無刷勵磁同步電動機用旋轉整流器的研究

O馮樂平（中國石油化工股份有限公司廣州分公司 廣東廣州 510000）

無刷勵磁同步電動機用旋轉整流器的研究

O馮樂平
（中國石油化工股份有限公司廣州分公司 廣東廣州 510000）

旋轉整流器作為無刷勵磁同步電機關鍵構成，其和同步電機同軸在具體的交流動磁機上所輸出的三相交流電，且整流為直流，然后當同步電機在勵磁電源獲取之后，則可在同步電機相應無刷勵磁予以實現。本文通過對無刷勵磁同步電機用旋轉整流器在保護措施及元件參數選取方面給與介紹，探討旋轉整流器具體設計方法。

無刷勵磁；同步電機；旋轉整流器

旋轉整流器作為一種電子器件，其在無刷同步電機當中具有重要地位，其通過安裝在電機轉軸上，在電機運行時，其就會伴隨電機轉子同時旋轉，因此，其需要對較大的離心力予以承受，且同時還會產生相應機械振動力，此外，對于元件整流所出現的熱應力還需給與承受。如若旋轉整流器失效，則會造成同步電機難以有效運轉，所以，對旋轉整流器實施合理設計，且選擇更為合宜的整流元件，在無刷同步電機設計中意義重大。

一、選取旋轉整流元件參數

針對無刷電機整流元件而言，其不僅要承受強大的機械振動，同時還要承受較強的離心力，并且其在可靠性方面也非常高，在承受機械應力的情況下，能夠保持良好的電氣性能。此外，選取有關旋轉整流元件方面的相應電氣參數時，不僅要考慮運行工況的穩定狀況，且還要考量各種類型的惡劣瞬間，比如在同步電機中可能瞬時發生的短時過載狀況等。

1.耐旋轉水平

2.耐振動水平

旋轉接流管在動加速度方面的承受狀況，通常在電機內≤2g（方均根值）。依據相關標準可知，其固定旋轉整流管在處于離心狀態的加速度為12250m/s2（恒加速度），其在振動方面加速度則為49m/s2（方均根值），而在二者同時作用下，其能夠實施長期性工作。因此，在對上述參數進行選取時，符合相關規定便可。

3.耐壓水平

4.額定電流

二、旋轉整流元件保護

針對旋轉整流器來講，由于其工作狀態不易監視與檢測，因此，需要就其相應旋轉整流元件施加相應保護，以此保證旋轉整流器所具有的可靠性。通常情況下，對其實施保護主要有兩種形式。第一為過流保護。可選用相應元件實施保護，諸如快速熔斷器等，然而，若無刷同步電機為中型或小型，為達到結構的更為便捷，并提升機械方面的可靠性，在實施過流保護過程中，通常在解決辦法上，較常用的方法，則為增大電流容量。其二為過壓保護。在無刷勵磁同步電機實際運轉過程中，隨時可能發生過電壓尖峰狀況，而基于此狀況，勢必使旋轉整流元件承受不住過電壓尖峰沖擊而損壞，便會造成損壞狀況，所以，對過電壓保護元件進行合理選用，保護整流元件。日常元件運行保護過程中，其阻值很大，幾乎不消耗勵磁功率；而在異常情況下，其阻值很小，能迅速吸收過電壓尖峰。主要有以下幾種過電壓保護方法。

1.采用阻容（RC）組成的過電壓保護

整流橋可運用RC，保護接流元件，將Rc并聯在整流橋直流側即可。實施阻容保護相應參數見表1。

表1 阻容保護參數

2.硒堆構成方式的過電壓保護

將兩組串聯硒片實施連接操作，完成后，將其接入整流橋相應直流側或者是交流側。可依據每片相應承受電壓來確定硒片數。

3.壓敏電阻構成方式的過電壓保護

壓敏電阻能夠給予更好的過電壓保護，且承較大受過電流。如若壓敏電阻處于正常工作狀況，則不會造成損耗，基于整流器，其在實施過電壓保護相應接法方面，相同于硒堆構成接法。選擇壓敏電阻的方法為：(1)標準電壓。≥2～2．5，或者是≥1．8～2，在公式當中，表示為交流電壓；表示為直流電壓。(2)選擇通流容量。在對壓敏電阻在相應通流容量一選擇過程中，通常可選擇為3～5kA。其不僅能夠對旋轉整流元件給予有效保護，還能夠實現壓敏電阻予以多次使用。

三、旋轉整流器結構設計

當同步電機勵磁電壓和勵磁電流確定后，選定好整流線路，就可以對旋轉整流元件和過壓保護元件的各項參數進行確定，對旋轉整流器的結構進行設計，旋轉整流器結構為兩種，分別為模塊結構和整體式結構，就模塊結構而言，其全波整流有三相橋臂，每一相橋臂采用一個模塊，因此，其在具體構成上主要有1個過壓保護模塊，另外還有旋轉整流模塊3個，通過將這些模塊融合，從而形成了三相全波橋式整流器，針對電機轉軸相應外圓上，共有4模塊予以安裝，且實施4個象限予以劃分，于軸表面，均對稱分布。另一種為整體式結構，三相全波整流在具體的二極管方面為6個，且均在整體模板上予以安裝，其包含有集流板、保護用元件及整流元件。上述二種旋轉整流器優缺各有，前者可在同步電機和同軸相應交流勵磁機間予以布置，便于實施交、直流引線，不需在電機轉軸上實施中心孔鉆孔，且工藝性好，其缺點乃是對同步電機轉子勵磁繞組，相應電流相不能實施測量，另外，還不可測量電壓參數，此外，還需將維修窗口加工至電機機殼的相應位置上，以此對電機機殼相應強度予以降低；而對于后者而言，安裝在電機轉子軸端，其不僅具有較小體積，還重量輕，無論是維修還是安裝均較為方便，且在電機轉軸長度方面也不需要額外增加，缺點為直流引線不方便，在鉆中心孔時，需在電機轉軸上完成操作，且具有較為復雜的工藝。

四、案例分析

現以一臺為國外壓縮機配套的TZY W/TAW 7800-18/3 250 WTHF1無刷勵磁同步電動機為例，該旋轉整流器的結構見圖1所示，其主要由覆銅板載盤、整流二極管、過電壓保護元件及載流散熱板等組成；該旋轉整流器結構緊湊．其最大外徑260mm，最大厚度40m，重量約1kg，在各種中小型無刷同步電機中均可使用。其額定功率7800kW，依據公式，可得出額定電流為516A，其標準電壓經上述公式計算可知，其在2～2．5之內，即為2．3，電阻功率經公式可知，其值為160Ω。此外，該機在結構上采用單軸承結構，現場安裝對中更加方便，降低了系統損耗，提高了系統效率，節省材料，環保節能；防爆方面，采用雙重防爆型式，克服了單一防爆型式的缺點，提高了產品的安全性和可靠性。

圖1 旋轉整流器結構

結語

以上通過對無刷勵磁同步電機用旋轉整流器在具體的設計方法上的簡單分析，盡管旋轉整流器結構簡單，然而，基于旋轉整流器而言，乃是整個無刷同步電機當中的核心部位，具有較為惡劣的使用條件，此外，還要求壽命長、直徑小、重量輕及體積小等，因此，在實際設計及應用中，應對此給與相應重視。

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Research on Rotating Rectifier of Brushless Excitation Synchronous Machine

Feng Leping
（Guangzhou Branch of China Petroleum and Chemical co., LTD,Guangdong Guangzhou,510000）

Rotating rectif er, as the key constitute of brushless excitation synchronous machine, has same axle with synchronous machine an d it produce three-phase alternating current, which rectif cation is direct current and after synchronous machine getting f eld power supply, it can achieve brushle ss excitation in conrresponding synchronous machine. In this paper, by introducing the rotating rectif er of brushless excitation synchronous machine in protection measures and element parameter choosing to discuss the concrete design method of rotating rectif er.

brushless excitation；synchronous machine；rotating rectif er

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