淺談某型燃氣輪機起動電機的特點及應用

趙沛群

摘 要：介紹了用于某型燃氣輪機起動系統的電機（開關磁阻電機）比變頻調速電機具有更高的效率、更大的起動轉矩等特點，論證了開關磁阻電機在某型燃氣輪機起動系統的工作特性及使用條件上，更適合于起動系統。

關鍵詞：開關磁阻電機 ?變頻調速電機 ?性能對比 ?高效節

中圖分類號：TH24 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（c）-0040-01

隨著我國日新月異的工業化進程，燃氣輪機的應用越來越廣泛。燃氣輪機起動系統有多種形式，傳統的變頻調速電機的使用范圍由于自身性能上的缺陷受到了限制。利用現代科技成果研制的開關磁阻電機應運而生。它具有體積小、功率密度大、起動電流小、效率高、節能等優點，特別適合于頻繁起動的場合。

1 變頻調速電機

1.1 概念和原理

交流異步感應電動機的轉速公式是：n=f/p×（1-s）×60rpm，（其中n為同步速度，f為電源頻率，p為電機極數，S為轉差率），變頻器就是通過改變電源頻率來改變此類電機轉速的。

它利用變頻器內的運算電路，將外部的速度、轉矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。這樣經過調整的電壓，送入電機，改變了電機轉速。

1.2 性能特點

（1）變頻器具有調頻、調壓、調速等基本功能，實現了對交流電機無極調速

（2）可以使電機以較小的起動電流，獲得較大的起動轉矩，具有一定的軟起動性能。

1.3 現實存在的問題

（1）低速區效率仍然很差，沒有改進。

（2）多個大功率逆變器的高次諧波疊加，容易對電網造成沖擊和干擾。

（3）重負載下起動慢，電流仍然很大，并不能真正解決軟起動問題。

2 開關磁阻電機

2.1 概念和原理

開關磁阻電機驅動系統，有電機本體和控制器兩大部分有機構成。其電機部分由于是運用了“磁通總是沿磁阻最小路徑閉合”的原理，故稱為磁阻電動機，又由于線圈電流通斷、磁通狀態直接受高頻電子開關控制（IGBT），故稱為開關磁阻電動機。

所謂“磁阻最小原理”，即：“磁通總是沿著磁導最大，磁阻最小的路徑閉合，從而在定轉子突極間產生磁拉力，而磁力線具有力圖縮短磁通路徑以減小磁阻和增大磁導的本性，因而形成磁阻性質的電磁轉矩”，使轉子發生轉動。

2.2 控制方式

目前應用的控制方式是低速時以電流斬波（CCC）為主（此時基本固定開通角和關斷角），中速時以電流斬波（CCC）加角度控制（APC）的控制方式，高速時以角度控制（APC）為主。

2.3 基本性能特點

（1）起動電流小，起動轉矩大。起動電流為額定電流的30%時，起動轉矩即可達額定轉矩的150%。

（2）可重載輕松起動，不需要任何輔助軟起動，而且起動時間很快，。

（3）“超高效”電機。系統在低、中、高寬廣的速度范圍內，都具有平均80%以上的效率，這是變頻調速電機難以達到的。

（4）自動感知負載變化，調整電流大小，空載時電流很小，輕載時候電流“按需索取”，從本質上實現節能。

（5）可頻繁帶載起、停，可正反、向頻繁轉換運行（60min1000次）。

2.4 實際存在的問題

（1）滿負載時噪音偏大。尤其是頻繁加載、降載或過載運行時，表現出間歇式的高電磁噪音。

（2）低速脈動，即低速振動偏大。

上述兩個缺點，隨著科技的進步、工藝水平的提高是可以逐步解決的。

3 開關磁阻電機驅動系統和變頻調速電機系統的主要特性比較

通過上述說明，開關磁阻電機和變頻起動電各有千秋。下面我們通過一些主要的性能曲線，做一個詳細的對比。

3.1 （低速區、不同負載）效率對比

下邊的實驗分別測定了37 kW的普通開關磁阻電機、變頻器高效三相異步電機在三種轉速不同負載下的效率。從結果可以看出，開關磁阻電機“在寬廣的轉速范圍內，都具有很高的效率”的特性。

3.2 額定功率下SRM和變頻器的效率對比

從圖中可以看出，在額定功率下，轉速越高SRM和變頻器的效率越接近，可見變頻器適用于較高的轉速的條件，相比而言SRM則受轉速影響較小。但幾乎在任何一個轉速下，SRM的效率都要高于變頻調速系統的效率。

4 結論

從以上各方面性能對比可以看出，開關磁阻電機作為某型燃氣輪機起動系統中的起動電機，是一中比較理想代驅動設備，較之變頻調速電機，其性能更勝一籌，它逐步取代傳統的交流感應電機及其變頻調速系統的時代已為時不遠了。

參考文獻

[1] 劉迪吉，主編.開關磁阻調速電機[M].機械工業出版社，1994.

[2] 王宏華，主編.磁阻電動機調速控制技術[M].機械工業出版社，1995.endprint

摘 要：介紹了用于某型燃氣輪機起動系統的電機（開關磁阻電機）比變頻調速電機具有更高的效率、更大的起動轉矩等特點，論證了開關磁阻電機在某型燃氣輪機起動系統的工作特性及使用條件上，更適合于起動系統。

關鍵詞：開關磁阻電機 ?變頻調速電機 ?性能對比 ?高效節

中圖分類號：TH24 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（c）-0040-01

隨著我國日新月異的工業化進程，燃氣輪機的應用越來越廣泛。燃氣輪機起動系統有多種形式，傳統的變頻調速電機的使用范圍由于自身性能上的缺陷受到了限制。利用現代科技成果研制的開關磁阻電機應運而生。它具有體積小、功率密度大、起動電流小、效率高、節能等優點，特別適合于頻繁起動的場合。

1 變頻調速電機

1.1 概念和原理

交流異步感應電動機的轉速公式是：n=f/p×（1-s）×60rpm，（其中n為同步速度，f為電源頻率，p為電機極數，S為轉差率），變頻器就是通過改變電源頻率來改變此類電機轉速的。

它利用變頻器內的運算電路，將外部的速度、轉矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。這樣經過調整的電壓，送入電機，改變了電機轉速。

1.2 性能特點

（1）變頻器具有調頻、調壓、調速等基本功能，實現了對交流電機無極調速

（2）可以使電機以較小的起動電流，獲得較大的起動轉矩，具有一定的軟起動性能。

1.3 現實存在的問題

（1）低速區效率仍然很差，沒有改進。

（2）多個大功率逆變器的高次諧波疊加，容易對電網造成沖擊和干擾。

（3）重負載下起動慢，電流仍然很大，并不能真正解決軟起動問題。

2 開關磁阻電機

2.1 概念和原理

開關磁阻電機驅動系統，有電機本體和控制器兩大部分有機構成。其電機部分由于是運用了“磁通總是沿磁阻最小路徑閉合”的原理，故稱為磁阻電動機，又由于線圈電流通斷、磁通狀態直接受高頻電子開關控制（IGBT），故稱為開關磁阻電動機。

所謂“磁阻最小原理”，即：“磁通總是沿著磁導最大，磁阻最小的路徑閉合，從而在定轉子突極間產生磁拉力，而磁力線具有力圖縮短磁通路徑以減小磁阻和增大磁導的本性，因而形成磁阻性質的電磁轉矩”，使轉子發生轉動。

2.2 控制方式

目前應用的控制方式是低速時以電流斬波（CCC）為主（此時基本固定開通角和關斷角），中速時以電流斬波（CCC）加角度控制（APC）的控制方式，高速時以角度控制（APC）為主。

2.3 基本性能特點

（1）起動電流小，起動轉矩大。起動電流為額定電流的30%時，起動轉矩即可達額定轉矩的150%。

（2）可重載輕松起動，不需要任何輔助軟起動，而且起動時間很快，。

（3）“超高效”電機。系統在低、中、高寬廣的速度范圍內，都具有平均80%以上的效率，這是變頻調速電機難以達到的。

（4）自動感知負載變化，調整電流大小，空載時電流很小，輕載時候電流“按需索取”，從本質上實現節能。

（5）可頻繁帶載起、停，可正反、向頻繁轉換運行（60min1000次）。

2.4 實際存在的問題

（1）滿負載時噪音偏大。尤其是頻繁加載、降載或過載運行時，表現出間歇式的高電磁噪音。

（2）低速脈動，即低速振動偏大。

上述兩個缺點，隨著科技的進步、工藝水平的提高是可以逐步解決的。

3 開關磁阻電機驅動系統和變頻調速電機系統的主要特性比較

通過上述說明，開關磁阻電機和變頻起動電各有千秋。下面我們通過一些主要的性能曲線，做一個詳細的對比。

3.1 （低速區、不同負載）效率對比

下邊的實驗分別測定了37 kW的普通開關磁阻電機、變頻器高效三相異步電機在三種轉速不同負載下的效率。從結果可以看出，開關磁阻電機“在寬廣的轉速范圍內，都具有很高的效率”的特性。

3.2 額定功率下SRM和變頻器的效率對比

從圖中可以看出，在額定功率下，轉速越高SRM和變頻器的效率越接近，可見變頻器適用于較高的轉速的條件，相比而言SRM則受轉速影響較小。但幾乎在任何一個轉速下，SRM的效率都要高于變頻調速系統的效率。

4 結論

從以上各方面性能對比可以看出，開關磁阻電機作為某型燃氣輪機起動系統中的起動電機，是一中比較理想代驅動設備，較之變頻調速電機，其性能更勝一籌，它逐步取代傳統的交流感應電機及其變頻調速系統的時代已為時不遠了。

參考文獻

[1] 劉迪吉，主編.開關磁阻調速電機[M].機械工業出版社，1994.

[2] 王宏華，主編.磁阻電動機調速控制技術[M].機械工業出版社，1995.endprint

摘 要：介紹了用于某型燃氣輪機起動系統的電機（開關磁阻電機）比變頻調速電機具有更高的效率、更大的起動轉矩等特點，論證了開關磁阻電機在某型燃氣輪機起動系統的工作特性及使用條件上，更適合于起動系統。

關鍵詞：開關磁阻電機 ?變頻調速電機 ?性能對比 ?高效節

中圖分類號：TH24 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（c）-0040-01

隨著我國日新月異的工業化進程，燃氣輪機的應用越來越廣泛。燃氣輪機起動系統有多種形式，傳統的變頻調速電機的使用范圍由于自身性能上的缺陷受到了限制。利用現代科技成果研制的開關磁阻電機應運而生。它具有體積小、功率密度大、起動電流小、效率高、節能等優點，特別適合于頻繁起動的場合。

1 變頻調速電機

1.1 概念和原理

交流異步感應電動機的轉速公式是：n=f/p×（1-s）×60rpm，（其中n為同步速度，f為電源頻率，p為電機極數，S為轉差率），變頻器就是通過改變電源頻率來改變此類電機轉速的。

它利用變頻器內的運算電路，將外部的速度、轉矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。這樣經過調整的電壓，送入電機，改變了電機轉速。

1.2 性能特點

（1）變頻器具有調頻、調壓、調速等基本功能，實現了對交流電機無極調速

（2）可以使電機以較小的起動電流，獲得較大的起動轉矩，具有一定的軟起動性能。

1.3 現實存在的問題

（1）低速區效率仍然很差，沒有改進。

（2）多個大功率逆變器的高次諧波疊加，容易對電網造成沖擊和干擾。

（3）重負載下起動慢，電流仍然很大，并不能真正解決軟起動問題。

2 開關磁阻電機

2.1 概念和原理

開關磁阻電機驅動系統，有電機本體和控制器兩大部分有機構成。其電機部分由于是運用了“磁通總是沿磁阻最小路徑閉合”的原理，故稱為磁阻電動機，又由于線圈電流通斷、磁通狀態直接受高頻電子開關控制（IGBT），故稱為開關磁阻電動機。

所謂“磁阻最小原理”，即：“磁通總是沿著磁導最大，磁阻最小的路徑閉合，從而在定轉子突極間產生磁拉力，而磁力線具有力圖縮短磁通路徑以減小磁阻和增大磁導的本性，因而形成磁阻性質的電磁轉矩”，使轉子發生轉動。

2.2 控制方式

目前應用的控制方式是低速時以電流斬波（CCC）為主（此時基本固定開通角和關斷角），中速時以電流斬波（CCC）加角度控制（APC）的控制方式，高速時以角度控制（APC）為主。

2.3 基本性能特點

（1）起動電流小，起動轉矩大。起動電流為額定電流的30%時，起動轉矩即可達額定轉矩的150%。

（2）可重載輕松起動，不需要任何輔助軟起動，而且起動時間很快，。

（3）“超高效”電機。系統在低、中、高寬廣的速度范圍內，都具有平均80%以上的效率，這是變頻調速電機難以達到的。

（4）自動感知負載變化，調整電流大小，空載時電流很小，輕載時候電流“按需索取”，從本質上實現節能。

（5）可頻繁帶載起、停，可正反、向頻繁轉換運行（60min1000次）。

2.4 實際存在的問題

（1）滿負載時噪音偏大。尤其是頻繁加載、降載或過載運行時，表現出間歇式的高電磁噪音。

（2）低速脈動，即低速振動偏大。

上述兩個缺點，隨著科技的進步、工藝水平的提高是可以逐步解決的。

3 開關磁阻電機驅動系統和變頻調速電機系統的主要特性比較

通過上述說明，開關磁阻電機和變頻起動電各有千秋。下面我們通過一些主要的性能曲線，做一個詳細的對比。

3.1 （低速區、不同負載）效率對比

下邊的實驗分別測定了37 kW的普通開關磁阻電機、變頻器高效三相異步電機在三種轉速不同負載下的效率。從結果可以看出，開關磁阻電機“在寬廣的轉速范圍內，都具有很高的效率”的特性。

3.2 額定功率下SRM和變頻器的效率對比

從圖中可以看出，在額定功率下，轉速越高SRM和變頻器的效率越接近，可見變頻器適用于較高的轉速的條件，相比而言SRM則受轉速影響較小。但幾乎在任何一個轉速下，SRM的效率都要高于變頻調速系統的效率。

4 結論

從以上各方面性能對比可以看出，開關磁阻電機作為某型燃氣輪機起動系統中的起動電機，是一中比較理想代驅動設備，較之變頻調速電機，其性能更勝一籌，它逐步取代傳統的交流感應電機及其變頻調速系統的時代已為時不遠了。

參考文獻

[1] 劉迪吉，主編.開關磁阻調速電機[M].機械工業出版社，1994.

[2] 王宏華，主編.磁阻電動機調速控制技術[M].機械工業出版社，1995.endprint