同步电动机中转子磁场绕组间的两端子始终维持连接状态。在无刷同步机运行过程中，由于电阻器的工作性质必须长时间带电，这就会使其在运行时出现不同程度的发热现象。这种情况下，无刷同步电动机的励磁控制系统设置了计算机程序，使电阻器在起动时规避了这一发热问题。具体操作方法是在电动机在起动运行的过程中，由旋转励磁器对可控硅K的连接进行切断,这样起动支路就从同步电动机的转子回路中撤出,使得电阻器在不带电的情况下也能得到运行起动。即使起动回路开通,在计算机控制下的旋转励磁器也会立即切断以保护电阻器正常的使用状态。此外，当转子回路出现过电压现象时起动回路也可以进行保护。在电动机运行过程中，同步电动机在励磁系统控制的条件下完成了起动与运行，还对电动机转子感应到电压的最大值进行设定。电动机开始运行后可控硅K连接，同时电压自动运行到最大值后就不会再出现过电压现象。如果在电动机转子回路中出现了过电压，计算机控制设置启动了可控硅K的连接，使电阻器进入电动机转子的回路。所以，通过计算机控制电阻器的运行避免了同步电动机转子回路中的过电压纤细现象，使磁场绕组和可控硅整流电路得以正常工作。

图1 同步电动机起动运行的电气图

4 总结

在同步电动机运行的过程中，强时变性、非线性和不确定性,是励磁控制技术的重要难点。因此，对同步电动机利用PID智能控制技术的能使同步电动机各阶段运行规避自身缺陷,进而使同步电动机的运行效率得以提高。

参考文献：

[1]黄席樾,邓仁明,郑文军,柴毅.同步电动机运行过程中的励磁控制技术[J].重庆大学学报（自然科学版）,1996（01）:75-78.

[2]余建华.无刷同步电动机微机励磁控制与应用[J].电机与控制应用,2010（01）:31-33.

[3]焦长春.同步电动机全数字化励磁控制系统[J].有色设备,2006 （05）:29-32.

作者简介：王书岩（1972-），女，本科，高级工程师，主要从事电力电子自动控制方面的研究。