同步電動機與可控硅勵磁裝置常見故障原因分析及新技術應用

趙黨輝

摘 要：陜甘寧鹽環(huán)定揚黃工程是高揚程揚水工程，建設有泵站12座，110 kV變電所6座，35KV變電所4座，安裝機組101臺套，總裝機容量6.597萬kW，其中，二、三、四 泵站各配有4臺同步電動機用于調節(jié)泵站功率因數(shù)，其他泵站配備電容補償柜進行調節(jié)泵站功率因數(shù)。

關鍵詞：同步電動機 勵磁裝置 可控硅

中圖分類號：TM307 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）0079-01

1 同步電動機的運行原理

當定子繞組接通三相交流電時，定子繞組內的電流就會產生一個旋轉磁場，旋轉磁場的磁力線被鼠籠繞組切割，在鼠籠繞組中又會產生感應電流，感應電流產生的磁場與定子繞組產生的電流相互作用進而使電動機中的轉子旋轉起來。電動機的轉子旋轉之后，其速度從零慢慢增高到接近于定子繞組內的電流產生的旋轉磁場的轉速，此時轉子磁場線圈由直流電來激發(fā)，使轉子上面形成磁極，這些磁極為了跟蹤定子上的旋轉磁極，這樣促使電動機轉子的速率增加，直至與旋轉磁場同步旋轉。

2 同步電動機失步的危害

同步電動機可控硅勵磁裝置的故障有很多種，但可大致分為勵磁欠勵失步、過勵失步兩種。欠勵失步的危害：同步電動機的勵磁繞組嚴重欠勵磁或失去直流勵磁，轉子磁場會跟不上旋轉磁場，使同步電動機喪失靜態(tài)穩(wěn)定，脫離同步，造成電動機冒煙，造成勵磁裝置的損傷損壞；過勵失步的危害：是由于勵磁裝置調節(jié)不當或故障等原因造成勵磁電流增加，電動機在過勵失步時，勵磁系統(tǒng)雖有直流勵磁，但勵磁電流及定子繞組電流都很大并且會產生強烈的脈振，轉子磁場會超前旋轉磁場很多，有時還會產生電磁共振和機械共振。過勵失步多數(shù)會引起電動機產生疲勞效應，使電動機內部產生暗傷，并逐步積累和發(fā)展，進而造成電動機損傷，定子繞組綁線的崩斷，導線變酥，振傷線圈表面絕緣層，使其逐步由過熱至烤焦、燒壞，甚至發(fā)生短路；轉子環(huán)連接部分開焊變形；轉子磁極的燕尾楔處松動。

3 同步電動機一般故障分析

（1）電動機開機時勵磁電壓、電流無輸出。

分析：勵磁電壓電流無輸出，并且無指示，應該是可控硅無觸發(fā)脈沖信號，而六組脈沖電路同時無觸發(fā)脈沖信號的情況，很可能是移相插件，全壓插件，同步電源變壓器損壞，或接觸不良造成，移相給定電壓或全壓信號，沒有加到六組脈沖電路的控制極回路上，從而六組脈沖電路沒有脈沖輸出導致可控硅不導通，無輸出電壓電流信號。

（2）磁電壓高而勵磁電流偏低。

分析：個別可控硅損壞或個別觸發(fā)脈沖消失的緣故。個別觸發(fā)脈沖消失可能是脈沖插件接觸不良。開路或是觸發(fā)脈沖失靈，同樣會導致輸出勵磁電流偏低的現(xiàn)象。

（3）運行過程中勵磁電流電壓輸出不穩(wěn)定。

分析：引起勵磁電流電壓輸出不穩(wěn)定的原因多種多樣，大致分為i 脈沖插件接觸不良，使個別觸發(fā)脈沖時有時無。ii 脈沖電路的電位器不牢固，使三極管工作不穩(wěn)定，負反饋出現(xiàn)變化，使放大器工作點不穩(wěn)定，進而影響可控硅主回路輸出的穩(wěn)定性。iii 移相電路的電位器不牢固或接觸不良，使移相控制電壓間歇性消失，使勵磁電流電壓輸出產生大幅度波動。

4 LZK-3G同步電機勵磁裝置的應用

陜甘寧鹽環(huán)定三、四泵站于2010年對原有同步電動機的勵磁裝置進行了更換，全部更換為先進的數(shù)字化及微電腦控制技術，操作簡便，功能完善，性能穩(wěn)定可靠的同步勵磁裝置。

LZK-3G同步電機勵磁裝置可以根據(jù)電動機的輕載或重載、全壓或降壓起動，并且能滿足失步再整步的要求，投勵時采用“準角強勵整步”的設計原則。在滿足整步的同時（即所謂的“亞同步”），電腦會自動選擇最佳的投勵角投勵。

電動機整步時轉子回路電壓、電流暫態(tài)波形。對電動機滑差大小的檢測，可以根據(jù)在轉子回路內測取得轉子電壓波形，采樣后，通過變換和整形，轉變?yōu)榉讲?，通過光耦隔離，輸入電腦系統(tǒng)。針對某些轉速較低，凸極轉矩較強的電動機，在空載起動時，經常在尚未投勵的情況下，自動進入同步。此時，將利用凸極性投勵回路，在電動機到達同步后的設定時間內自動投勵。投勵時，先按強勵設定值投勵運行，之后自動恢復到正常勵磁設定值運行。

LZK-3G同步電機勵磁裝置的失步保護，他的基本原理是利用同步電動機失步時，會在其轉子回路上產生不衰減的交變電流分量，利用串接在轉子勵磁回路中的分流器對轉子回路交變電流信號進行采樣，同時根據(jù)采樣信號的波形特征通過微電腦進行計數(shù)及脈寬分析，快速和準確的判斷電動機是否失步。對于各種失步，無論其滑差大小，該裝置均能準確動作。依據(jù)具體情況動作于跳閘。如果電動機未失步，則無論其振蕩多大，該裝置都不會誤動作。當電動機投勵后進入正常運行時，判斷電動機是否失步的檢測系統(tǒng)會自動投入。

電動機轉子回路電流的若干特征波形

LZK-3G同步電機勵磁裝置失步后帶載再整步過程。正常運行中的同步電機，經過裝置的檢測，判斷，確認是否失步，若失步，則立即動作滅磁、異步驅動、帶載再整步。LZK-3G型綜合控制器中的滅磁環(huán)節(jié)，當主電路采用半控橋式整流電路時，是采用阻容快速滅磁或斷勵續(xù)流滅磁（或二者兼有）；當主電路采用全控橋式整流電路時，是采用逆變滅磁或阻容快速滅磁（或二者兼有）。當電機失步時，動作于滅磁，電機進入異步驅動狀態(tài)，進行再整步。如果再整步不成功，啟動后備保護環(huán)節(jié)，動作于跳閘。

5 結語

陜甘寧鹽環(huán)定三、四泵站已新更換的同步勵磁裝置，并具備自動化的各種功能，可以和上位機進行通訊。通過上位機實時在線監(jiān)測設備運行情況，及時發(fā)現(xiàn)設備故障現(xiàn)象及原因，保障設備正?？煽窟\行.

參考文獻

[1] 顧繩谷.電機拖動基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社，1980：145-165.

[2] 黃俊.半導體變流技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，1980：117-136.endprint