提高离心式锅炉引风机暂态稳定性
圭海铝业公司净化系统离心式锅炉引风机采用800kw的
F同步电动机，它采用TH—MLF励磁电源，主要用于
三相交流同步电动机励磁控制，其核心部件采用美国生产的
高性能、高密度、大规模逻辑器件，使脉冲的移相、定宽、调
制均实现数字化，触发器部分不需要任何调整，而且具有可
*性高，脉冲对称度高，抗干扰能力强，反应速度快等特点。
但由于该离心锅炉引风电动机的转子回路转子绕组的电感与
电阻的比值较大，在该电源下，定子绕组在空载的状态下，转
子回路中电流上升时间常数达10S左右，强励电流上升速度
极慢，在起动中需要较长时间才能实现定转子磁场达到同步，
也就是存在较长时间的暂态过程，较大程度地破坏了电气设
备的各种性能，不同程度地缩短了同步电动机的使用寿命，所
以尽可能地提高转子强励电流上升速度，缩短强励时间常数，
是实现定转子磁场尽快达到同步的途径之一，也是使同步电
动机尽快达到稳定运行状态的较好途径。所以在该电源系统
中，很有必要采取措施提高离心锅炉式引风机强励电流上升
速度，使该电动机较快地达到稳定状态。
影响强励电流上升速度的因素分析
同步电动机转子回路可以看作1个电阻和1个电感元件
串联组成的电路，如图1所示。
，
—------------●
L
图1同步电动机转子等效电路
其中，u为励磁电源向转子提供的电压；尺为转子绕组电
阻；L为转子绕组的等效电感；，为转子电流。在U上升较快
时，其时间常数相对于转子时间常数很小的情况下，强励时
80J电l|i日寸代2oo5年第8期
口中国铝业青海分公司第三电解厂王智堂
间可以看作发生阶跃，转子电流增量的变化过程近似表达为
△，=△，(1一一)(1)
转子电流表达式为
，=，0 △，=，0 △，(1一一盯)(2)
强励稳态电流为
，，0 △，，0 △UIR(3)
式中，△，是电流增量；△，是转子电流增量稳态值，△，
=△U；△U是励磁电压增量；t是时间；丁是转子回路时
间常数，T=L，尺；，n为转子电流初始值。
根据(1)、(2)、(3)式可知，强励电流上升速度为
dlldt=AleTiT
可见，影响强励电流上升速度的因素有2个：①强励稳
态电流。②转子时间常数。所以，提高强励稳态电流和减小
转子时间常数，都可以提高强励电流上升速度，即缩短同步
电动机暂态过程，使其较快达到稳定。
提高强励电流上升速度的措施
1．提高强励稳态电流
要提高强励稳态电流，就要设法提高强励电压，但我国
励磁装置标准提出，励磁顶值电压一般为额定励磁电压的2
倍，可较好地保证同步电动机转子绕组的热稳定性。因此，在
离心式锅炉引风机起动时，调整强励电压为额定励磁电压的2
倍为最佳。
2．调整转子时间常数
减小转子时间常数最简单的方法是在转子回路中串入附
加电阻AR，当△=R时，时间常数减半，但由于这时AR上
的功率损耗与尺上的相等，故这种方案难于被接受。所以，可以
采用励磁控制的方法来实现转子时间常数的调整，如图2所示，
在励磁控制中引入转子电流负反馈以提高励磁回路等效电阻。
维普资讯http://www.cqvip.com
图2中，将励磁装置视为线性放大器，将控制电压放
大为励磁电压U，U，ki为励磁反馈系数。
图2引入转子电流反馈的励磁控制
(1)当无励磁电流反馈时，控制电压和输入电压相等，即
=(，c，励磁电压U=。
励磁系统微分方程为
k。
U
。
RI Ldi／dt(5)
当=常数时，转子电流上升时间常数T=L／R。
(2)引入电流反馈后励磁电压U=kpUi—kpk：，。
励磁系统的微分方程变为
k
p
ki)l Ldi／dt(6)
当Ui=常数时，转子电流上升时间常数
T=u(R )=u(R AR)(7)
转子等效电阻为，等效附加电阻增量△=，由
电流反馈系数来调整等效电阻。与前述实际附加电阻△尺的
差别在于△R．不消耗功率，等效电阻反映为单位输入电压可
生成的输出电流的能力。由于电流负反馈而使相同的输入电
压有较小的输出稳态电流，为了保持相同的稳态电流，需要
有更高的输入电压。在恒定的输入电压下，电流负反馈使
强励电流上升过程中有不同的控制电压，从而有不同的励
磁电压U，对照式(2)、(3)，在保持稳态励磁电压为强励顶值电
压的条件下，可将励磁电流变化过程变为
i=i一Aie一(8)
对应的控制电压变化过程为
=一，一七_， kA，e一(9)
通过上述分析表明，这种控制方式在整个强励过程中，
保持给定电压不变，控制系统简单，实施方便，提高了强
励电流上升速度，并保持了稳态强励电流不越限，因此，比
较经济可行。
结论
依*强行励磁提高同步电动机的暂态稳定性主要取决于
强励电流上升速度，提高强励初值电压可以提高强励电流上
升速度。为保持转子绕组热稳定性，需及时限制强励电流顶
值。采用转子电流负反馈的励磁控制可减小转子电流上升时
间常数，其物理本质表现为：在到达稳态电流之前，自动提
高强励电压，并自动限制稳态电流为标准值，这是提高强励
电流上升速度的一种较好方案。EA
(收稿日期：2005．05．e2)
(上接第78页)
1)增加供电电源的内阻抗，即变压器的短路阻抗。内阻
抗越大，谐波分量越小。
2)安装电抗器在变频器的输入输出端安装合适的电抗
器或谐波滤波器，滤波器应为LC型，以吸收谐波，增大电源
或负载的阻抗，达到抑制谐波的目的。
3)选用产生谐波较小的变频器，从源头上减少谐波。
4)设置专用滤波器检测谐波的幅值和相位，并产生一
个与谐波幅值和相位相反的电流，有效抑制谐波的产生。
5)使用专用变频调速电动机以解决散热问题。
负载的匹配
生产机械的种类繁多，性能和工艺要求各异，转矩特性
各不相同。因此，在应用变频器时，首先应分清负载的性质，
然后选择变频器和电动机。负载的类型有3种：恒转矩负载、
风机水泵负载及恒功率负载。
1．恒转矩负载
恒转矩负载又分为摩擦类和位能类负载。摩擦类负载
的起动转矩一般要求为额定转矩的150％左右，制动转矩
一般要求为额定转矩的100％，所以应选择具有恒转矩特
性，起动和制动转矩较大，过载能力较大的变频器。位能
类负载如电梯，一般要求大的起动转矩，以保证快速实现
正反转，并具有能量回馈或能量消耗功能以抑制发电类过
电压。
2．风机水泵负载
风机水泵负载是典型的平方型转矩负载，在低速情况下
负载较小，转矩与转速的平方成正比，这类负载对变频器的
要求不高，一般仅要求经济性和可*性，只要选择具有u／f=
常数控制模式的变频器即可。
3．恒功率负载
恒功率负载指转矩与转速成反比，但功率保持恒定的负
载，如机床。配用变频器时应注意：在工频以上范围，变频
器的输出电压为定值，负载表现为恒功率特性，标准电动机
与通用变频器配用不存在问题；在工频以下范围为u／f=常数
方式控制，标准电动机与通用变频器配用可能难以适应，必
要时应考虑专门设计。EA