关于同步电动机的电力拖动问题分析

羊文玉

摘 要：同步电动机只有在转速等于同步速度时才能产生恒定不变的同步电磁转矩，而只有在稳定运行状态下，才能实现转速与同步转速相同，因此其启动方法尤为重要。文章分析了同步电动机的起动问题和同步电动机的变频调速问题，以提高其机械性能，确保其稳定性。

关键词：同步电动机；电力拖动；变频调速；功率因数补偿

在同步电动机使用过程中，其稳定性的控制是关键。而电力拖动是影响其稳定性的主要因素，如何实现同步电动机的转速与同步转速相同是本文讨论的重点。

一、同步电动机的起动

正常运行状态下的同步电动机，其转子转速保持不变，确保定子与转子磁场因电磁作用所产生的旋转磁场处于相对静止状态，从而使其产生稳定的电磁转矩。因此同步电动机可以带动负载在同步速度下稳定运行。但由于能够处于稳定状态，直接起动将影响其机械性能。由于其使用电源为50Hz交流电源，加大了其起动难度。同时，三相定子绕组连接三相对称电源后，如定子磁场N极与转子磁极的S极接触，虽受到异性磁极的吸引，但由于转子自身的惯性较大，并不能使静止的转子发生转动。如此状态循环下，转子无法运转而只能在原处摆动。这使得因此同步电动机的起动问题成为难题，要确保其起动过程中稳定性不受到影响，可采取以下措施：

（一）辅助电动机起动

为了实现对同步电动机的牵引，可选一台异步电动机，并要求其极数与同步电动机一致。若同步电动机在起动时转子未加入励磁，需要将转子借助辅助电动机牵引以接近或达到同步转速，完成之后将直流励磁电流通入到同步电动机的转子励磁绕组中，将同步电动机利用整步转矩将接入电网。实际上，在完成定子的同步运行后，辅助电动机已失效。要降低不必要的电能损耗，应停止辅助电动机的运转。辅助电动机起动法主要应用于同步调相机起动和空载起动，但其需要较多的设备，且操作相对较为复杂。

（二）异步起动

异步起动主要靠安装在同步电动机上的异步电动机绕组实现。其操作原理为：将定子通电，靠起动绕组中所产生的异步电磁转矩实现电动机起动。在其转速接近同步转速时，通入励磁电流，通过同步电磁转矩实现电动机的同步运转。异步起动主要靠安装在电动机上的绕组实现，所需设备较少，操作方便。需要注意的是，要避免异步起动时励磁绕组的开路状态。这是由于开路状态下，过多的励磁绕组匝数将造成定子的感应电压升高，从而导致其绝缘性能下降甚至消失，容易造成安全事故，这是异步起动最大的缺点。同时，这种起动方式过程不能使磁绕组直接短路。否则将造成励磁绕组的单相电流过大，并且在旋转气隙磁场的共同作用下， 附加转矩增大。根据异步起动的转矩特点，在其起动时，可选择实阻值约为励磁绕组10倍的起动电阻，并將其与转子励磁绕组连接。这样可以减小励磁绕组的感应电流，降低单轴转矩对电动机起动的影响。

二、同步电动机的变频调速

同步电动机的转速与供电电源频率之间始终保持同步并处于稳定运行状态，也就是说，电动机的转速只与电源频率有关，与负载之间无必要联系。也就是说，要实现其转速的改变，变频调速是唯一的方法。目前，变频调速系统主要为自控式调控系统和他控式调试系统。

（一）自控式同步电动机变频调速系统

自控式同步电动机的变频调速的优势在于消除了其转子振荡和失步而出现的安全问题，自控式同步电动机的变频调速系统由安装在电动机轴端的检测器为主， 该检测器的主要作用就是通过信号的发出电力电子器件的频率和导通顺序，实现定子转速与转子转速保持同步，消除了负载对设备运转的冲击。目前，该变频装置可采用交-交型或交-直-交型。自控式同步电动机变频调速系统不再使用旋转接触式换向器，而是采用了电力电子逆变器与转子位置检测器。自控式变频同步电动机的变频装置具有差异，这要影响无换向器电动机的电流使用交流还是直流。

（二）他控式同步电动机变频调速

交-直-交变频器是他控式同步电动机变频调速系统的主要应用装置，其变频系统的结构与自控式变频系统相比较为简单，通常只有一台中变频器供电，因此操作较为简单，但相对来说，变频效率不高。但能够作为变频起动装置，确保同步电动机的软起动，或将其应用于多台同步电动机的同时调速。但他控式同步电动机变频调速性能较差，结构简单，存在转子振荡和失步等安全问题，因此应用并不多。

三、总结

同步电动机只有在转速等于同步速度时才能产生恒定不变的同步电磁转矩。该电动机的结构较为简单，主要问题在于其起动。如何保持转子与定子速度的一致是保证其稳定运行的关键。目前，同步电动机所用电源多为50Hz的交流电源，这使得其从静止状态到运转状态的转变较为困难。随着电力系统的快速发展，运行在系统上的主要负载为异步电动机和变压器。这使电网必须要担负电感性的无功功率，从而造成线路损耗，因此同步电动机的起动是其运行中最重要的问题。（作者单位：海南师范大学）

参考文献：

[1] 李敏.浅议同步电动机的电力拖动原理[J].科技风，2010（4）.

[2] 卢玉静.谈同步电动机的电力拖动[J].黑龙江科技信息，2012（16）.