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(shù)的飛速發(fā)展，空分容量也由原來的幾千等級躍升至萬甚至十萬等級?？辗盅b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(jié)節(jié)攀升，由原來的幾千千瓦發(fā)展到現(xiàn)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(shù)的發(fā)展，不僅僅是電動機的問題，還涉及電力系統(tǒng)與供電條件，涉及機械系統(tǒng)傳動條件與環(huán)境。因此，作為電氣技術(shù)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(jīng)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(shù)據(jù)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(diào)：同步電動機的功率因數(shù)可以通過改變勵磁電流的大小來調(diào)節(jié)。如果增大勵磁電流使電動機處于過勵狀態(tài)，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(tài)，則勵磁磁勢Ff 也減小，電網(wǎng)必須輸出給電動機一滯后電流來產(chǎn)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(diào)節(jié)勵磁電流If，對應的電樞電流Ia 隨之而變，和發(fā)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(shù)大小不可以調(diào)節(jié)。

⑶ 供電局要求空分裝置的功率因數(shù)限制在一定的數(shù)值以內(nèi)（0.9 以上），以使電網(wǎng)能得到合理、經(jīng)濟地利用。同步電機可對電網(wǎng)進行無功補償。按照磁勢平衡原理，電網(wǎng)將輸出給電動機一超前電流Ia，該電流在電動機內(nèi)部將產(chǎn)生去磁性的電樞反應，使得磁勢得到平衡。電網(wǎng)輸出給電動機超前電流相當于電網(wǎng)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(wǎng)的功率因數(shù)得到補償。異步電機需要從電網(wǎng)吸收大量滯后性電流，使得電網(wǎng)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(shù)，不但可以充分地發(fā)揮空分裝置的生產(chǎn)能力、減少線路損失、改善電網(wǎng)質(zhì)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(jié)約電能，其經(jīng)濟效益會是非常顯著的。

⑷ 穩(wěn)定性比較：同步電機的轉(zhuǎn)速只與電網(wǎng)的頻率有關，即同步電機接于頻率一定的電網(wǎng)上運行，其轉(zhuǎn)速恒定，不會隨負載變動而變動。而異步機的轉(zhuǎn)速只與負荷大小有關（當然有一定的范圍）?？辗盅b置中離心式壓縮機的特性是在一定的轉(zhuǎn)速下運行。轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定引起電機和壓縮機轉(zhuǎn)速變化，排氣量及壓力等變化，會出現(xiàn)喘振或機械傳動受到?jīng)_擊等現(xiàn)象，對離心式壓縮機有著很嚴重的危害。此時轉(zhuǎn)速的穩(wěn)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(zhuǎn)子電阻。同步電機與異步電機比較，氣隙較大，尤其是低轉(zhuǎn)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(jié)果是導致起動電流及空載電流均較大，運行功率因數(shù)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(zhuǎn)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(shù)。所以，盡管同步電機氣隙較大，對于同容量轉(zhuǎn)速的電機而言，起動電流反而較小。當電網(wǎng)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(wǎng)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(jié)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(yōu)先考慮選用同步電動機，如拖動恒速軋鋼機、電動發(fā)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(shù)可以調(diào)節(jié)，空分裝置是需要改變功率因數(shù)和不需要調(diào)速的場合，因此常優(yōu)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(jié)[J].深冷技術(shù),,2011(02).