空分裝置中同步與異步電動機的比較

（中國空分設備有限公司，浙江杭州 310051）

近年來隨著空分技術的飛速發展，空分容量也由原來的幾千等級躍升至萬甚至十萬等級。空分裝置主要大容量電機有空壓機、增壓機或氧壓機的電機等。隨著空分裝置的日趨大型化，空壓機、增壓機或氧壓機的電機容量也節節攀升，由原來的幾千千瓦發展到現在的幾萬千瓦大容量電機。電機大型化無疑給電動機的選擇帶來了難題，作為電動機技術的發展，不僅僅是電動機的問題，還涉及電力系統與供電條件，涉及機械系統傳動條件與環境。因此，作為電氣技術的設計者，我們總是在大容量上萬千瓦電機的選擇上耗費大量人力物力，尋求最合理的方案。經過縝密細致的計算及論證來合理的選擇電機，為空分的順利出氧提供保障。下面就同容量同步與異步電機幾方面進行簡述:

1 電動機的效率、功率因素：

⑴ 電動機效率數據比較，如表1。

電動機效率直接影響到空分裝置整體效率。

⑵ 功率因素可調：同步電動機的功率因數可以通過改變勵磁電流的大小來調節。如果增大勵磁電流使電動機處于過勵狀態，則勵磁磁勢 Ff 增大，而合成磁勢F 的大小是不變的。如果減小勵磁電流使電動機處于欠勵狀態，則勵磁磁勢Ff 也減小，電網必須輸出給電動機一滯后電流來產生增磁電樞反應，以保持合成磁勢F 不變。這種情況和異步電機的情況類似，所以同步電動機一般不采用欠勵運行。如果保持機械負載不變（相當于有功功率不變），調節勵磁電流If，對應的電樞電流Ia 隨之而變，和發電機一樣可畫出同步電動機的V 形曲線。

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圖一：同步電動機V 形曲線

異步電動機的功率因數大小不可以調節。

⑶ 供電局要求空分裝置的功率因數限制在一定的數值以內（0.9 以上），以使電網能得到合理、經濟地利用。同步電機可對電網進行無功補償。按照磁勢平衡原理，電網將輸出給電動機一超前電流Ia，該電流在電動機內部將產生去磁性的電樞反應，使得磁勢得到平衡。電網輸出給電動機超前電流相當于電網從電動機處吸取了滯后電流，正好滿足了附近電感性負載的需要，使得電網的功率因數得到補償。異步電機需要從電網吸收大量滯后性電流，使得電網及其輸電線路可供給的有功功率減小、損耗增加、壓降增大。適當提高空分裝置的功率因數，不但可以充分地發揮空分裝置的生產能力、減少線路損失、改善電網質量，而且可以提高空分裝置的工作效率和為空分裝置本身節約電能，其經濟效益會是非常顯著的。

⑷ 穩定性比較：同步電機的轉速只與電網的頻率有關，即同步電機接于頻率一定的電網上運行，其轉速恒定，不會隨負載變動而變動。而異步機的轉速只與負荷大小有關（當然有一定的范圍）。空分裝置中離心式壓縮機的特性是在一定的轉速下運行。轉速不穩定引起電機和壓縮機轉速變化，排氣量及壓力等變化，會出現喘振或機械傳動受到沖擊等現象，對離心式壓縮機有著很嚴重的危害。此時轉速的穩定起了至關重要的作用。

2 電動機起動裝置

決定電機起動電流的主要有幾個因素，其中一是氣隙，二是轉子電阻。同步電機與異步電機比較，氣隙較大，尤其是低轉速同步機，因為這樣可以大大降低制造成本。對于交流電機而言，氣隙較大的結果是導致起動電流及空載電流均較大，運行功率因數較低，故一般異步電機為了提高效率，改善性能，均有較小的氣隙。但由于同步電機可以通過提高轉子啟動繞組電阻（一般使用高電阻率黃銅合金而不是鑄鋁）大大降低起動電流，而且同步電機在正常運行時啟動繞組不工作，無增加損耗的顧慮。此外，還可借助勵磁，改善功率因數。所以，盡管同步電機氣隙較大，對于同容量轉速的電機而言，起動電流反而較小。當電網條件不能滿足電動機直接起動壓降要求時，就要考慮降壓起動，需要降壓起動裝置。起動電流同步比異步電動機要小，對電網的要求比異步電動機低；因此需要降壓起動裝置更小。同樣的壓縮機電機，當轉動慣量很大的時候，有的異步電動機就無法起動，但同步電動機可以。

3 其它方面

⑴ 同步電動機相對異步電動機噪音要小。

⑵ 異步電動機使用、維護方便，結構簡單，制造容易，堅固耐用。

⑶ 價格上異步電動機相對同步電動機要便宜。

結語

同步電動機亦有一些缺點，如起動性能較差，從同步電動機的原理來看，它不能自行起動；在同步電動機的轉子上裝設起動繞組，借助異步電動機的原理來完成其起動過程。結構上較異步電動機復雜，還要有直流電源來作為勵磁電流，價格比較貴，維護又較為復雜，所以一般在空分裝置中小容量設備還是采用異步電動機。

在中大容量的設備中，尤其是在低速、恒速拖動設備中，應優先考慮選用同步電動機，如拖動恒速軋鋼機、電動發電機組、壓縮機、離心泵、球磨機、粉碎機、通風機等；空分裝置中主要是壓縮機設備。另外，同步電動機功率因數可以調節，空分裝置是需要改變功率因數和不需要調速的場合，因此常優先采用同步電動機。

[1]陳揚帆,鄧小東.25600m～3/h 空分設備空壓機同步電機試車總結[J].深冷技術,,2011(02).