同步電動機旋轉(zhuǎn)整流器故障分析與處理

于洪乾 張俊華 馬會茹 嚴(yán)榮強 谷亞岐

（萬華化學(xué)（寧波）有限公司，浙江 寧波 315812）

旋轉(zhuǎn)整流器作為無刷勵磁同步電動機的一個重要部件，其作用是將交流勵磁機產(chǎn)生的三相交流電經(jīng)整流輸出直流對主電機轉(zhuǎn)子進(jìn)行勵磁使得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速保持一致，即達(dá)到同步運行。

同步機運行期間旋轉(zhuǎn)整流器與主電機保持同步運轉(zhuǎn)，因而其內(nèi)部模塊安裝、電氣連線螺栓壓接等均需采取特殊的緊固措施。元件固定不牢、接線松動或虛接、二極管及晶閘管極性弄反等均會引起旋轉(zhuǎn)整流器內(nèi)部模塊失效引起同步機故障。一旦同步機發(fā)生故障將導(dǎo)致生產(chǎn)裝置減產(chǎn)或停車，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致產(chǎn)業(yè)鏈中斷。

旋轉(zhuǎn)整流器作為同步電動機的重要組成部分，其性能好壞直接決定同步電動機運行可靠性。研究旋轉(zhuǎn)整流器故障及內(nèi)部模塊正確的維護(hù)保養(yǎng)方法對同步機可靠運行顯得尤為必要。

1 旋轉(zhuǎn)整流器原理

1.1 同步電動機

無刷勵磁同步電動機由主電機、交流勵磁機、旋轉(zhuǎn)整流器、靜態(tài)勵磁裝置四部分組成。其中前兩部分由電機廠生產(chǎn)，后兩部分由勵磁供應(yīng)商配套提供。兩臺故障壓縮機選用驅(qū)動設(shè)備為 TAW2800-18/2600型無刷勵磁同步電動機（如圖1所示），配套勵磁系統(tǒng)為WLK-03SC型無刷靜態(tài)勵磁裝置。

圖1 同步電動機

同步電動機通過調(diào)節(jié)勵磁電流可以在超前功率因數(shù)下運行，有利于改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，其運行穩(wěn)定性也比較高。另外同步電動機一般是在過勵狀態(tài)下運行，其過載能力比相應(yīng)的異步電動機大。因而大型工業(yè)生產(chǎn)中同步電動機應(yīng)用非常廣泛，如大型鼓風(fēng)機、水泵、球磨機、壓縮機、軋鋼機等。

1.2 旋轉(zhuǎn)整流器

旋轉(zhuǎn)整流器由盤體、控制模塊、整流功率模塊、起動功率模塊、電阻模塊（起動電阻或滅磁電阻）構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)整流器及各單元模塊實物如圖2所示。

圖2 旋轉(zhuǎn)整流器

各單元模塊具體功能如下：

1）控制模塊是整流器的核心控制部件，完成電機起動投勵，輸出觸發(fā)脈沖，開通功率模塊，并控制起動模塊對起動電阻的投入與切出。

2）整流功率模塊是整流器件，將交流勵磁機發(fā)出的交流電經(jīng)過整流向主電機轉(zhuǎn)子繞組提供直流勵磁。

3）起動功率模塊：在電機異步驅(qū)動過程中，投入起動電阻并通過控制模塊完成起動電阻的自動退出。

4）起動電阻模塊：改善主電機異步驅(qū)動力矩，實現(xiàn)電機的平穩(wěn)迅速無脈振起動，實物如圖3所示。

旋轉(zhuǎn)整流器主回路原理圖如圖4所示。整流回路采用三相半控橋式整流控制方式。整流功率模塊、起動功率模塊、起動電阻模塊主要性能參數(shù)見表1。

圖3 交流勵磁機

圖4 旋轉(zhuǎn)整流器原理圖

表1 單元模塊參數(shù)表

2 故障分析與處理

2.1 故障現(xiàn)象描述

2014年12月31日某壓縮機主備同步電動機在正常加載運行期間旋轉(zhuǎn)整流器先后發(fā)生異常。

故障現(xiàn)象描述如下：

1）a機電機起動勵磁不投勵，主機電流不下降，打開旋轉(zhuǎn)整流器發(fā)現(xiàn)控制模塊燒壞冒煙且伴有黑色液體滲出。

2）b機加載運行期間現(xiàn)場勵磁柜報旋轉(zhuǎn)整流器缺相報警，報警畫面如圖5所示。

圖5 勵磁柜故障報警

2.2 旋轉(zhuǎn)整流器缺相報警

當(dāng)旋轉(zhuǎn)整流器內(nèi)部發(fā)生失控、缺相等故障時，從靜態(tài)勵磁電流中檢測出相應(yīng)頻率的交流諧波分量，以此來間接地判斷旋轉(zhuǎn)整流器缺相故障。旋轉(zhuǎn)整流器缺相時，電機及靜態(tài)勵磁的工況相應(yīng)要變化。在負(fù)載不變時要保持功率因素正常，必須增大靜態(tài)勵磁電流；保持靜態(tài)勵磁電流不變時，功率因素將變?yōu)闇?。正常勵磁電壓波形如圖6所示，當(dāng)旋轉(zhuǎn)整流器缺相時勵磁電壓波形如圖7所示。

圖6 正常勵磁電壓波形

圖7 缺相勵磁電壓波形

2.3 故障排查與分析

故障發(fā)生后現(xiàn)場人員配合廠方技術(shù)人員開展排查分析。

1）經(jīng)現(xiàn)場解體檢查發(fā)現(xiàn)：a機旋轉(zhuǎn)盤起動模塊TD晶閘管擊穿，B相整流模塊3kGZ晶閘管擊穿，控制模塊KZMK燒毀，密封裂口，有黑煙冒出。B相整流模塊TDR2快熔上的交流勵磁機B相電源線接到B相3kGZ晶閘管陰極上（未區(qū)分好陰陽極，應(yīng)接至3kGZ晶閘管陽極），B相3kGZ晶閘管陰極到轉(zhuǎn)子正極L1連線虛接松動。B相電源通過B相晶閘管觸發(fā)極GC引到控制模塊Bg，燒毀控制模塊致其失效；B相晶閘管觸發(fā)極因有大電流流過引起晶閘管損壞。更換新的控制模塊、3kGZ及TD晶閘管，電機起動運行正常。

2）b機旋轉(zhuǎn)盤A相整流模塊1kGZ晶閘管誤裝為二極管（晶閘管與二極管混淆使用），并且陰陽極裝反；TDR1快速熔斷器熔斷開路。B相無法工作引起報旋轉(zhuǎn)整流器缺相故障。更換新的晶閘管及熔斷器，電機起動運行正常。

3 經(jīng)驗與體會

通過現(xiàn)場旋轉(zhuǎn)整流器解體檢查情況來看，本次故障發(fā)生的主要原因在于現(xiàn)場維護(hù)人員對旋轉(zhuǎn)整流器控制原理、接線方式及元器件原理、結(jié)構(gòu)等認(rèn)識不足，缺乏相應(yīng)的專業(yè)維保技能。

1）a機故障是由于現(xiàn)場維護(hù)人員在做單元模塊參數(shù)檢測工作后沒有依據(jù)原理圖而僅憑個人理解進(jìn)行接線，因接線不當(dāng)導(dǎo)致部分模塊失效或燒毀，旋轉(zhuǎn)整流器無法正常工作。

2）b機故障是由于現(xiàn)場維護(hù)人員在做單元模塊參數(shù)檢測時發(fā)現(xiàn)A相整流模塊TDR1晶閘管參數(shù)不滿足表1要求后在進(jìn)行備件選用時誤將二極管備件當(dāng)做晶閘管進(jìn)行替換（二極管與晶閘管均為平板式結(jié)構(gòu)，從外觀結(jié)構(gòu)看非常相似，不注意區(qū)分容易混淆弄錯），整流功率模塊如圖8所示。另外因工作疏忽未注意二極管極性導(dǎo)致反裝，最終導(dǎo)致A相整流單元無法正常工作，旋轉(zhuǎn)整流器缺相報警。

圖8 整流功率模塊

旋轉(zhuǎn)整流器維護(hù)保養(yǎng)需嚴(yán)格按照廠方提供的《勵磁系統(tǒng)維護(hù)作業(yè)書》要求開展工作。該故障發(fā)生與現(xiàn)場維護(hù)人員知識技能密切相關(guān)。通過該事件可以歸納總結(jié)出三點經(jīng)驗教訓(xùn)（關(guān)鍵控制點）供同行借鑒分享：

1）在單元模塊參數(shù)檢測拆接線過程中需嚴(yán)格參照旋轉(zhuǎn)整流器原理圖并及時做好標(biāo)記。此舉可避免接線問題導(dǎo)致模塊失效事件發(fā)生。現(xiàn)場實際接線錯綜復(fù)雜，不能僅憑經(jīng)驗或個人認(rèn)知。

2）在元件選用時需了解二極管與晶閘管原理與結(jié)構(gòu)，在實際應(yīng)用時做好區(qū)分并根據(jù)現(xiàn)場情況做好標(biāo)記。

3）二極管與晶閘管等含極性元件安裝時需嚴(yán)格分清極性，避免極性弄反導(dǎo)致元件失效引起故障發(fā)生。

4 結(jié)論

本文通過對同步電動機旋轉(zhuǎn)整流器進(jìn)行故障分析、對策解決與經(jīng)驗分享，為同行業(yè)旋轉(zhuǎn)整流器維護(hù)保養(yǎng)提供借鑒與幫助，避免類似事件再次發(fā)生。

[1] 中國核工業(yè)電機運行技術(shù)開發(fā)公司. 勵磁系統(tǒng)維護(hù)作業(yè)書[Z]. 2012.

[2] 中國核工業(yè)電機運行技術(shù)開發(fā)公司. WLK系列無刷同步電動機勵磁資料匯編[Z]. 2007.