大型同步电动机的静止变频起动装置

王晗钰

摘 要：大型同步电动机能够输出稳定的动力，不会随着载荷的增加而减少，因此，在各行业中的大型机械中被广泛使用，工作可靠稳定，能够提供足够的动力驱动各种设备的稳定运转。由于提供的电流和功率远高于启动所需，会造成启动困难，产生较大的振动，对电动机的零部件造成不利的影响。因此，实现大型同步电动机的静止变频具有重要的意义，能够将所需频率调成与启动的额定频率相同，是电动机稳定的启动，降低产生的机械冲击，对设备的工作效率、使用年限都有利。本研究对静止变频装置进行分析，了解静止变频的工作原理，促进静止变频在同步电动机中的良好应用。

关键词：大型同步电动机；静止变频；分析

前言

同步电动机因为其与同步转速具有一定的比例关系，而且一旦确定比例因数就不会改变，始终保持相应的转动频率，所以称为同步电动机。根据同步电动机的这一特性，在我国的经济发展中起到了重要的作用，用于工、农业等大型用电机械的动力来源，能够输出固定的动力，而不随着载荷变化，与异步电动机相比，能够输出更稳定的动力来驱动设备，满足设备的工作需求，得到了广泛的应用。但是其频率是固定值，不会发生改变，也有一定的限制性，同步电动机的启动较为困难，能够提供的转速与所需频率不符，需要多次的启动才能实现，在大型同步电动机上体现的更加明显，这不仅会加大大型同步电动机零部件的磨损，减少同步电动机的使用寿命，还会浪费不必要的资源。实现同步电动机的静止变频能够有效的弥补同步电动机具有的局限性，是电动机能够更加稳定的启动，应用在大型机械中更加安全可靠。

1 大型同步电动机静止变频简介

1.1 大型同步电动机起动困难

大型同步电动机对电压的波动不敏感，自身受到的影响很低，而且，具有可调的功劳因数，适用范围广，在水泵、大型风机、抽水设备等大型的机械中都能夠进行使用，不论设备的负载多大，同步电动机始终能够提供固定的动力，具有可靠、稳定、动力大的特点，受到了广泛的应用。但是，大型同步电动机的起动十分困难，提供的电流和功率是所需的6-8倍，远远大于额定电流和额定功率，造成起动困难、起动滞后等现象。提供的起动电流过大，会使得电动机工作状况不稳定，往往需要多次起动才能成功，在这个过程中，对设备的磨损和损耗加大，造成设备的振动，可能会造成内部结构的变形、移动等，降低设备的使用寿命，也会增加设备发生事故的可能性。要实现大型同步电动机在技术上的进步，使得同步电动机的应用范围加大，对我国的经济发展和社会建设发挥更大的作用，解决大型同步电动机的起动困难是首要应该解决的问题。

1.2 静止变频在国内外的发展现状

同步电动机在国内外都得到了广泛的应用，起动困难这一缺点也受到了关注，都积极寻求可靠的解决方法。在不同的设备上使用的同步电动机特性也有所不同，要解决起动困难问题的静止变频装置也会发生变化。最初实现同步电动机的静止变频是西方发达国家在燃气轮机上，而静止变频装置的使用，使得燃气轮机得到了迅速的发展，减少了功率较大的起动电动机的使用，提高了燃气轮机的使用稳定性，也简化了其结构，降低故障率的出现。应用在其他设备上的同步电动机，积极的学习燃气轮机中静止变频装置的工作机理，通过一段时间的研究和进展，从1974-1988年实现了在129种大型设备的静止变频，解决了同步电动机起动困难的问题，极大的促进了各个行业的发展，推动社会发展进入了一个新的阶段。在国内，对静止变频装置的探索也在进行，通过学习西方先进的静止变频机理，实现了在鼓风电动机上实现变频，使得鼓风机的起动更加容易、平稳，这也使得我国在探索静止变频装置的进程上越来越快，使得大型同步电动机发挥更大的作用。

1.3 使用其他方法降低同步电动机的缺点

在选取有效的方法来解决同步电动机起动困难的难题过程中，探索出几种能够降低电动机起动困难的方法，但是还具有一定的局限性。受到异步电动机工作的启发，在同步电动机的起动中使用异步启动的方法，利用阻尼绕组在磁场中产生的阻尼降低同步电动机的起动电流和功率，这种方法虽然成本低、应用简便，但是存在着会造成大量的机械冲击，对电动机的使用性能造成不良影响，在一瞬间产生的冲击电流会引起电网的压降，对电动机的安全使用不利。而为降低起动时冲击电流的不良影响，使用电抗器或自耦变压器来协助同步电动机进行起动时，虽然能够使电动机的起动平稳，冲击力减少，但是难以满足启动转矩和起动时间等方面的要求，也无法实现同步电动机平稳、安全的起步。使用静止变频装置可以实现兼顾冲击电流、起动转矩、起动时间之间的要求，让电动机在限定电流下起动，并利用负载换向实现内部电流的微调，使得电动机内电流的稳定，促进电动机更好的运转。

2 大型同步电动机的静止变频装置

2.1 起动装置的组成

要实现控制同步电动机起动时的瞬时冲击，为电动机提供合适的电流，需要静止变频装置参与调解。主要组成部件是一套晶闸管装置，将其安装在同步电动机的前方，在起动电动机时，电路先通过将闸管装置，使得晶闸管与待起动的电动机形成负载转向，能够实现在电动机低速运转时，损耗大量电流进行连续换相，在高速时，进行反电势自然换相，这样能够保证电流不会过大，对电动机电网产生冲击。当电动机的运转趋于稳定时，在内部的整步装置的作用下，使得电动机与起动装置断开接触，由电动机进行继续运转，实现电动机的平稳、安全起动。静止变频装置内部设有控制回路，实现对电动机转速的调节，通过相关传感器来测定电动机的转速，当转速偏低时，控制回路发挥作用增加转速；转速偏高时，则进行减速，使得最终电动机的转动频率趋向于一个固定值，而这个固定值是由电网频率来决定的。

2.2 实现电动机的自动微调

大型同步电动机起动后，为了实现平稳的合闸并网，正常的发挥功用，离不开对电动机电压和频率的微调，否则，一旦电动机电压和频率与电网的电压、频率相差过大就进行并网操作，会对电动机产生较大的冲击，对电网稳定性造成不良影响，影响电动机的平稳起动。在同步电动机的转速升高到与电网频率一致时，就会准备进入并网环节，为了避免并网时产生过大的冲击，会使用调整整流器对电动机的转速进行微调，逐渐缩小电动机频率与电网频率之间的差距，直到两者之间完全达到同步，这时，即可平稳的进入并网状态。

2.3 实现并网控制

并网过程是同步电动机起动的最后一步，并网顺利的完成，就能够实现电动机的平稳起动，为大型设备的工作提供驱动力。对同步电动机的电压频率和幅度进行调整，使之与电网频率相一致，在满足了并网条件后，就会进入并网。起动装置会自动的将控制角后移，使电动机与起动装置相分离，同时，合上并网开关，电动机会与提供驱动力的设备相连接，在设备中提供动力，使设备能够安全稳定的运行，至此，起动过程结束。静止变频装置实现了让同步电动机在额定的电压和转速下起动，减少了起动冲击对电动机的影响，促进电动机的稳定可靠。

结束语

大型同步电动机在各个行业的设备中都起着不可或缺的作用，是用电机械发挥功用的基础部件，为了降低同步电动机起动困难的问题，使用静止变频装置，在电动机的起动过程中，对电压频率和转速进行精确的调节，使电动机转速频率与电网相一致，促进电动机平稳的起动。

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