并勵(lì)是一種電機(jī)自勵(lì)的方式，它不需要外部獨(dú)立的勵(lì)磁電源，而是依靠同步電機(jī)自身的電壓獲取能量。在這種類型的電機(jī)中，勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)連接。對(duì)于并勵(lì)發(fā)電機(jī)而言，電機(jī)自身產(chǎn)生的端電壓為其勵(lì)磁繞組供電；而對(duì)于并勵(lì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，勵(lì)磁繞組與電樞共享同一個(gè)電源，其性能與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)相似。
并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程的仿真
并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程可以通過(guò)建立動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，并使用MATLAB軟件中的動(dòng)態(tài)仿真工具SIMULINK進(jìn)行仿真模擬。通過(guò)對(duì)不同起動(dòng)方法的仿真計(jì)算，驗(yàn)證了這種方法的有效性。
起動(dòng)方法
常見(jiàn)的直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方法包括直接起動(dòng)、電樞回路串變阻器起動(dòng)以及降壓起動(dòng)。
直接起動(dòng)
直接起動(dòng)是指將靜止的電樞直接接到額定電壓的電網(wǎng)上進(jìn)行起動(dòng)。由于勵(lì)磁繞組的時(shí)間常數(shù)較大，為了確保起動(dòng)時(shí)能夠快速建立磁場(chǎng)，對(duì)于并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，通常先將勵(lì)磁繞組接入電網(wǎng)使其建立額定的氣隙磁場(chǎng)，然后再將電樞繞組接入電網(wǎng)起動(dòng)。這種方式無(wú)需額外的起動(dòng)設(shè)備，操作簡(jiǎn)單，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，但起動(dòng)電流過(guò)大，僅適用于小型電動(dòng)機(jī)。
電樞回路串變阻器起動(dòng)
為了限制起動(dòng)電流，可以在起動(dòng)過(guò)程中在電樞回路中串聯(lián)可變電阻器，并在升速過(guò)程中逐漸切除這些電阻器。如果分段電阻設(shè)置合理，可以確保起動(dòng)過(guò)程中電流被限制在允許范圍內(nèi)，同時(shí)保持轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，并具備足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，能夠在較短時(shí)間內(nèi)完成起動(dòng)。這種起動(dòng)方法設(shè)備需求較少，廣泛應(yīng)用于各類直流電動(dòng)機(jī)中。但對(duì)于大容量電動(dòng)機(jī)，變阻器較為笨重，頻繁起動(dòng)時(shí)也會(huì)消耗較多電能，此時(shí)通常采用降壓起動(dòng)。
降壓起動(dòng)
降壓起動(dòng)是通過(guò)降低電動(dòng)機(jī)的電樞端電壓來(lái)限制起動(dòng)電流。起動(dòng)過(guò)程中，可以根據(jù)需要逐步提高電源電壓，使得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速按照所需的加速度上升，以便控制起動(dòng)時(shí)間。對(duì)于并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，降壓起動(dòng)時(shí)，應(yīng)先將勵(lì)磁繞組接入電網(wǎng)使其建立額定的氣隙磁場(chǎng)并保持不變，然后將電樞繞組接入電網(wǎng)起動(dòng)。降壓起動(dòng)需要專用的可調(diào)壓直流電源，設(shè)備投資相對(duì)較大。其優(yōu)點(diǎn)在于起動(dòng)電流較小，起動(dòng)過(guò)程中能量損耗少，適用于需要頻繁起動(dòng)的大容量直流電動(dòng)機(jī)。
仿真實(shí)例
針對(duì)一臺(tái)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了仿真計(jì)算，該電動(dòng)機(jī)的額定電壓為U=250V，額定電流為I=633A，額定轉(zhuǎn)速為nN=617r/min，額定轉(zhuǎn)矩為T(mén)=2375Nm。電機(jī)參數(shù)如下：R=12Ω，L=9H，Rf=0.012Ω，Lf=0.00035H，Lm=0.18H。轉(zhuǎn)子和負(fù)載的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=30kg.m，機(jī)械阻尼系數(shù)B=0。對(duì)這臺(tái)電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)、電樞回路串變阻器起動(dòng)、降壓起動(dòng)進(jìn)行了仿真計(jì)算，計(jì)算時(shí)忽略了電樞反應(yīng)的影響。
自并勵(lì)勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài)過(guò)程及強(qiáng)勵(lì)分析
詳細(xì)研究了采用自并勵(lì)勵(lì)磁方式的同步發(fā)電機(jī)在故障狀態(tài)下的暫態(tài)過(guò)程及其強(qiáng)勵(lì)能力。研究表明，采用自并勵(lì)勵(lì)磁方式的同步發(fā)電機(jī)相比其他勵(lì)磁方式更為安全可靠。只要?jiǎng)?lì)磁系統(tǒng)設(shè)備的選擇和配置恰當(dāng)，即使在最嚴(yán)重的三相短路故障中，自并勵(lì)勵(lì)磁方式也能夠提供充足的強(qiáng)勵(lì)能力。
強(qiáng)勵(lì)投入對(duì)發(fā)電機(jī)三相短路電流的影響
根據(jù)疊加原理，發(fā)電機(jī)短路時(shí)定子A相電流的表達(dá)式中應(yīng)考慮因勵(lì)磁電壓增加而引起的附加分量。相應(yīng)的A相電流中附加分量為ΔE，其中ΔEx·ΔU/rfT表示勵(lì)磁電壓上升的時(shí)間常數(shù)，ΔU為勵(lì)磁電壓的最大增量。考慮到自并勵(lì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置在故障后兩個(gè)周期內(nèi)能夠準(zhǔn)確檢測(cè)到故障并自動(dòng)投入強(qiáng)勵(lì)，勵(lì)磁電壓將在第三個(gè)周期后達(dá)到峰值，因此近似地假設(shè)勵(lì)磁電壓上升時(shí)間為三個(gè)周期，即T=0.06/5=0.012秒。若額定勵(lì)磁電壓為U=186V，實(shí)際勵(lì)磁電壓由勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置決定，U=2.34·U·cosa，其中a為可控硅觸發(fā)角，強(qiáng)勵(lì)時(shí)可控硅全導(dǎo)通，U為勵(lì)磁變壓器次級(jí)相電壓。由此推導(dǎo)得出，強(qiáng)勵(lì)時(shí)勵(lì)磁電壓U取決于勵(lì)磁變壓器二次側(cè)電壓，若取勵(lì)磁變壓器變比為6300V/500V。計(jì)算結(jié)果顯示，發(fā)電機(jī)升壓變壓器高壓母線突然三相短路后，發(fā)電機(jī)定子電流及機(jī)端電壓經(jīng)歷了大幅下降、緩慢回升、大幅回升的過(guò)程。在三相短路故障后的第一個(gè)周期內(nèi)，機(jī)端電壓降至0.77U，此時(shí)強(qiáng)勵(lì)尚未投入，機(jī)端電壓大幅下降，至t=0.1秒時(shí)，機(jī)端電壓降至0.54U，盡管此時(shí)強(qiáng)勵(lì)已經(jīng)投入，但由于勵(lì)磁繞組的電感效應(yīng)，勵(lì)磁電流只能緩慢增長(zhǎng)，機(jī)端電壓仍然迅速下降，至t=0.3秒時(shí)，機(jī)電壓已降至0.4U。隨著勵(lì)磁電流的增長(zhǎng)，強(qiáng)勵(lì)開(kāi)始發(fā)揮作用，機(jī)端電壓在t=0.3-0.9秒期間雖略有下降，但在0.9秒之后機(jī)端電壓從最低點(diǎn)開(kāi)始回升，在t=7.2秒之后則顯著回升。
強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)與勵(lì)磁變壓器二次側(cè)電壓的關(guān)系
當(dāng)勵(lì)磁變壓器變比選為6300V/500V時(shí)，其最大強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)為3.21。這一數(shù)值對(duì)于線路最大輸電容量受暫態(tài)穩(wěn)定性約束的機(jī)組是適宜的；然而，在一般情況下，較高的強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)會(huì)影響勵(lì)磁回路電氣設(shè)備的絕緣，因此為了尋找合適的強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)值，分別選取勵(lì)磁變壓器變比為6300V/450V、6300V/430V及6300V/400V三種情況進(jìn)行計(jì)算，得到短路電流暫態(tài)值。在短路故障發(fā)生后0.6秒內(nèi)，定子電流大幅下降，其變化規(guī)律基本相同，至1.8秒時(shí)，由于強(qiáng)勵(lì)的作用，曲線1中電流已經(jīng)開(kāi)始上升；曲線2中電流基本保持水平，曲線3中電流有下降趨勢(shì)。至3.6秒時(shí)，曲線1中電流緩慢上升；曲線2中電流開(kāi)始下降，而曲線3則由于強(qiáng)勵(lì)不足，電流明顯下降，在短路發(fā)生后7.2秒，曲線1中電流繼續(xù)上升，曲線2中電流仍緩慢下降，曲線3中電流則加速下降，最終衰減至零。結(jié)論顯示：
1. 當(dāng)勵(lì)磁變壓器二次側(cè)電壓選得較高時(shí)，如勵(lì)磁變壓器選6300V/450V變比，即使發(fā)生最嚴(yán)重的短路故障，在自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的有效作用下，最終發(fā)電機(jī)端電壓都能夠恢復(fù)到故障前的值。
2. 當(dāng)勵(lì)磁變壓器二次側(cè)電壓選得偏低時(shí)，如勵(lì)磁變壓器選6300V/430V變比，此時(shí)若發(fā)生最嚴(yán)重的短路故障，雖然發(fā)電機(jī)端電壓最終會(huì)衰減至零，但在自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的作用下，能夠有效地保證在短路故障后8秒鐘內(nèi)短路電流是額定電流的兩倍，從而能夠充分滿足繼電保護(hù)的靈敏度，保障發(fā)電機(jī)后備保護(hù)的正確動(dòng)作。
3. 當(dāng)勵(lì)磁變壓器二次側(cè)電壓選得太低時(shí)，如勵(lì)磁變壓器選6300V/400V變比，則自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的強(qiáng)勵(lì)作用不明顯，發(fā)電機(jī)定子電流迅速衰減至零。
4. 實(shí)際強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)在剛剛投入強(qiáng)勵(lì)時(shí)最大，但小于3倍，0.6秒后，實(shí)際強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)大于2倍，這對(duì)于遠(yuǎn)距離輸電的大型同步發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，也是滿足的。
參考資料 >
直流電機(jī)的勵(lì)磁方式有哪幾種?各有何特點(diǎn)?.直流電機(jī)的勵(lì)磁方式有哪幾種?各有何特點(diǎn)?.2024-10-31
什么是直接起動(dòng)?什么是降壓起動(dòng)?直接起動(dòng)與降壓起動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn).機(jī)電之家.2024-10-31
電動(dòng)機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)電路圖全解.CSDN博客.2024-10-31