關于同步電動機用交流勵磁機的相關討論

閻明+丁東

（泰豪沈陽電機有限公司 遼寧沈陽 110026）

摘 要：同步電動機穩定性好、過載能力大，能改善電網功率因數，在工業生產中有著廣泛的應用。隨著我國對生產過程中爆炸性氣體的重視，促進了無刷勵磁同步電動機的出現，由于取消了滑環系統，電動機正常工作時，不會產生電弧、火花，避免了產生爆炸安全事故。無刷勵磁主要由交流勵磁機和旋轉整流器組成，電動機由于采用了無刷勵磁，其可靠性大大提高，所以獲得了越來越廣泛的應用。

關鍵詞：無刷勵磁 同步電動機 交流勵磁機

一、必要性

在石油、化工及煤礦等工礦企業均存在爆炸性氣體混合物，這些氣體、蒸氣、薄霧狀的易燃物質易形成爆炸性的氣體環境。為防止因電氣設備原因所造成的爆炸性安全事故，對爆炸性氣體環境中使用的電氣設備往往提出具有防止引燃爆炸的特殊性能要求。無刷勵磁同步電動機是20世紀70年代初隨著電力電子技術的迅速發展而發展起來的，也是與電機學、電子學、自動控制學等學科相結合而產生的新型電動機。

二、結構

一般來說，無刷勵磁同步動電機由兩臺電機組成，即電動機和交流勵磁機。對電動機而言，由于采用了交流勵磁機和旋轉整流器，實現了勵磁無刷化。但對交流勵磁機來說，它是一臺三相交流發電機。而且是一臺靜止磁場，旋轉電樞式的多級同步發電機。主電機轉子、勵磁機電樞和旋轉整流器都裝在同一軸上一起旋轉，勵磁機磁極固定在定子內側，交流勵磁機為轉樞式的發電機。電樞鐵心用優質的電工硅鋼片沖制后，緊密迭壓在電樞支架上，然后再熱套到軸上，電樞繞組端部用特殊結構綁扎，以便能承受高速旋轉下的離心力。交流勵磁機、旋轉整流器和主電動機通常有兩種排法：第一種是交流勵磁機和旋轉整流器在軸承內側，第二種是交流勵磁機和旋轉整流器在軸承外側。第二種結構不影響主電動機的結構，而且安裝維護方便，但這種結構型式缺點是軸中心必須鉆孔，勵磁電流引線才能穿過軸承引入主電動機。

三、原理

主電動機啟動轉子旋轉時，交流勵磁機的電樞隨主電動機一同旋轉。交流勵磁機定子投勵，交流勵磁機轉子電樞繞組首先將切割交流勵磁機定子線圈所建立的磁場產生電壓，交流勵磁機做為發電機運行并發電。然后經旋轉整流器變成直流電后進入主電機轉子繞組以勵磁。只要調節交流勵磁機的勵磁電流，就可以改變主電機的勵磁電流，從而可根據主電機勵磁電流的需要，通過控制柜調節交流勵磁機的勵磁電流。

四、設計思路

同步電動機在允許負載范圍內變化時，交流勵磁機輸出電壓是隨主電動機負載及工作溫度變化而大幅度變化，相應交流勵磁機的感應電勢也應是大幅度變化。因此為滿足電機的最大強勵要求，交流勵磁機的磁路尺寸必須根據主電機的最大勵磁電壓來設計，即交流勵磁機的額定工作狀態時的磁密要取得很低。所以交流勵磁機磁性材料的利用率極低，同容量的交流勵磁機的體積遠比一般同步發電機大，重量也重。交流勵磁機應有線性的工作特性，磁路工作點設計在非飽和區，才能滿足系統的強勵倍數要求。同時為改善同步電動機勵磁系統的動態特性，應當減小交流勵磁機的時間常數，最有效的方法是增加極對數和提高勵磁機的頻率。在可靠性方面，提高交流勵磁機定子繞組的可靠性，當主機轉子繞組過電壓時，勵磁機定子絕緣不受破壞，勵磁機定子繞組絕緣應與主電機轉子絕緣等級相同。交流勵磁機一般是用空氣冷卻的，冷卻空氣由旋轉整流盤上的扇葉驅動，以軸流的方式強制吹向勵磁機定、轉子。當勵磁機溫升較高時，可將勵磁機的冷卻空氣風路和主電機冷卻風路連到一起，以保證勵磁系統的穩定。

五、發展趨勢

同步電動機具有過載能力強功率因數高轉速不變及轉矩受電源電壓影響較小等優點，尤其是應用無刷勵磁技術的同步電動機取消了滑環，無火花產生和簡化了操作及維護程序，廣泛應用在石油化工等易然易爆的場所無刷勵磁已成為今天同步電動機主要的勵磁方式。數十年以來，實際應用過的勵磁方式有多種，每一種勵磁方式的出現都與當時的技術水平和生產需要密切相關。20世紀50-60年代，出現了大功率半導體整流元件，于是就有了交流勵磁機-整流器勵磁系統，取代大容量的直流勵磁機。隨著永磁材料的不斷進步，永磁副勵磁機又取代了非永磁副勵磁機。可見，勵磁系統技術是跟隨機械換向器整流→不可控整流→可控整流的發展而發展的。要求多種多樣，系統性很強，我們將在不斷總結現有經驗的基礎上，隨時關注國內電機及其密切相關的技術發展動向，為進一步拓寬電動機的應用范圍，提高性能水平作出努力。

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