我國的大中型排水泵站的主泵一般采用軸流泵或混流泵20世紀50~80年代，由于電網(wǎng)容量和供電質(zhì)量的限制，多選用同步電動機作為水泵的動力機雖然同步電動機具有能夠改善負荷功率因數(shù)，效率較高和效率曲線平坦等特點，但也存在著起動力矩小，失步時常需重新起動，需要直流勵磁設備等缺點目前，我國的電網(wǎng)已足夠強大，泵站用電負荷對電網(wǎng)的影響也越來越小，因此，有必要對大中型軸流泵配套電機的選型加以重新討論。

　　1軸流泵對電動機的要求以電動機為原動機的拖動類負載，對電動機的基本要求是能夠時時為負載提供所需的機械功率和扭矩。由于軸流泵的功率隨流量減小而增加，當流量等于0時，功率達到最大值，因此，對于驅(qū)動大型軸流泵的電機來說，除了要為軸流泵提供足夠的功率和扭矩外，還必須滿足水泵對電動機起動特性的要求另外，由于泵類負載的負荷是變化的，因此要求電動機在輸入電壓、頻率等電量不變時，能夠自行調(diào)整工作狀態(tài)，滿足軸流泵的負荷要求軸流泵類負載一般為低轉(zhuǎn)速、大扭矩負載，在起動或水流情況變化劇烈時，可能會瞬時超載，因此還要求電動機有較強的過載能力。

　　2種電動機運行原理的比較異步電動機定子三相繞組接到三相電源后，即在定子、轉(zhuǎn)子的氣隙內(nèi)建立了以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。由于短路的轉(zhuǎn)子繞組被這種旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線切割，轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)會產(chǎn)生感應電動勢，進而產(chǎn)生電丨流由于線圈處在旋轉(zhuǎn)磁場中，并載有感應電流，這樣轉(zhuǎn)子線圈必然會受到電磁力，從而產(chǎn)生一與旋轉(zhuǎn)磁場同方向的電磁轉(zhuǎn)矩。如果這個力矩有足夠的大小克服制動力矩的話，轉(zhuǎn)子就將沿著旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為n同步電動機定子三相繞組接到三相電源、勵磁繞組接到直流電源并且同步電動機已起動后，在定子、轉(zhuǎn)子的氣隙內(nèi)產(chǎn)生了兩個旋轉(zhuǎn)磁場，一個是定子旋轉(zhuǎn)磁場（轉(zhuǎn)速亦為另一個是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場（轉(zhuǎn)速為n）由于兩個磁場的相互作用，定子磁場就拖著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，電機就處于電動機狀態(tài)這時定子磁場超前于轉(zhuǎn)子磁場。如果轉(zhuǎn)子由其他原動機以轉(zhuǎn)速拖動，這時轉(zhuǎn)子磁場超前于定子磁場，那么定子端就會產(chǎn)生輸出的電流，向機、同步電動機都可以拖動軸流泵。

　　表i同步。異步電動機的工作特性比較對比項目同步電動機異步電動機轉(zhuǎn)速n不變隨負荷增加略有下降電磁轉(zhuǎn)矩M隨負荷增加而增加隨負荷增加而增加功率因數(shù)cosh隨負荷增加而下降隨負荷的增加先升后降效率Z略有下降略有下降1994-2015ChinaAcademic正是由于2種電機運行原理的不同，導致兩者結(jié)構(gòu)的差異。定子部分2種電動機相似，轉(zhuǎn)子部分差異較大。同步電動機的轉(zhuǎn)子繞組為不封閉繞組，需要輸入勵磁電流；異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組為一短接的封閉繞組另外，由于同步電動機起動的需要，在轉(zhuǎn)子磁極的極靴上還裝有一個籠形的起動繞組由于同步電動機的轉(zhuǎn)子較異步電動機復雜，導致在相同功率和極對數(shù)的情況下，同步電動機的價格較異步電動機高。另外，同步電動機需要直流的勵磁電流，因此同步電動機比異步電動機要多出一套勵磁及其相應的保護、控制設備，這也提高了水泵機組的造價。總的來說，同步電動機的結(jié)構(gòu)較異步電動機復雜，配套設備也較多，水泵機組的造價也較高。

　　2種電動機工作特性的比較本文所述的工作特性是指電網(wǎng)電壓Ui勵磁電流If電網(wǎng)頻率乃為常值的情況下，電動機轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)、效率與輸出功率之間的關系。分別為同步電動機和異步電動機的工作特性。

　　從圖中看出2種電動機在輸入電壓、頻率等電量不變時，可根據(jù)負荷的變化自行調(diào)整工作狀態(tài)，滿足軸流泵的要求。同時輸出功率在重荷區(qū)時，有以下對比結(jié)果：由表1可以看出，除轉(zhuǎn)速一項同步電動機略勝一籌外，其余幾項2種電動機并無多大區(qū)別。且異步電動機的轉(zhuǎn)差率s，在穩(wěn)定工作時的取值范圍僅為0~0.04，特別是對于大功率、低轉(zhuǎn)速異步電動機來說，轉(zhuǎn)差率約為0.01，電動機轉(zhuǎn)速降低很少，對水泵性能的影響不大因此，僅從工作特性上來說，異步電動2種電動機的起動和停機電動機帶動的水泵機組，在起動過程中的力矩平衡方程式可用下式來表示：總阻力矩；Mp為機組起動時的靜摩擦阻力矩；Mf為水泵轉(zhuǎn)子起動過程的轉(zhuǎn)矩；（GD2/4g）dk/dt為機組轉(zhuǎn)子的加速慣性轉(zhuǎn)矩上式可用表示。圖中M，是電動機起動轉(zhuǎn)矩，機組在起動前是靜止的，起動瞬間要克服機組轉(zhuǎn)子的摩擦阻力矩才能使水泵轉(zhuǎn)動起來，并逐漸加速，所以要求Mi>Ma起動后如電動機電磁轉(zhuǎn)矩Mm大于機組總阻力轉(zhuǎn)矩M，就能把剩余轉(zhuǎn)矩Mm-M傳給轉(zhuǎn)子，使其加速旋轉(zhuǎn)，故（GD2/4g）dk/dt又稱為加速慣性轉(zhuǎn)矩起動過程中各種轉(zhuǎn)矩示意圖異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩可用下式來表達：此電磁轉(zhuǎn)矩僅是轉(zhuǎn)差率s的函數(shù)，如中的Mm曲線所示。從中可以看出，只要異步電動機在起動瞬間未堵轉(zhuǎn)，那么就可保證它的起動，并使轉(zhuǎn)子加速當轉(zhuǎn)速達到某一值時，機組總阻力矩曲線與電磁轉(zhuǎn)矩曲線相交于A點，則Mm-M=0，即dk/dt=0，此時，n為常數(shù)，機組進入穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)。異步電動機運行時和起動時的功率因數(shù)都是滯后的，所以對采用異步電動機拖動水泵的泵站，在起動第2臺及以后的電動機時，會引起較大的壓降同步電動機的起動一般分為2個階段。第i階段定子繞組接至交流電網(wǎng)，使同步電動機作為異步電動機起動（異步起動）。第2階段，當電動機轉(zhuǎn)速達到同步轉(zhuǎn)速的95%時，將轉(zhuǎn)子的激磁繞組接入直流電源，使電動機牽入同步，并轉(zhuǎn)入穩(wěn)定運行。在異步起動階段，除起動繞組所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩MD之外，勵磁繞組（此時相當于一個單相繞組）中的感應電流與氣隙磁場相*Mf.單軸轉(zhuǎn)矩的特點是，在轉(zhuǎn)差率s =0.5的附近（<0.5處）產(chǎn)生一個負的轉(zhuǎn)失矩這樣，由于單軸轉(zhuǎn)矩的影響，電動機的合成轉(zhuǎn)矩曲線將在0.5的附近發(fā)生明顯的下凹，形成一個“最小轉(zhuǎn)矩”見因此，如果起動負載較重，以致超過電動機的最小轉(zhuǎn)矩，則電動機就可能在一半同步速率A附近被“卡住”而不能繼續(xù)升速為減小單軸轉(zhuǎn)矩，可在勵磁繞組中串入一個限流電阻，等轉(zhuǎn)速超過0.5ns以后，再將此電阻逐步切除。當轉(zhuǎn)速接近9覽同步轉(zhuǎn)速（即轉(zhuǎn)差率s=0.05，其對應的電磁轉(zhuǎn)矩稱為牽入轉(zhuǎn)矩，如中的M2）時，如果M2>M則可投入勵磁，牽入轉(zhuǎn)矩將轉(zhuǎn)子牽入同步。

　　同步電動機異步起動時的M=f（s）曲線必須指出，同步電動機異步起動時勵磁繞組不能開路，否則，起動時勵磁繞組內(nèi)將感應危險的高壓，擊穿繞組絕緣，引起事故因此，必須注意勵磁裝置的投勵環(huán)節(jié)。如果投勵過早，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速相差較大，將不能產(chǎn)生足夠的牽入轉(zhuǎn)矩使同步電動機牽入同步。

　　同步電動機在異步起動時為感性負載，但運行時對電網(wǎng)來說卻是容性負載，由于感性與容性互相補償，所以對采用同步電動機拖動水泵的泵站，起動第2臺及以后的電動機時，在起動壓降方面比采用異步電動機優(yōu)同步電動機停機時，勵磁繞組內(nèi)儲存的磁場能量很大如果勵磁繞組開路，將在勵磁繞組兩端產(chǎn)生很高的感應電壓，有可能擊穿轉(zhuǎn)子絕緣所以，同步電動機停機時，需要將一個滅磁電阻與勵磁繞組短接，把存儲在勵磁繞組中的能量消耗在電阻上。由此可見，同步電動機的起停較異步電動機的起停復雜得多，而且容易出問題。

　　5同步電動機的其他方面問題同步電動機運行時需要直流電源，目前，直流電源大多采用可控硅勵磁裝置在電動機起動和停止時，勵磁電路要求有很大的阻抗，而在電動機正常運行時勵磁電路需要較小電阻。

　　因此，勵磁裝置要求有較高的穩(wěn)定性。一旦勵磁部分有微小異常，都有可能使整個勵磁裝置損壞，嚴重時甚至損壞電動機的轉(zhuǎn)子。勵磁裝置既要滿足正常工作的需要（投勵、滅磁），同時又要避免開停機時正負半波電流不對稱、寄生電路的產(chǎn)生、可控硅及電力二極管元件承受太高的正負電壓、整流橋的顛覆等。毫無疑問，勵磁裝置的電路會很復雜，元器件會很多。這樣，一方面會提高造價，另一方面可靠性又會降低所以，勵磁裝置很容易出問題，維護保養(yǎng)也很困難由于同步電動機結(jié)構(gòu)較復雜，導致維護保養(yǎng)的要求較高，運行時又需要2種電源，特別是直流電源的需求，所有這些都將直接影響水泵機組的投資和維修費甩通過上面的分析，同步、異步電動機的起動和運行特征的比較可用表2來說明表2同步電動機與異步電動機的特征比較比較項目同步電動機異步電動機起動電流與鼠籠型異步電動機大致起動力矩小鼠籠型小，繞線型大轉(zhuǎn)差率無功率因數(shù)運行時超前，異步起動時滯后，高滯后，低勵磁裝置要不要機組造價高低維護保養(yǎng)復雜簡單從表2可以看出，同步和異步電動機都能滿足大中型排灌泵站對主泵配套電機的要求與異步電動機相比，同步電動機具有功率因數(shù)較高，運行時不僅不使電網(wǎng)的功率因數(shù)降低，相反地卻能夠改善電網(wǎng)的功率因數(shù)以及效率較高和效率曲線平坦等優(yōu)點，但也存在著結(jié)構(gòu)復雜，起動力矩小，起動過程技術要求高，失步時常需重新起動，控制和保護設備多以及投資和維修保養(yǎng)費用高等缺點。

　　綜上所述，在當前我國電網(wǎng)已足夠強大，泵站的用電負荷在地區(qū)電網(wǎng)所占比重減少和長距離輸電電壓等級提高，電網(wǎng)供電質(zhì)量比較好，并且越來越好的情況下，泵站采用同步電動機來對地區(qū)電網(wǎng)進行無功補償已無必要，即采用同步電動機的優(yōu)點已不明顯，在此情況下，選擇異步電動機作為大中型軸流泵的配套電機更為合適。