同步電動機常見故障的原因分析與維修方法

李會吉 張 軍

(山東晉煤明水化工集團有限公司 山東章丘250204)

1 電機制造

同步電動機在出廠前雖然都進行了各項出廠試驗，并且也全部檢驗合格，但在運輸、安裝、試運行過程中，由于各種原因會造成電機各部位的連接螺栓松動，引起電機故障。螺栓松動引起的主要故障：①電機啟動瞬間，轉(zhuǎn)子啟動繞組環(huán)形短路而引發(fā)環(huán)連接部位打火；②轉(zhuǎn)子勵磁繞組線圈串聯(lián)接頭處產(chǎn)生裂紋、開焊，局部過熱烤焦絕緣；③轉(zhuǎn)子磁極的燕尾楔松動而退出；④轉(zhuǎn)子線圈絕緣損傷；⑤風葉裂斷。

處理方法：①電機在試車前，先將電機的護罩拆開，對電機轉(zhuǎn)子線圈固定螺栓、電機轉(zhuǎn)子啟動繞組環(huán)形短路環(huán)螺栓、電機轉(zhuǎn)子風葉固定螺栓等進行全面的檢查、緊固；②每年的計劃檢修時，都應對上述部位進行檢查、緊固。

2 電機安裝

電機振動的主要原因：①安裝過程中，電機與設(shè)備的對中(平行對中和角度對中)不合格；②設(shè)備的管道配置不合理，造成設(shè)備、電機整體振動，嚴重時還會造成設(shè)備整體基礎(chǔ)下沉。

處理方法：①電機與被驅(qū)動設(shè)備之間的傳動軸必須精確對中，否則會引起振動，撓性聯(lián)軸器平行對中最大偏差應≤0.05 mm，剛性連軸器最大偏差應≤0.025 mm，角度對中最大偏差應≤0.05 mm；②必須嚴格按設(shè)計要求對設(shè)備進行配管，不允許隨意改動。

3 勵磁

(1)目前所用老式的半控橋或全控橋可控硅勵磁裝置，由于啟動時采集不到滑差信號，大部分采用計時投勵，投勵角度不合理，電機每次啟動均受到一定的損傷。半控橋式勵磁裝置主電路如圖1所示。

圖1 半控橋式勵磁裝置主電路

因電機在啟動過程中存在滑差，將在轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)感應一交變電勢，其正半波通過ZQ形成回路產(chǎn)生+If， 而其負半波則通KQ及RF回路產(chǎn)生-If。半控橋式勵磁裝置電機啟動時轉(zhuǎn)子回路波形如圖2所示。

圖2 半控橋式勵磁裝置電機啟動時轉(zhuǎn)子回路波形

由于電路的不對稱，形成+If與-If電流不對稱，定子電流也因此而強烈脈動，電機將遭受脈振轉(zhuǎn)矩強烈振動，甚至在整個車間內(nèi)都可聽到電機啟動過程中發(fā)出的強烈振動聲，并持續(xù)至電機啟動結(jié)束才消失，電機啟動過程所受強烈脈振是電機損傷的重要原因之一。電機啟動過程中定子實際啟動與理想啟動電流波形如圖3所示。

圖3 定子實際啟動與理想啟動電流波形

全控橋式勵磁裝置主電路如圖4所示。

圖4 全控橋式勵磁裝置主電路

對于全控橋式勵磁裝置的主電路，滑差隨電機啟動過程減小，轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)感應電勢逐步減小，當轉(zhuǎn)速達到一半以上時，勵磁回路感應電流負半波通路將處于時通時斷狀態(tài)，同樣形成+If與-If電流不對稱，由此同樣會形成脈振轉(zhuǎn)矩，造成電機產(chǎn)生強烈振動而使電機受損。

無論是全控橋式還是半控橋式勵磁裝置，電機啟動過程中，投勵時往往可聽到沉悶的沖擊聲，且投勵電流越大，聲音越響。其原因是勵磁裝置投勵時選擇極不合理的“轉(zhuǎn)子位置角”，這種沖擊同樣會損傷電機并逐步累積，發(fā)展成電機的內(nèi)部故障。有些企業(yè)常采用降低勵磁電流的方法來減輕對電機的沖擊，待電機啟動結(jié)束后，再將勵磁電流調(diào)至正常值。實際上，通過改善啟動回路及投勵時合理選擇轉(zhuǎn)子位置角，啟動過程中的脈振和投勵沖擊現(xiàn)象完全可以消除。

(2)老式可控硅勵磁裝置失步保護裝置不靈敏，使電機不斷受到失步危害的損害。老式可控硅勵磁裝置采用GL型反時限繼電器“兼作失步保護”，而電機“過負荷”與電機“失步”是完全不同的兩個概念。通過分析電機失步時的暫態(tài)過程，現(xiàn)場試驗及實拍電機失步的暫態(tài)波形，可以充分證明：使用過負荷繼電器兼作失步保護，當電機失步時，它不能動作，有的雖能動作，但動作時延大大加長，實際上起不到保護作用。同步電機的失步故障分失勵失步、帶勵失步和斷電失步。

失勵失步是由于勵磁系統(tǒng)的種種原因使同步電動機的勵磁繞組失去直流勵磁或嚴重欠勵磁，使同步電動機失去靜態(tài)穩(wěn)定，滑出同步。電機發(fā)生失勵失步時，丟轉(zhuǎn)不明顯，負載基本不變，定子電流過流不大，電機無異常聲音，GL型繼電器往往拒動或動作時間大大延遲。失勵失步一般不易被值班人員及時發(fā)現(xiàn)，待發(fā)現(xiàn)電機冒煙時，電機已失步了相當長時間，并已造成了電機或勵磁裝置的損傷或損壞。

電機的失勵失步，大多不當場損壞電機，而是造成電機的內(nèi)部暗傷，經(jīng)常出現(xiàn)電機冒煙后停機檢查，但又查不出原因，電機還能再投入運行。失勵失步主要會引起電機轉(zhuǎn)子繞組，尤其是啟動繞組(阻尼條)的過熱、變形、開焊，甚至波及到定子繞組端部。電機失勵失步時，在轉(zhuǎn)子回路還會產(chǎn)生高電壓，造成勵磁裝置主回路元件損壞，引起滅磁電阻發(fā)熱，嚴重時甚至造成整臺勵磁裝置燒毀事故。

帶勵失步是由于供電線路遭受雷擊，避雷器動作；大機組或機組群啟動，相鄰母線短路等引起母線電壓大幅度波動；負載突增(如壓縮機憋壓)；運行中，電機短時間欠勵磁或失勵磁(如接插件接觸不良)引起失勵失步，從失勵失步過渡到帶勵失步，電機啟動過程中勵磁系統(tǒng)過早投勵等原因所引起。

電機在帶勵失步時，勵磁系統(tǒng)雖仍有直流勵磁，但勵磁電流及定子電流(包絡(luò)線)強烈脈動，電機亦遭受強烈脈振，有時甚至產(chǎn)生電氣共振和機械共振。帶勵失步大多引起電機產(chǎn)生疲勞效應，造成電機內(nèi)部暗傷，并逐步積累和發(fā)展。帶勵失步所造成電機損傷的主要表現(xiàn)：定子繞組綁線崩斷，導線變酥，線圈表面絕緣層被振傷(線圈兩面呈不均勻的鋸齒狀，嚴重時會因絕緣損壞而造成定子鐵芯擊穿)，并逐步由過熱而烤焦、燒壞，甚至發(fā)展成短路；轉(zhuǎn)子勵磁繞組接頭處產(chǎn)生裂紋，出現(xiàn)過熱、開焊、絕緣烤焦；鼠籠條(啟動繞組)斷裂，與端環(huán)連接部位開焊、變形；轉(zhuǎn)子磁極的燕尾楔松動而退出；電刷滑環(huán)松動；定子鐵芯松動，運行中噪聲增大；嚴重時甚至發(fā)生斷軸事故。由于電機和主機是同軸運行，電機的強烈脈振同樣會波及到主機而損傷主機，如緊固螺絲斷裂等。

斷電失步是由于供電系統(tǒng)自動重合閘ZCH裝置或備用電源自動投入BZT裝置動作及人工切換電源，使交流電機供電電源輸送渠道短暫中斷而導致，其對電機的危害是非同期沖擊。這種沖擊的大小與系統(tǒng)容量、線路組抗、電源中斷時間、負載性質(zhì)，特別是與電源重新恢復瞬間的電氣分離角有關(guān)。所以這種沖擊有可能使電機當場損壞，也有可能根本察覺不到。

(3)針對勵磁屏技術(shù)性能太差所導致的同步機故障率高的現(xiàn)象的技改措施:①對原配置的老式勵磁裝置進行改造；②新增設(shè)備全部采用新型勵磁控制設(shè)備。

4 結(jié)語

采取改進措施后，電機啟動過程平穩(wěn)、快速，并且徹底消除了電機啟動過程中振動聲；同步電機故障率大大降低，確保了生產(chǎn)裝置穩(wěn)定運行。