无刷同步机的原理与应用

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1、交流无刷励磁同步电动机在焦炉气压缩机的应用安全生产部（甲醇）赵金霜2011-11-3-9-交流无刷励磁同步电动机在焦炉气压缩机的应用我公司在利用焦炉气生产甲醇的过程中，有三台焦炉气压缩机，压缩机的驱动电动机采用了电压等级为10KV型号为TAW2000-18/2600，功率为2000KW的增安型无刷励磁同步电动机，这三台同步机分别为1#、2#、3#，其中1#、2#置于甲醇开闭所10KV高压Ⅰ段，3#置于甲醇开闭所10KV高压Ⅱ段，这三台同步电动机在生产中不仅作为焦炉气压缩机的驱动电机，同时还为甲醇开闭所10KV供电系统提供无功功率，用于提高10KV供电系统的功率因数。同步

2、电动机和异步电动机均属于交流电动机，都是靠50周交流电网供电而转动，异步电动机是定子送入交流电，产生旋转磁场，而转子受感应产生磁场，这样两磁场作用，使得转子跟着定子的旋转磁场而转动，其中转子比定子旋转磁场慢，有个转差，不同步所以称为异步电动机，又称感应电动机。同步电动机无刷同步机的与原理同步电动机就是由直流供电的励磁磁场与电枢的旋转磁场相互作用而产生转矩，以同步转速旋转的交流电动机。其转子转速n与磁极对数p、电源频率f之间满足n=60f/p转速n决定于电源频率,所以电源频率一定时，转速不变并且与负载无关，同步电动机具有运行稳定性高，过载能力大的特点。无刷同步电动由于没有

3、滑环、碳刷等可能产生火花的环节，在易燃易爆的场所特别适用-9-，此外由于去掉了碳刷等易损元件，大大提高了电动机的整体可靠性。无刷同步电动机的励磁系统结构如下图：其中励磁发电机电枢与同步电动机同轴转动，无刷励磁结构将励磁发电机旋转整流器及灭磁电阻等均安放在同步电机的转子同一轴上。旋转整流器是由一个控制模块、一个转换模块和三个功率整流模块构成，控制模块负责电机启动过程灭磁与投励逻辑，电机启动时控制模块令转换模块上的晶闸管导通，将灭磁电阻连接到无刷同步电动机的转子励磁绕组上，以提供较大的启动转矩，降低励磁绕组的端电压，此时功率模块上的晶闸管截止，当电机到达亚同步且达到准角条件

4、时，控制模块触发功率模块上的晶闸管导通，将励磁发电机的电枢电压整流后加在同步机的励磁绕组上，为同步机提供持续的励磁电流，同时转换模块上的晶闸管截止，续流二极管导通保护转换模块中的晶闸管不受反击电压。励磁电流可以直接供给同步电动机的励磁绕组，不必通过滑环碳刷等部件，这样使得励磁结构体积小，防爆性能可靠，运行稳定，维护方便。无刷同步电动机的工频稳态运行-9-无刷同步电机在工频稳态运行时，静态励磁装置向励磁发电机的定子励磁绕组通以适当的励磁电流，在励磁发电机的转子电枢绕组端部感应出三相交流电压，由旋转整流器（等效于二极管整流器）整流成直流电压，施加在无刷同步电机的转子励磁绕组

5、上，为其提供持续的励磁电流。无刷同步电机的工频启动投励磁过程如下图所示：励磁器状态旋转整流器状态判断亚同步速准角判据，向同步电动机投入励磁电流同步电动机整步进入同步运行状态同步运行状态高压断路器合闸向励磁发电机定子励磁绕组投入励磁电流同步电动机加速励磁发电机建立电枢电压同步电动机加速至亚同步速投入灭磁电阻旋转整流器控制电上电电机状态根据励磁发电机的物理特性，其输出的电枢电压近似与电机转速和励磁发电机励磁电流的乘积成正比，因此励磁器-9-可以通过调节晶闸管的触发角，调节励磁发电机的励磁电流，达到调节无刷同步电动机的转子励磁电流的目的。工频启动时，首先高压断路器合闸，旋转整

6、流器的灭磁部分电路根据同步机励磁绕组上的感应电压将灭磁电阻连接到同步电动机的励磁绕组上，同步电动机逐渐加速，同时励磁器触发触发晶闸管，向励磁发电机的定子励磁绕组通以一定的励磁电流。随着电机转速的升高，励磁发电机的转子电枢绕组电压逐渐升高，当其高于旋转整流器的最低工作电压后，由其供电的旋转整流器控制器上电，旋转整流器监测同步电动机励磁绕组上的感应电压，当期周期大于预设值（表示同步电动机已到达亚同步速）且达到反向过零点时，触发整流晶闸管，关断灭磁晶闸管，将励磁发电机的转子电枢电压整流后加在同步机的励绕组上，完成投励，电机经过短暂的整步过程后进入稳定的同步运行状态，同步电动机

7、启动过程完成。旋转整流器主回路原理图（见下页）-9-无刷同步电机的工频停机过程工频停机时，断开高压断路器，同时励磁器调节晶闸管的触发角至有源逆变区，将励磁发电机的定子励磁电流迅速降至零，励磁发电机的转子电枢绕组电压迅速下降，当其小于旋转整流器的最低工作电压时，旋转整流器控制电掉电，其整流晶闸管截止，续流二极管将灭磁电阻连接至同步电动机的励磁绕组上，同步电动机的励磁电流迅速下降至零，同步电动机在负载和阻力转矩的作用下逐渐停稳。同步电动机的V型曲线及功率因数调节同步电动机的V型曲线指：在保持电压U和负载T不变的条件下，电枢电流I1与励磁电流I