关于同步电动机用交流励磁机的相关讨论

阎明+丁东

（泰豪沈阳电机有限公司 辽宁沈阳 110026）

摘 要：同步电动机稳定性好、过载能力大，能改善电网功率因数，在工业生产中有着广泛的应用。随着我国对生产过程中爆炸性气体的重视，促进了无刷励磁同步电动机的出现，由于取消了滑环系统，电动机正常工作时，不会产生电弧、火花，避免了产生爆炸安全事故。无刷励磁主要由交流励磁机和旋转整流器组成，电动机由于采用了无刷励磁，其可靠性大大提高，所以获得了越来越广泛的应用。

关键词：无刷励磁 同步电动机 交流励磁机

一、必要性

在石油、化工及煤矿等工矿企业均存在爆炸性气体混合物，这些气体、蒸气、薄雾状的易燃物质易形成爆炸性的气体环境。为防止因电气设备原因所造成的爆炸性安全事故，对爆炸性气体环境中使用的电气设备往往提出具有防止引燃爆炸的特殊性能要求。无刷励磁同步电动机是20世纪70年代初随着电力电子技术的迅速发展而发展起来的，也是与电机学、电子学、自动控制学等学科相结合而产生的新型電动机。

二、结构

一般来说，无刷励磁同步动电机由两台电机组成，即电动机和交流励磁机。对电动机而言，由于采用了交流励磁机和旋转整流器，实现了励磁无刷化。但对交流励磁机来说，它是一台三相交流发电机。而且是一台静止磁场，旋转电枢式的多级同步发电机。主电机转子、励磁机电枢和旋转整流器都装在同一轴上一起旋转，励磁机磁极固定在定子内侧，交流励磁机为转枢式的发电机。电枢铁心用优质的电工硅钢片冲制后，紧密迭压在电枢支架上，然后再热套到轴上，电枢绕组端部用特殊结构绑扎，以便能承受高速旋转下的离心力。交流励磁机、旋转整流器和主电动机通常有两种排法：第一种是交流励磁机和旋转整流器在轴承内侧，第二种是交流励磁机和旋转整流器在轴承外侧。第二种结构不影响主电动机的结构，而且安装维护方便，但这种结构型式缺点是轴中心必须钻孔，励磁电流引线才能穿过轴承引入主电动机。

三、原理

主电动机启动转子旋转时，交流励磁机的电枢随主电动机一同旋转。交流励磁机定子投励，交流励磁机转子电枢绕组首先将切割交流励磁机定子线圈所建立的磁场产生电压，交流励磁机做为发电机运行并发电。然后经旋转整流器变成直流电后进入主电机转子绕组以励磁。只要调节交流励磁机的励磁电流，就可以改变主电机的励磁电流，从而可根据主电机励磁电流的需要，通过控制柜调节交流励磁机的励磁电流。

四、设计思路

同步电动机在允许负载范围内变化时，交流励磁机输出电压是随主电动机负载及工作温度变化而大幅度变化，相应交流励磁机的感应电势也应是大幅度变化。因此为满足电机的最大强励要求，交流励磁机的磁路尺寸必须根据主电机的最大励磁电压来设计，即交流励磁机的额定工作状态时的磁密要取得很低。所以交流励磁机磁性材料的利用率极低，同容量的交流励磁机的体积远比一般同步发电机大，重量也重。交流励磁机应有线性的工作特性，磁路工作点设计在非饱和区，才能满足系统的强励倍数要求。同时为改善同步电动机励磁系统的动态特性，应当减小交流励磁机的时间常数，最有效的方法是增加极对数和提高励磁机的频率。在可靠性方面，提高交流励磁机定子绕组的可靠性，当主机转子绕组过电压时，励磁机定子绝缘不受破坏，励磁机定子绕组绝缘应与主电机转子绝缘等级相同。交流励磁机一般是用空气冷却的，冷却空气由旋转整流盘上的扇叶驱动，以轴流的方式强制吹向励磁机定、转子。当励磁机温升较高时，可将励磁机的冷却空气风路和主电机冷却风路连到一起，以保证励磁系统的稳定。

五、发展趋势

同步电动机具有过载能力强功率因数高转速不变及转矩受电源电压影响较小等优点，尤其是应用无刷励磁技术的同步电动机取消了滑环，无火花产生和简化了操作及维护程序，广泛应用在石油化工等易然易爆的场所无刷励磁已成为今天同步电动机主要的励磁方式。数十年以来，实际应用过的励磁方式有多种，每一种励磁方式的出现都与当时的技术水平和生产需要密切相关。20世纪50-60年代，出现了大功率半导体整流元件，于是就有了交流励磁机-整流器励磁系统，取代大容量的直流励磁机。随着永磁材料的不断进步，永磁副励磁机又取代了非永磁副励磁机。可见，励磁系统技术是跟随机械换向器整流→不可控整流→可控整流的发展而发展的。要求多种多样，系统性很强，我们将在不断总结现有经验的基础上，随时关注国内电机及其密切相关的技术发展动向，为进一步拓宽电动机的应用范围，提高性能水平作出努力。

参考文献：

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[2].JB/T5810-91电机磁极线圈机磁场绕组匝间绝缘试验规范

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[5].哈尔滨大电机研究所编电机工程手册

[6].许实章：《电机学》，机械工业出版社，1992

[7].上海电器科学研究所中小型电机设计手册北京：机械工业出版社1994

[8].陈世坤电机设计北京：机械工业出版社