三相半控橋式勵磁裝置在高壓同步電動機上的應(yīng)用

孫明山

濟鋼煉鐵廠，山東 濟南 250101

1 概述

1.1 現(xiàn)場概況

濟鋼3#120m2燒結(jié)機主抽風機采用一臺TD4000-6，額定功率為4000kW的高壓同步電動機。其定子額定電壓10kV，額定電流265A；轉(zhuǎn)子直流勵磁定電壓78V，勵磁電流258A。同步電動機由于其具有一系列優(yōu)點，特別是轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、單機容量大、能向電網(wǎng)發(fā)送無功功率，支持電網(wǎng)電壓，在濟鋼煉鐵廠已得到廣泛應(yīng)用。同步電動機擔負著生產(chǎn)的重任，其一旦停機或故障，將嚴重影響連續(xù)生產(chǎn)，特別嚴重的電機設(shè)備事故將導(dǎo)致停產(chǎn)時間的延長，造成我廠燒結(jié)礦產(chǎn)量的嚴重損失，建廠以來發(fā)生同步電動機及其勵磁裝置損壞事故也屢見不鮮。為了穩(wěn)定生產(chǎn)我們決定選用一種故障率低，運行效果比較理想的勵磁裝置來輔助該電動機運行。

1.2 勵磁選型

勵磁控制系統(tǒng)按主回路控制方式分為半控、全控橋勵磁兩種。全控橋式勵磁裝置采用逆變滅磁，可靠性低，穩(wěn)定性差；電機運行時滅磁電阻長期發(fā)熱；不停機不能更換控制組件；停機要保正控制回路不失電。半控斷勵續(xù)流滅磁或阻容滅磁，可靠性高；系統(tǒng)可以利用半控橋式主電路的結(jié)構(gòu)特點，實現(xiàn)不停機更換勵磁控制插件；線路相對簡潔可靠。所以本臺同步電動機配套使用的勵磁裝置選用主回路采用無續(xù)流二極管三相半控橋式電路。良好的啟動控制回路，保證電機啟動時無脈振，并使電機在失步后的再整步過程中有良好的再整步特性。即使在少有的控制插件故障、冷卻風機單元、滅磁單元故障時，仍可保證電機穩(wěn)定同步運轉(zhuǎn)。本裝置由外部可靠的直流220V供電，裝置內(nèi)設(shè)有經(jīng)交流整流后的直流后備電源，當外部直流電源失電時，直流后備電源會無延時地自動投入工作。自投產(chǎn)以來此勵磁裝置運行穩(wěn)定，保證了電動機安全起動及運行。

2 工作原理

圖1 啟動控制回路原理圖

該勵磁裝置的主要部分就是啟動控制回路，如圖1所示，該勵磁裝置啟動控制回路由圖中所示控制電路組成。在同步電動機異步啟動階段，無論在電壓的正負半周期內(nèi),電阻R都能可靠的接入控制回路內(nèi)，大小由控制回路來選定，因此使我們的高壓同步電動機啟動具有對稱性和再整步特性。當電動機同步運行后，電路根據(jù)需要就會切斷電阻R，防止其誤通帶來危害。

在電動機的異步啟動過程中，繞組兩端的電動勢達到投全壓值時，勵磁裝置根據(jù)信號接通投全壓單元。同時在整個啟動過程中電阻R都需要保持接通狀態(tài)，防止電動機的脈震。這就要求KG在投勵前處于低通值，保證在低電壓下也能導(dǎo)通；投勵后轉(zhuǎn)換為高通值，作為轉(zhuǎn)子的過壓保護。

該勵磁裝置即使遇到主晶閘管觸發(fā)脈沖完全消失，仍可保持同步電機的穩(wěn)定同步運行，在遇冷卻風機及其它勵磁故障時，允許裝置繼續(xù)工作，此時裝置會發(fā)出報警信號，用戶可在線排除故障，時間以不超過半小時為宜。

3 故障處理

勵磁裝置能否正?？煽窟\行，除本身質(zhì)量外，與其相關(guān)聯(lián)的供電系統(tǒng)、電機性能、現(xiàn)場環(huán)境、等在一定條件下都會成為勵磁裝置難以正常運行的重要影響因素。下面介紹兩起該勵磁裝置運行中的出現(xiàn)的故障案例：

1）運行中，勵磁電流比正常值低了

故障現(xiàn)象：勵磁裝置正常運行過程中，勵磁電流減小，勵磁電壓約有升高，電機運轉(zhuǎn)正常，沒有報警和其它異常。原因分析：根據(jù)歐姆定律I=U/R，勵磁電壓Uf基本恒定條件下，引起勵磁電流If減小的原因是勵磁輸出回路電阻R增大了。經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)電動機電刷彈簧松動、壓力不足，有的電刷磨損變形，減小了與滑環(huán)的有效接觸面積，使得勵磁電流降低，處理后正常。

2）電機啟動投勵后，功率因素表指示異常

故障現(xiàn)象：勵磁裝置儀表盤上裝功率因數(shù)表，合高壓斷路器功率因數(shù)表指針滯后滿偏，投勵后指針應(yīng)從滯后擺向超前，但有時發(fā)現(xiàn)投勵后指針嚴重滯后。原因分析：電機的電子電壓、經(jīng)PT線引入～100V至勵磁柜，定子電流經(jīng)CT變換成～5A也引入勵磁柜，兩者直接送入功率因數(shù)表端子。當接線錯位就會出現(xiàn)投勵后，功率因數(shù)表指示異常。停機換線后指示正常。

3）有勵磁電流，沒有勵磁電壓

故障現(xiàn)象：電機啟動、停機滅磁都正常，但運行過程中勵磁裝置只有勵磁電流指示，沒有勵磁電壓指示。原因分析：由勵磁裝置原理可知，勵磁電流表指針所需信號從分流器兩端獲取，勵磁電壓表指示所需信號從啟動回路兩端獲取。由于有電流指示，說明主橋回路工作正常，有電壓輸出。電機啟動正常，說明啟動時，啟動回路暢通。滅磁正常，說明停機滅磁時啟動回路附加電阻R能正常發(fā)揮滅磁功能。分析此情況，更換勵磁電壓表，故障依舊；排查中發(fā)現(xiàn)KG燒毀，更換后正常。

4 運行分析

該勵磁裝置自投用以來運行穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)裝置故障引起的停機事件，總結(jié)有以下幾個優(yōu)點：

1）主回路采用無續(xù)流二極管三相半控橋式電路，良好的啟動控制回路，保證電機啟動時無脈振，并使電機在失步后的再整步過程中有良好的再整步特性。即使在少有的控制插件故障、冷卻風機單元、滅磁單元故障時，仍可保證電機穩(wěn)定同步運轉(zhuǎn)，并可在不停機、不減載條件下更換故障部件；

2）具有自動投全壓功能；

3）具有阻容快速滅磁系統(tǒng)。關(guān)橋時間不大于500μs，關(guān)橋速度快，可避免系統(tǒng)重合閘時對電機的非周期沖擊，并可加速備用電源的自投，以及在短路時加速電機短路電流的衰減。

5 結(jié)論

該勵磁裝置應(yīng)用以來保障了濟鋼煉鐵廠3#120m2燒結(jié)機主抽風機同步電動機的有序運轉(zhuǎn)，同時也減少了電動機對電網(wǎng)的影響，保障了我廠電氣設(shè)備的正常運行，穩(wěn)定了燒結(jié)礦的質(zhì)量及產(chǎn)量，為我廠創(chuàng)造了極大的經(jīng)濟效益。

[1]顧繩谷主編.電機及拖動基礎(chǔ)（上冊）[M].3版.北京：機械工業(yè)出版社，2003，12.

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