無刷同步電動(dòng)機(jī)微機(jī)勵(lì)磁裝置過勵(lì)報(bào)警故障處理

(河南能源化工集團(tuán) 安化公司，河南 安陽 455133)

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無刷同步電動(dòng)機(jī)微機(jī)勵(lì)磁裝置過勵(lì)報(bào)警故障處理

許江鑫

(河南能源化工集團(tuán) 安化公司，河南 安陽 455133)

介紹了6 kV、3 300 kW無刷同步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中微機(jī)勵(lì)磁裝置多次出現(xiàn)過勵(lì)限制報(bào)警的故障現(xiàn)象，通過對靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)了故障問題并進(jìn)行了處理。

無刷同步電動(dòng)機(jī) ； 勵(lì)磁裝置 ； 過勵(lì)限制 ； 處理方法

0 前言

河南能源化工集團(tuán)安化公司主要產(chǎn)品乙二醇，年生產(chǎn)能力為20萬t，其外圍配套項(xiàng)目九龍站6 kV高壓室和凈化PSA高壓配電室，分別帶有5臺(tái)3 300 kW水煤氣壓縮機(jī)和3臺(tái)1 800 kW氫氣壓縮機(jī)，在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，凈化6 kV、3 300 kW水煤氣無刷同步電動(dòng)機(jī)微機(jī)勵(lì)磁裝置多次發(fā)生過勵(lì)限制報(bào)警故障，一旦出現(xiàn)報(bào)警故障，勵(lì)磁系統(tǒng)控制柜只能調(diào)節(jié)為手動(dòng)恒定的勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)，才能消除報(bào)警故障，無法實(shí)現(xiàn)雙閉環(huán)勵(lì)磁調(diào)節(jié)方式，所以就無法保證同步電機(jī)出現(xiàn)的超額運(yùn)行及輕載運(yùn)行的穩(wěn)定性，對設(shè)備的安全運(yùn)行造成一定的隱患。

1 無刷勵(lì)磁同步機(jī)出現(xiàn)故障的排查及測試

1.1靜態(tài)勵(lì)磁裝置的排查和測試情況

①在水煤氣壓縮機(jī)停機(jī)狀態(tài)下，斷開勵(lì)磁裝置雙路AC380 V輸入電源。利用萬用表測量功率單元內(nèi)的三相整流橋模塊-V1，絕緣柵雙極晶閘管模塊-V2、-V3，檢查確認(rèn)各二極管及絕緣柵雙極型晶體管參數(shù)正常。其中二極管的測試方法較為簡單，檢查絕緣柵雙極晶閘管的好壞時(shí)，首先將萬用表撥在R×10 kΩ檔位，用黑表筆接絕緣柵雙極晶閘管的集電極，紅表筆接絕緣柵雙極晶閘管的發(fā)射極，此時(shí)萬用表的指針在零位，此時(shí)用手指同時(shí)觸及一下柵極和集電極，這時(shí)絕緣柵雙極晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通，萬用表的指針擺向阻值較小的方向，并能保持住指示在某一位置，然后再用手指同時(shí)觸及一下柵極和發(fā)射極，這時(shí)絕緣柵雙極晶閘管被阻斷，萬用表的指針回零，即可判斷絕緣柵雙極晶閘管完好。②用萬用表測試其它電器元件，檢查、測試好壞。③排除硬件故障的情況后，恢復(fù)勵(lì)磁柜系統(tǒng)的交流供電電源，檢查人機(jī)界面的觸控面板有無故障報(bào)警信號，然后進(jìn)入靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)操作顯示主畫面，對各配置參數(shù)進(jìn)行核對，檢查參數(shù)有無改動(dòng)或丟失情況。④將微機(jī)勵(lì)磁裝置上調(diào)試/工作位置打到調(diào)試位置，靜態(tài)勵(lì)磁開始工作，調(diào)試到手動(dòng)控制模式，用控制柜上增磁、減磁按鈕開關(guān)，分別進(jìn)行增磁和減磁試驗(yàn)，檢查勵(lì)磁電流表的指示是否正常。

1.2旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)的檢查和測試情況

①旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)主要有選裝整流盤體、主控制模塊、整流功率模塊、啟動(dòng)功率模塊、電阻模塊。主控模塊是整流器的核心控制器，是完成電動(dòng)機(jī)投勵(lì)，輸出觸發(fā)脈沖，開通功率模塊并控制啟動(dòng)模塊對啟動(dòng)電阻的投入與切除。整流功率模塊是整流器的整流器件，將交流勵(lì)磁機(jī)發(fā)出的交流電經(jīng)整流向主電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組提供勵(lì)磁。啟動(dòng)功率模塊在電機(jī)異步驅(qū)動(dòng)過程中，投入啟動(dòng)電阻，改善主電機(jī)異步驅(qū)動(dòng)力矩，實(shí)現(xiàn)電機(jī)平穩(wěn)迅速無脈振啟動(dòng)，并通過控制模塊完成，啟動(dòng)電阻的自動(dòng)退出，無刷同步機(jī)旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)電氣原理圖如圖1所示。

由圖1可知，靜態(tài)勵(lì)磁裝置輸出的勵(lì)磁電流供給同步電機(jī)同軸安裝的交流勵(lì)磁機(jī)的定子勵(lì)磁繞組，同步機(jī)在異步啟動(dòng)過程中，交流勵(lì)磁機(jī)通過自身的旋轉(zhuǎn)電樞式結(jié)構(gòu)，使轉(zhuǎn)子電樞切割定子磁場，產(chǎn)生三相對稱交流電，經(jīng)過硅整流管整流后送入同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組上，作為同步機(jī)的勵(lì)磁電流。圖1中的主控制模塊是核心控制器，該模塊電子器件采用環(huán)氧樹脂全密封結(jié)構(gòu)；啟動(dòng)模塊是由二極管和可控硅反并聯(lián)組成，用于電機(jī)異步啟動(dòng)過程中投入和切除8個(gè)滅磁電阻的裝置；3塊三相半控橋功率模塊由三組完全相同的可控硅和二極管串聯(lián)組成，啟動(dòng)模塊和整流模塊的觸發(fā)脈沖主要由主控模塊供給。在檢查之前，首先辦理好各種檢修工作票及做好安全措施后，打開現(xiàn)場勵(lì)磁機(jī)的后蓋，用萬用表按順序依次測試各模塊的各項(xiàng)參數(shù)。

2 旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)各模塊的測試數(shù)據(jù)

主控模塊、整流模塊、啟動(dòng)模塊的測試情況如下。

2.1主控模塊的測試

主控模塊的電阻測量數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 主控模塊的電阻測量數(shù)據(jù)

2.2整流模塊和啟動(dòng)模塊的測試

整流模塊、啟動(dòng)模塊可控硅(T1、T2、T3、T4)測量數(shù)據(jù)均大于0.5 MΩ，測試時(shí)應(yīng)解開轉(zhuǎn)子處接線，紅筆代表陽極，黑筆代表陰極。

其中可控硅T1、T2、T3分別與二極管D1、D2、D3組成三個(gè)整流模塊(ZL)?？煽毓鑄4和二極管D4組成一個(gè)起動(dòng)模塊(QD)。

在序號1、2、3測量時(shí)，如果讀數(shù)有問題應(yīng)解開交流勵(lì)磁機(jī)輸入至整流盤接線(A、B、C)，再次分別測量確認(rèn)問題所在。整流模塊、啟動(dòng)模塊二極管(D1、D2、D3、D4)的測量數(shù)據(jù)讀數(shù)均為0.28 V，測試時(shí)應(yīng)解開轉(zhuǎn)子處接線，紅筆代表陽極，黑筆代表陰極。

序號1、2、3測量時(shí)如有問題應(yīng)解開交流勵(lì)磁機(jī)輸入至整流盤接線(A、B、C)，再次分別測量確認(rèn)問題所在。

通過以上對各模塊的可控硅、二極管的測量，可以確認(rèn)元件的好壞。

2.3滅磁電阻的測試

滅磁電阻常規(guī)的安裝方式是安裝在轉(zhuǎn)子支架上面，由8個(gè)電阻串聯(lián)組成，電阻一端接啟動(dòng)模塊的中心接線柱，另一端接2#母排，并在靠近2#母排端取一個(gè)電阻作為采樣信號，連接到主控模塊9#端子，通過短接L1、L2，用500 V搖表測量L1對地絕緣，測試時(shí)應(yīng)>5 MΩ為正常值。

3 無刷勵(lì)磁同步機(jī)檢查結(jié)果

通過以上的測試方法，在逐個(gè)測試過程中發(fā)現(xiàn)B相整流模塊的可控硅阻值偏差較大，隨即對整流模塊的門極接線進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)門極引腳根部出現(xiàn)松動(dòng)情況，并且出現(xiàn)輕微裂紋痕跡，導(dǎo)致同步機(jī)在運(yùn)行過程中B相觸發(fā)脈沖丟失。此時(shí)整流橋的輸出電壓波形出現(xiàn)缺相情況，從而使整流橋的輸出勵(lì)磁電壓平均值減小，因此運(yùn)行的同步機(jī)在恒定的負(fù)荷下運(yùn)行，勵(lì)磁電流的突然減小必將引起同步機(jī)定子電流的增大和功率因數(shù)稍微滯后。同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)為了保證電機(jī)功率因數(shù)保持超前，就強(qiáng)制勵(lì)磁系統(tǒng)輸出一個(gè)較高的電流值，同時(shí)旋轉(zhuǎn)整流后的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流也會(huì)增大，從而抑制了電機(jī)定子電流的增大，保證了電機(jī)不至于失步。在靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)出強(qiáng)勵(lì)信號時(shí)，也啟動(dòng)了強(qiáng)勵(lì)計(jì)時(shí)，如果在計(jì)時(shí)時(shí)間里電機(jī)恢復(fù)正常，則系統(tǒng)不會(huì)報(bào)任何故障，如果強(qiáng)勵(lì)時(shí)間到，觸發(fā)脈沖沒有恢復(fù)，則這時(shí)靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)就會(huì)鎖定可控硅的初始觸發(fā)角，同時(shí)在勵(lì)磁柜觸摸屏上顯示過勵(lì)限制故障。

4 無刷勵(lì)磁同步機(jī)檢查結(jié)果的處理方法

通過上述檢查結(jié)果已經(jīng)清楚地判斷出是整流模塊的故障后，需要用相同型號的整流功率模塊進(jìn)行更換，并對其它整流模塊的可控硅門極進(jìn)行檢查、接線緊固后，恢復(fù)勵(lì)磁機(jī)后蓋，進(jìn)行通電試運(yùn)行，在空載運(yùn)行下，讓電機(jī)運(yùn)行1 h，密切觀察勵(lì)磁機(jī)和電機(jī)電流變化情況，一切平穩(wěn)運(yùn)行后對同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行帶負(fù)荷運(yùn)行，在運(yùn)行過程中，觀察勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流、電機(jī)定子電流數(shù)據(jù)，未發(fā)現(xiàn)異常情況。

5 總結(jié)

從同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁柜報(bào)故障的情況，通過故障分析及處理，從中得到了許多無刷勵(lì)磁系統(tǒng)的知識及各種模塊的檢測方法，同步電動(dòng)機(jī)在停車檢修過程中，不僅要檢查電機(jī)外部器件，還要檢查旋轉(zhuǎn)整流部分，特別是對各個(gè)模塊的接線、引腳等薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行細(xì)致的檢查，因?yàn)檫@些模塊的接線都在旋轉(zhuǎn)整流盤上隨電機(jī)一直在旋轉(zhuǎn)運(yùn)行，不斷受到旋轉(zhuǎn)離心力的作用，難免出現(xiàn)接線松動(dòng)及接線柱老化受損等情況，一旦出現(xiàn)過勵(lì)等故障情況，電機(jī)的定子電流會(huì)首先增大，造成高溫發(fā)熱情況，這樣對同步機(jī)的定子線圈的絕緣危害很大，另外過勵(lì)對勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁繞組和同步機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組也有一定的危害作用，因此在無刷勵(lì)磁同步機(jī)的日常維護(hù)過程中，旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁機(jī)內(nèi)各模塊的維護(hù)和保養(yǎng)尤為重要。

深圳先進(jìn)院研發(fā)出新型低成本雙碳鉀離子電池技術(shù)

近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳及其研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出了一種新型高性能、低成本雙碳鉀離子電池。

鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備等領(lǐng)域。但隨著鋰離子電池逐漸應(yīng)用于智能手機(jī)、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域，鋰的需求量逐年快速增長，而鋰的全球儲(chǔ)量又十分有限且分布不均，造成原材料價(jià)格上漲迅猛，嚴(yán)重制約了我國低成本、高性能儲(chǔ)能器件領(lǐng)域的快速發(fā)展。鉀元素由于具有和鋰相似的物理化學(xué)性質(zhì)，且其儲(chǔ)量豐富，成本低廉，且與鈉相比具有更低的氧化還原電位，使得基于鉀離子的二次電池體系受到廣泛關(guān)注。此外，近年來，雙碳電池由于其正負(fù)極都采用環(huán)保廉價(jià)的石墨材料，具有成本低廉、工作電壓高等優(yōu)勢，受到業(yè)界廣泛關(guān)注。

結(jié)合鉀離子電池與雙碳電池各自的優(yōu)點(diǎn)，唐永炳及其團(tuán)隊(duì)成員季必發(fā)、張帆等人成功研發(fā)出一種新型高性能、低成本、環(huán)保友好的雙碳鉀離子電池。該電池采用中間相碳微球?yàn)樨?fù)極，膨脹石墨作為正極；電解液采用廉價(jià)易得的六氟磷酸鉀作為鉀鹽電解質(zhì)溶于有機(jī)溶劑中。其反應(yīng)機(jī)理為：充電時(shí)，電解液中的鉀離子運(yùn)動(dòng)到中間相碳微球負(fù)極表面，并嵌入石墨層中，同時(shí)六氟磷酸根陰離子插層到正極石墨中；放電時(shí)，鉀離子從負(fù)極石墨層中脫出，同時(shí)正極石墨中的六氟磷酸根脫嵌回到電解液中。

研究表明，該新型廉價(jià)雙碳鉀離子電池的放電中值電壓高達(dá)4.5 V，單個(gè)紐扣電池就能同時(shí)點(diǎn)亮兩顆LED燈，并且電池充放電循環(huán)100圈后，容量幾乎沒有衰減，使得其可以滿足高電壓器件的要求。相對于現(xiàn)有傳統(tǒng)鋰離子電池技術(shù)，該新型電池將大幅降低生產(chǎn)成本，還具有環(huán)保友好、安全性高、能量密度相對較高等優(yōu)點(diǎn)，因此在大規(guī)?？稍偕鍧嵞茉磧?chǔ)存、通訊備用電源等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

2017-03-27

許江鑫(1986-)，男，助理工程師，從事電氣管理與維修工作，電話：18238567828，E-mail：xujiangxin86@163.com。

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