同步電機(jī)勵(lì)磁的方式有哪些 同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁裝置的工作原理

　　有關(guān)同步電機(jī)的四種勵(lì)磁方式，包括直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，交流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，晶閘管勵(lì)磁與三次諧波勵(lì)磁，同步電機(jī)不同勵(lì)磁方式的特點(diǎn)說明。

　　同步電機(jī)勵(lì)磁的方式

　　1、直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁

　　一臺(tái)較小的直流并勵(lì)發(fā)電機(jī)和同步電機(jī)裝在同一軸上，直流發(fā)電機(jī)發(fā)出的電供同步電機(jī)勵(lì)磁。

　　2、交流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁

　　一臺(tái)較小的交流發(fā)電機(jī)和同步電機(jī)同軸，為旋轉(zhuǎn)電樞式結(jié)構(gòu)，發(fā)出的交流電經(jīng)整流后供給同步電機(jī)勵(lì)磁。

　　因整流裝置與電樞同軸，故勵(lì)磁電流可直接送到同步電機(jī)的勵(lì)磁繞組，從而省去集電環(huán)導(dǎo)電裝置，成為無刷勵(lì)磁。

　　3、晶閘管勵(lì)磁

　　將交流電用晶閘管整流后供同步電機(jī)勵(lì)磁。其輸出電壓調(diào)整方便。

　　4、三次諧波勵(lì)磁

　　在定子槽中，專門裝一套三次諧波繞組，切割氣隙滋場的三次諧波，產(chǎn)生3倍基頻的電動(dòng)勢，整流后供同步電機(jī)勵(lì)磁。

　　利用三次諧波磁通，節(jié)約了能量，使效率提高，而且有自動(dòng)穩(wěn)壓作用。

　　什么是電機(jī)勵(lì)磁方式

　　旋轉(zhuǎn)電機(jī)中產(chǎn)生磁場的方式。

　　現(xiàn)代電機(jī)大都以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ)，在電機(jī)中都需要有磁場。這個(gè)磁場可以由永久磁鐵產(chǎn)生，也可以利用電磁鐵在線圈中通電流來產(chǎn)生。

　　電機(jī)中專門為產(chǎn)生磁場而設(shè)置的線圈組稱為勵(lì)磁繞組。

　　由于受永磁材料性能的限制，利用永久磁鐵建立的磁場比較弱，它主要用于小容量電機(jī)。

　　隨著新型永磁材料的出現(xiàn)，特別是高磁能積的稀土材料如稀土鈷、釹鐵硼的出現(xiàn)，容量達(dá)百千瓦級(jí)的永磁電機(jī)已開始研制。

　　同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式

　　同步電動(dòng)機(jī)的直流勵(lì)磁電流需要從外部提供，供給其勵(lì)磁電流的裝置稱為勵(lì)磁系統(tǒng)。獲得勵(lì)磁電流的方法稱為勵(lì)磁方式。

　　按照所采用的整流裝置，勵(lì)磁系統(tǒng)可分為以下幾類。

　　1、直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)

　　這是傳統(tǒng)的勵(lì)磁系統(tǒng)，由裝在同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的小型直流發(fā)電機(jī)供電。這種專供勵(lì)磁的直流發(fā)電機(jī)稱為勵(lì)磁機(jī)。

　　2、靜止整流器勵(lì)磁系統(tǒng)

　　這種勵(lì)磁方式是將同軸的交流勵(lì)磁機(jī)（小容量同步發(fā)電機(jī)）或者主發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電經(jīng)過靜止的整流裝置變換成直流電后，由集電環(huán)引入主發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組供給所需的直流勵(lì)磁。

　　3、旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁系統(tǒng)

　　這種勵(lì)磁方式將同軸交流勵(lì)磁機(jī)做成旋轉(zhuǎn)電樞式，并將整流器裝置固定在此電樞上一起旋轉(zhuǎn)，組成了旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁系統(tǒng)，將交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)輸出的交流電整流之后，直接供電給勵(lì)磁繞組。這樣可以完全省去集電環(huán)、電刷等滑動(dòng)接觸裝置，成為無刷勵(lì)磁系統(tǒng)，該勵(lì)磁系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于大容量發(fā)電機(jī)中。

　　同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁裝置的工作原理

　　1．滅磁電路

　　同步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)勵(lì)磁繞組既不能開路，也不能短路。

　　開路將使勵(lì)磁繞組感應(yīng)過電壓．從而破壞其絕緣：短路將使勵(lì)磁繞組流過較大的電流。

　　為避免勵(lì)磁繞組在啟動(dòng)時(shí)遭受較高電壓或較大電流的侵害，應(yīng)在啟動(dòng)時(shí)使勵(lì)磁繞組串聯(lián)適當(dāng)阻值的滅磁電阻并形成閉合回路，這個(gè)閉合回路可使勵(lì)磁繞組的摩應(yīng)電壓不至于過高，流過的電流不至于過大。

　　同步電動(dòng)機(jī)投入勵(lì)磁后．滅磁電阻自動(dòng)退出．為了實(shí)現(xiàn)這一電路效果，在勵(lì)磁回路中加入了滅磁環(huán)節(jié)。具圖中v是勵(lì)磁電壓表，KP1和KP2是滅磁晶閘管（文字符號(hào)沿用勵(lì)磁裝置標(biāo)注）。同步電動(dòng)機(jī)通電啟動(dòng)后至投入勵(lì)磁前的一段時(shí)間內(nèi)．勵(lì)磁裝置不向三相全控橋上的晶閘管發(fā)送觸發(fā)信號(hào)．三相全控橋的晶閘管處于阻斷狀態(tài)，無直流電輸出。

　　同步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組感應(yīng)交變電壓，當(dāng)該感應(yīng)電壓在勵(lì)磁繞組B端為正的半個(gè)周期時(shí)，二極管D3導(dǎo)通，感應(yīng)電壓經(jīng)RF2、D3、RF1形成回路。

　　由于放電電阻RF1和RF2阻值較小，所以感應(yīng)電壓經(jīng)該回路放電后已經(jīng)很小，同樣由于放電電阻RF1和RF2的純?cè)?，?lì)磁繞組中的電流被限制在較安全的數(shù)值范圍以內(nèi)。當(dāng)感應(yīng)電壓在勵(lì)磁繞組A端為正（見下圖）的半個(gè)周期時(shí)，二極管D3截止。該半個(gè)周期剛開始時(shí)感應(yīng)電壓幅值較小，達(dá)不到晶閘管KPI和KP2的導(dǎo)通電壓，感應(yīng)電流通過電阻RF1、R1、R2、電位器RP1和電阻R3、R4、電位器RP2、電阻RF2等元件形成回路。

　　由于該回路電阻值較大，是轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組直流電阻的數(shù)干倍，所以相當(dāng)于在開路狀態(tài)啟動(dòng)，感應(yīng)電壓急劇上升．當(dāng)感應(yīng)電壓達(dá)到一定值后，穩(wěn)壓管DW1和DW2擊穿導(dǎo)通（擊穿DWl的是電位器RP1上的電壓降，之后經(jīng)二極管D1向晶閘管KP2提供觸發(fā)電流，晶閘管KP2隨之導(dǎo)通：穩(wěn)壓管DW2擊穿與晶閘管KP1導(dǎo)通的機(jī)理與此類似）．晶閘管KP2與KPI導(dǎo)通，勵(lì)磁繞組的感應(yīng)電壓經(jīng)過晶閘管KP2和KP1．與放電電阻RF1和RF2構(gòu)成一個(gè)阻值較小的放電回路放電。直到這半個(gè)周期結(jié)束時(shí)．晶閘管KP1和KP2由于電壓過零而自行關(guān)斷。

　　調(diào)整電位器RP1和RP2的阻值．實(shí)際上調(diào)整的就是勵(lì)磁繞組感應(yīng)電壓達(dá)到多大數(shù)值時(shí)讓晶閘管KP2和KPI導(dǎo)通。

　　注意調(diào)整時(shí)應(yīng)使兩只晶閘管盡可能同步導(dǎo)通。

　　下圖中的按鈕SB可用來檢測滅磁電路正常與否。檢測時(shí)，使勵(lì)磁裝置處在調(diào)試狀態(tài)．勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流均應(yīng)為設(shè)定值，這時(shí)操作按鈕SB使其觸點(diǎn)閉合，電阻R5與R1、R2并聯(lián)．R6與R3。

　　R4并聯(lián)，由于R5和R6阻值較小，這就相對(duì)增加了電位器RP1和RP2上的電壓降，滅磁晶閘管更容易導(dǎo)通。所以此時(shí)勵(lì)磁電壓表指示回零：松開按鈕使之復(fù)位后，電壓表恢復(fù)正常值。

　　同步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過程中，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組經(jīng)滅磁后的電壓波形幅度已經(jīng)大幅度減小，并被限制在安全數(shù)值范圍內(nèi)。

　　穩(wěn)壓管DWI、DW2對(duì)晶閘管KP2和KP1起開關(guān)控制的作用，投入勵(lì)磁后，直流勵(lì)磁電壓在電位器RP1、RP2上的壓降低于穩(wěn)壓管DWI、DW2的擊穿電壓，穩(wěn)壓管不能導(dǎo)通，晶閘管KP2和KPI處于關(guān)閉狀態(tài)。

　　下圖中KPI和KP2的公共端與三相全控整流橋的C相相連，這條連接線叫做熄滅線．當(dāng)投入勵(lì)磁后KPI和KP2必須關(guān)閉．否則勵(lì)磁電路要為滅磁電阻提供電流。投入勵(lì)磁后．C相上連接的兩只整流晶閘管將會(huì)先后導(dǎo)通，必將使與之等效并聯(lián)的晶閘管KPI、KP2在一個(gè)電源周期時(shí)間內(nèi)被短路而截止，滅磁電阻自動(dòng)退出電路。

　　以上描述的雙重措施可以保證勵(lì)磁裝置對(duì)同步電動(dòng)機(jī)投入勵(lì)磁后滅磁電路及時(shí)退出工作狀態(tài)。

　　2．投全壓及投勵(lì)

　　同步電動(dòng)機(jī)在降壓啟動(dòng)過程中．電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速的90%時(shí)．給定子繞組投入全壓，即IOO%額定電壓：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速的95%時(shí)（無論全壓啟動(dòng)還是降壓啟動(dòng)）．給轉(zhuǎn)子繞組投入勵(lì)磁電流，將轉(zhuǎn)速拉人同步。

　　同步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，勵(lì)磁繞組兩端感應(yīng)一個(gè)頻率由50Hz向OHz逐漸降低的正弦波電壓，該電壓頻率值與滑差值相對(duì)應(yīng)，如下圖中的上部波形所示。勵(lì)磁裝置將轉(zhuǎn)子感應(yīng)的上述正弦波電壓轉(zhuǎn)化為方波信號(hào)（如下圖中的下部波形所示）送給相關(guān)控制電路．控制電路檢測方波信號(hào)的脈寬，并由此判斷脈寬對(duì)應(yīng)的頻率以及同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

　　當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)設(shè)的投全壓值時(shí)（轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速的90%時(shí)）．相應(yīng)繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作，控制投入全電壓；當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)設(shè)的投勵(lì)值（轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速的95%時(shí)）且在方波上升沿時(shí)（確保順極性投勵(lì)）．開始向三相全控橋發(fā)送觸發(fā)脈沖信號(hào)．三相全控整流橋開始有整流輸出電壓．向勵(lì)磁繞組投入勵(lì)磁電流。

　　當(dāng)按滑差投全壓及投勵(lì)在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)無法完成，控制電路將會(huì)發(fā)出強(qiáng)制投全壓及投勵(lì)的信號(hào)，稱作定時(shí)投全壓與投勵(lì)。一般設(shè)定投全壓的時(shí)間為3s，定時(shí)投勵(lì)的時(shí)間為Ss。

　　3．觸發(fā)電路

　　觸發(fā)電路通過調(diào)整加到晶閘管上的觸發(fā)信號(hào)的移相角來控制晶閘管的導(dǎo)通程度，亦即控制三相全控橋的整流輸出電壓，達(dá)到調(diào)節(jié)勵(lì)磁電壓和勵(lì)磁電流的目的。

　　下列情況之一的條件出現(xiàn)時(shí)．觸發(fā)信號(hào)的移相角應(yīng)該而且必須改變。觸發(fā)電路根據(jù)這些控制信息，迅速及時(shí)準(zhǔn)確控制晶閘管的導(dǎo)通角，保證同步電動(dòng)機(jī)持續(xù)穩(wěn)定地運(yùn)行。

　?。╨）用電位器或其他適當(dāng)方式調(diào)整給定的勵(lì)磁電壓和勵(lì)磁電流時(shí)：（2）同步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過程中轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的95%投勵(lì)時(shí)：（3）同步電動(dòng)機(jī)定子繞組和勵(lì)磁裝置電源電任波動(dòng)，通過相關(guān)控制電路穩(wěn)定勵(lì)磁時(shí)：（4）同步電動(dòng)機(jī)定子繞組和勵(lì)磁裝置電源電壓降低到額定電壓80%啟動(dòng)強(qiáng)勵(lì)時(shí)：（5）同步電動(dòng)機(jī)整步過程中。

　　4．勵(lì)磁電流的給定、穩(wěn)定調(diào)節(jié)及強(qiáng)勵(lì)

　　勵(lì)磁電流的給定功能是調(diào)節(jié)控制勵(lì)磁電壓的高低和勵(lì)磁電流的大小。給定值是根據(jù)同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行需求．預(yù)先設(shè)定的一個(gè)適當(dāng)?shù)膭?lì)磁電流值；穩(wěn)定調(diào)節(jié)是根據(jù)電源電壓的高低．利用負(fù)反饋電路控制與調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的大?。怪M可能接近或等于給定的勵(lì)磁電流；強(qiáng)勵(lì)功能是電源電壓下降到額定電壓的80%時(shí)，自動(dòng)強(qiáng)制提高勵(lì)磁電壓和勵(lì)磁電流的一種技術(shù)措施，可以保證同步電動(dòng)機(jī)在電壓降低時(shí)能夠穩(wěn)定持續(xù)運(yùn)行。

　　給定電路使用一個(gè)電壓非常穩(wěn)定的直流電源，該電源的交流輸入電壓相對(duì)較高，經(jīng)過橋式整流和電容器濾波后的電壓幅值相應(yīng)也較高。之后用一個(gè)雪崩電壓較低的穩(wěn)壓二極管削波穩(wěn)壓后．得到電壓幅值較小但幾乎沒有任何紋波的穩(wěn)定直流電壓。用一個(gè)電位器對(duì)這個(gè)穩(wěn)定電壓調(diào)整分壓，取得給定電壓．用來調(diào)整勵(lì)磁電流。選用這樣的直流電源，就是為了讓給定電壓信號(hào)非常穩(wěn)定．從而保證勵(lì)磁電流的穩(wěn)定。為了分析方便，我們將這個(gè)電壓稱作U1。

　　穩(wěn)定調(diào)節(jié)采用負(fù)反饋調(diào)節(jié)原理進(jìn)行。負(fù)反饋調(diào)節(jié)信號(hào)電壓是隨交流電源電壓變化的一個(gè)直流電壓．也用一個(gè)電位器對(duì)這個(gè)電壓進(jìn)行調(diào)整分壓，獲得一個(gè)隨電源電壓變化的負(fù)反饋信號(hào)電壓。

　　我們把這個(gè)電壓稱作U2。將上述電壓，UI和U2極性相反的串接起來取其差值U3．用電壓U3調(diào)整觸發(fā)電路的移相角，并最終控制三相全控整流橋中晶閘管的導(dǎo)通角，這就實(shí)現(xiàn)了對(duì)勵(lì)磁電流的自動(dòng)控制過程，并保持勵(lì)磁電流的穩(wěn)定。

　　強(qiáng)勵(lì)電路則實(shí)時(shí)檢測電源電壓的變化，當(dāng)檢測到電源電壓降低到額定電壓80%或以下時(shí)，相關(guān)電路讓一個(gè)機(jī)械觸點(diǎn)由斷開變?yōu)殚]合．或者輸出一個(gè)類似功能的電子信號(hào)。這種電路狀態(tài)的變化通過后續(xù)電路抬高上述勵(lì)磁控制電壓U3的幅值，使勵(lì)磁裝置輸出的勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流達(dá)到未強(qiáng)勵(lì)時(shí)勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流的某一倍數(shù)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)勵(lì)磁。如果強(qiáng)勵(lì)磁達(dá)到一定時(shí)限，例如5秒鐘，或者10秒鐘，而交流電源電壓仍未回升．則勵(lì)磁裝置將退出強(qiáng)勵(lì)狀態(tài)。

　　5．失步保護(hù)電路

　　同步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中可能會(huì)由于某種原因出現(xiàn)脫離同步的現(xiàn)象，這種運(yùn)行狀態(tài)稱為失步。同步電動(dòng)機(jī)失步將會(huì)引起嚴(yán)重的電流、電壓、功率及轉(zhuǎn)速的振蕩，對(duì)電網(wǎng)和電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生很大沖擊。同步電動(dòng)機(jī)的失步原因很多．

　　主要有以下3種：一是電網(wǎng)電壓由于某種原因．如附近其他較大負(fù)載投入等．引起電網(wǎng)電壓暫時(shí)跌落，而導(dǎo)致同步電動(dòng)機(jī)失步，叫作帶勵(lì)失步。二是勵(lì)磁裝置本身故障致使失去勵(lì)磁引起的失磁失步。三是電網(wǎng)高壓側(cè)發(fā)生跳閘保護(hù)動(dòng)作之后又重新合閘，從而導(dǎo)致同步電動(dòng)機(jī)失步，即斷電失步。

　　當(dāng)主控單元檢測并確定電機(jī)失步后，立即封鎖投勵(lì)信號(hào)．使電機(jī)進(jìn)入異步驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，然后電機(jī)轉(zhuǎn)速將上升．待進(jìn)入臨界滑差后．裝置自動(dòng)控制勵(lì)磁系統(tǒng)．按準(zhǔn)確強(qiáng)勵(lì)對(duì)電機(jī)實(shí)施整步，使電機(jī)恢復(fù)到同步狀態(tài)。如整步失敗，仍存在失步信號(hào)，則裝置發(fā)出眺閘信號(hào)動(dòng)作于跳閘回路。

　　編輯：黃飛