1、同步电动机励磁系统的 技术发展1 概 述 同步电动机以其转速不受负载的影响，始终以额定速度运行的特点，被选用于拖动空压机、球磨机、轧钢机等要求恒定转速运行的大型设备。但由于其结构特殊，转子绕组需要一套完整的直流电源供电，并与同步电动机的起动、投励、运行等环节联锁控制，进行同步电动机的励磁。这就要求励磁系统性能稳定、工作可靠。否则，就会影响同步电动机的正常拖动。从同步电动机励磁系统的技术发展历程来看，经历了：“原始的发电机组励磁、可控硅分立元件励磁、数字化微机技术可控硅励磁”三大阶段。不管是哪个阶段，前提是励磁系统必须正常运行。一、发电机组励磁系统 如图1所示，同步电动机的转子绕组专门由一台直流
2、发电机组发出直流电供给励磁，在同步电动机起动时，将转子绕组短接，作为异步电动机起动，待起动加速至亚同步时，由主回路电流与时间结合的控制原则控制投励，即断开转子短接电路，自动接入发电机组电路，进行励磁，调节RP，可调节发电机输出的电压值，也就是调节励磁电流，用以改变同步电动机的功率因数COS,如图2所示。当停止同步电动机运行时，断开KM1，发电机组的原动机因断电而停机，停止发电；同时将同步电动机转子绕线短接，卸放其转子的感应电动势。1 同步电动机发电机组励磁系统电路原理优点：线路简单，操作容易；缺点：发电机碳刷磨损快，机组噪声大，站地面积大，耗能多，故障率高、维修量大。因而淘汰。图 12 同步电
3、动机的V形曲线 当同步电动机输入有功功率恒当同步电动机输入有功功率恒定而调节励磁电流时定而调节励磁电流时,有三种励磁有三种励磁状态状态,“,“正常励磁正常励磁”时时,电动机没有电动机没有无功功率输出；无功功率输出；“过励过励”时电动机时电动机从电网吸收容性无功（或发出感性从电网吸收容性无功（或发出感性无功）无功）;“;“欠励欠励”时电动机从电网时电动机从电网吸收感性无功（或发出容性无功）吸收感性无功（或发出容性无功），也也就是就是可以调节无功功率可以调节无功功率。调节励磁电流可以调节同步电动机的无功功率和功率因数调节励磁电流可以调节同步电动机的无功功率和功率因数,这是同步电动这是同步电动机机最
4、可贵的特点最可贵的特点。图 2 二、同步电动机可控硅励磁系统 同步电动机可控硅励磁系统于20世纪70年代由国家主管部门组织工程技术人员统一设计，受当时技术条件限制，其控制电路均为二极管、三极管、双基极二极管、稳压管等分立元件所组成，如KGLF11（12）型可控硅励磁柜就是当时统一设计研制定型的换代产品，用此柜更换发电机组励磁系统，曾受到用户的肯定。因为该柜对同步电动机的启动、投励、励磁三个阶段的控制考虑得非常周全，既克服了发电机组励磁系统存在的不足，又完善了起动控制功能。所以以此励磁柜为版本，深入剖析，全面掌握同步电动机可控硅励磁技术。（一）同步电动机可控硅励磁系统的特点 1.同步电动机转子回
5、路采用三相全控桥固接线路，如图4所示，保持了同步电动机的固有起动特性；2.可适应交流电源电压3KV、6KV、10KV作全压或降压起动同步电动机；3.全压起动的同步电动机当其转子的转速达亚同步时按转子滑差为5时顺极性投入励磁，使之拖入同步运行；4.降压起动的同步电动机当其转子的转速达同步速的90，自动切除降压起动电阻(电抗)进行全压起动加速至亚同步速度，按转子滑差为5顺极性投入励磁，使之拖入同步运行；5.当交流电网电压低于下降至额定电压的80时进行突加强励，强励倍数为1.4倍，强励时间不超过10 秒；6.可手动调整励磁电压、电流，即功率因数的调整；7.同步电动机停机时，从停机开始至5秒钟内，不断
6、开三相全控整流桥交流电源及触发同步电源，以便同步电动机停机时在转子绕组电感放电的作用下，三相全控桥工作在“逆变”状态；8。电网瞬时断电至0.5秒内恢复时，如果同步电动机定子电源不断开，本装置照常工作。（二）同步电动机可控硅励磁原理1.主电路工作原理 如图3所示，主电路由整流变压器、三相可控整流桥、灭磁 环节组成。三相可控整流桥由六个可控硅元件构成，如图4所 示，改变全控桥上可控硅元件的控制角a，即可得到不同的直 流输出电压，如图6、图7、图8所示的波形，分别为a=0、a=60、a=90时的整流输出波形和直流输出电压。2.灭磁环节工作原理 所谓灭磁是指同步电动机启动或失步时其转子会感应很高的 电
7、动势，如不限制，势必损伤转子绕组的绝缘和击穿整流桥 可控硅元件。因此，设计可控硅VT7、VT8、电阻Rfd1、Rfd2和硅二极管GZ1分别卸放同步电动机转子绕组感应的正 负两个半波的电动势。如图3所示。同步电动机启动投入励磁 后，熄灭线A2保证灭磁可控硅VT7、VT8可靠关断，确保装置 正常运行。同步电动机可控硅励磁工作原理框图6投励环节整流变压器灭磁环节逆变环节同步电源变压器投全压环节移相给定可控硅整流电压负反馈触发脉冲同步电动机V380定子电流信号综合图 33 同步电动机可控硅励磁系统主电路的组成 整流变压器降低电源电压可控硅整流元件VT1VT6组成三相桥式全控整流VT7、VT8、GZ1、
8、Rfd1、Rfd2组成灭磁环节三相交流电源灭磁线A2用于关断VT7、VT8图 4图5 b)为三相交流电源波形 c)分别为六个脉冲与交流电源对应的时刻图6 a=0时的整流输出波形图7 a=60时整流输出波形图8 a=90时的整流输出波形4.对触发脉冲的要求三相桥式全控整流电路对触发脉冲有特定要求。为了使六个晶闸管的触发导通顺序符合自然顺序，在三相电源正序情况下，编号为VT1、VT4管分别接A相(A相可任意指定但相序不能反)，VT3、VT6接B相，VT5、VT2接C相，这 样 触 发 脉 冲 与 管 子 导 通 的 顺 序 为123456，间隔为60o。详见图4和图5。为了保证电路能启动工作和电流
9、断续后能再触发导通，必须给对应导通的两个晶闸管同时加上触发脉冲，如图9所示的脉冲产生电路。也可采用宽脉冲触发，每一个脉冲的宽度大于60o通常取90o，使换相后脉冲出现时前脉冲还未消失，以保证换相点均有相邻两个管子被触发。5 脉冲插件的工作原理由同步电源、脉冲发生、脉冲放大、脉冲输出四部分组成。同步电源变压器脉冲发生电路脉冲放大电路两组脉冲输出图 96 同步电动机的起动过程 同步电动机在启动时转子绕组感应出如图11所示的交变电压，此时灭磁环节工作，转子感应电压的正半波由可控硅VT7、VT8、电阻Rfd1、Rfd2进行灭磁；转子感应电压的负半波由硅二极管 GZ1、电阻Rfd1、Rfd2进行灭磁。当
10、同步电动机启动加速至同步速度的90时，投励插件的三极管3BG截止，电容5C充电，如图10所示，至 0.1秒钟充满，发出脉冲（此时电机转速达到同步转速的95），如图11所示，使移相插件工作，控制脉冲插件输出脉冲触发三相可控整流桥进行整流输出，投入励磁，将同步电动机拖入同步运行。7.投励插件工作原理整流、虑波、稳压投励信号取自转子感应电压图10 投励脉冲输出控制脉冲的产生8 同步电动机启动时转子感应的电压波形同步电动机在启动过程中（T0T2时刻）转子感应的交变电压的频率随转子加速而变化，转子的转速越高，频率越低，启动瞬间，感应电压的频率与定子电源电压的频率相同。1.黑线为同步电动机转子绕组感应的交
11、变电压曲线；2.红线为经灭磁环节限幅的曲线；3.绿线为投励插件稳压管12WY稳压后曲线；提供3BG正偏电压而导通，5C不能充电；4.兰线为投励稳压管正向导通，3BG截止，5C充电至0.1秒，发出脉冲，投入励磁；0T1T2T图11励磁波形转子感应电压波形经灭磁后的波形S1.0tu9.可控硅励磁系统的使用效果 20世纪70年代末期，用可控硅励磁柜更换直流发电机组的确取得了良好的效果，极大的发挥出电子技术的优越性，与发电机组相比，具有节能、降噪、站地面积小、维修方便等特点。但随着长时期运行，插件的插脚容易松动，引起接触不良而产生故障，且分立元件焊点多，分散性大，很容易引发故障。这是不足之处，需要解决
12、完善。三、数字化微机技术可控硅励磁系统 电子技术由最初的分立元件发展成为集成电路，继而发展为计算机模块技术，现已普遍应用于工业控制领域。同步电动机可控硅励磁系统很快采用了微计算机技术进行综合控制，其主电路仍然用可控硅元件作为三相全控整流桥和灭磁环节。控制电路采用微处理器进行集中控制；脉冲电路由集成电路构成，如图12所示。这样，即克服了分立元件所产生的隐形故障，又进一步提高和完善了同步电动机可控硅励磁系统的性能，成为第三代可控硅励磁系统，如SKLTD型同步电动机励磁柜就是这例产品。1.数字化微机技术可控硅励磁 系统框图1CPU微处理器脉冲发生器灭磁环节投励信号同步电源键盘接口通信接口图 12 2.数字化微机技术可控硅励磁柜的特点所有控制功能可由键盘设置，如灭磁、投励、全压、过励、强励、低励、报警等全由键盘设置各功能参数；控制电路完全由集成电路所组成，无分立元件；整机调整方便，操作简单，改变设定数据即可；故障率低，如果安装规范，可免维修。目前，大多数用户都选择应用数字化微机技术可控硅励磁柜作为同步电动机励磁装置。为同步电动机的正常运行提供了技术保障。谢谢！谢谢！
