淺談無刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)在選礦廠應(yīng)用分析

胡志祥

（云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司，云南 文山 663701）

社會經(jīng)濟(jì)在不斷發(fā)展與進(jìn)步，根據(jù)同步電機(jī)的勵(lì)磁方式不同，將其分為有刷同步電機(jī)與無刷同步電機(jī)。無刷勵(lì)磁的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行可靠等。當(dāng)前大型的進(jìn)口同步電機(jī)勵(lì)磁和調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)都比較復(fù)雜。國內(nèi)工礦企業(yè)多選擇無刷勵(lì)磁控制系統(tǒng)，當(dāng)前同步電機(jī)的運(yùn)用廣泛，已成為國內(nèi)大型軟啟動(dòng)廠家的助攻方向。云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司新田選礦車間共有4臺球磨機(jī)分別應(yīng)用在四個(gè)工段，每個(gè)工段由一臺球磨機(jī)來實(shí)現(xiàn)礦物的解離，其中一段磨機(jī)（半自磨機(jī)）由TMW2600-30/2860型同步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)磨機(jī)筒體運(yùn)轉(zhuǎn)，二段磨機(jī)（溢流磨機(jī)）TMW3500-30/2860型同步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)磨機(jī)筒體旋轉(zhuǎn)。三段磨機(jī)（中礦磨）由TDMK630-30同步電機(jī)帶動(dòng)磨機(jī)筒體運(yùn)轉(zhuǎn)，四段磨（次精礦磨機(jī)）采用YRKK500-6型異步10kV電機(jī)拖動(dòng)。同步電機(jī)在重負(fù)荷低轉(zhuǎn)速要求的選礦廠應(yīng)用較好。

1 同步電動(dòng)機(jī)的簡介與工作原理

常用的交流電機(jī)分為感應(yīng)電機(jī)和同步電機(jī)，其特點(diǎn)是：當(dāng)同步電機(jī)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，n=ns=60f/p是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率之間存在的關(guān)系式，同步轉(zhuǎn)速表示為ns。如果電網(wǎng)的頻率不改變，則當(dāng)同步電機(jī)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒為常數(shù)，并且與負(fù)載的大小無關(guān)，同步電機(jī)又被分為兩類：同步電動(dòng)機(jī)與同步發(fā)電機(jī)[1，2]。

三相同步電動(dòng)機(jī)定子與異步機(jī)定子結(jié)構(gòu)基本相同，而轉(zhuǎn)子主要由主磁極、勵(lì)磁繞組、磁軛、集電環(huán)、轉(zhuǎn)軸等裝置組成，所以也適用于異步啟動(dòng)。凸極式同步電機(jī)因其轉(zhuǎn)子上有明顯突出的磁極，氣隙不均勻，極弧下氣隙小，極間部分氣隙大，轉(zhuǎn)子呈扁平的盤裝，故適應(yīng)于低速運(yùn)轉(zhuǎn)[3-5]。

2 同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行控制方式

正常情況下同步電機(jī)的主要運(yùn)行方式分為三種：作為補(bǔ)償機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，現(xiàn)在新田車間球磨機(jī)是10kV電源直接驅(qū)動(dòng)點(diǎn)機(jī)恒速運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式。對恒速運(yùn)行，通過PLC控制柜，也可通過DCS（車間規(guī)定：一、二段磨由中控室操作員用DCS系統(tǒng)啟、停操作），甚至在緊急情況下手動(dòng)操作斷路器，電機(jī)將在10kV母線上直接起動(dòng)。當(dāng)直接起動(dòng)斷路器閉合后，勵(lì)磁控制裝置將在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)施加勵(lì)磁，將電機(jī)牽入同步。電機(jī)達(dá)到同步后，通過嚙合離合器來起動(dòng)磨機(jī)。通過斷開離合器來使磨機(jī)停止，但電機(jī)將繼續(xù)運(yùn)行以備磨機(jī)下次被起動(dòng)。通過斷開恒速斷路器，使電機(jī)單獨(dú)停轉(zhuǎn)。通過同時(shí)立即斷開恒速斷路器和打開離合器來實(shí)現(xiàn)緊急停車，磨機(jī)將在沒有電機(jī)慣性下較快停止。如果保持離合器斷開，電機(jī)將由于摩擦力慢慢停止。

車間同步電動(dòng)機(jī)采用WKLF-400系列微機(jī)控制同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，Excitrol-400型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是同步電動(dòng)機(jī)的核心控制單元，WKLF-402被視為該系列的標(biāo)準(zhǔn)型產(chǎn)品型號，將給該系統(tǒng)配置雙套Excitrol-400勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，這樣一來，就具有雙套調(diào)節(jié)器自動(dòng)跟蹤功能，還有故障自動(dòng)切換的功能。在新田使用過程中選配的是雙套功率單元，主通道功率單元故障能自動(dòng)切換至備用通道。

同步電動(dòng)機(jī)還有一個(gè)重要的功能就是無功補(bǔ)償，提高電網(wǎng)的功率因數(shù)。所以，當(dāng)正常勵(lì)磁電流小于直流勵(lì)磁電流時(shí)，電流勵(lì)磁過剩，在交流方面不需要電源去供電，向電網(wǎng)發(fā)出點(diǎn)感性電流，同時(shí)發(fā)出電感性無功功率，補(bǔ)償了電網(wǎng)附近電感性負(fù)載的需要。這就使整個(gè)電網(wǎng)的功率因數(shù)有所提高，為此新田車間的10kV級補(bǔ)償功率因數(shù)均保持在0.9以上。

圖1 功率特性圖

3 同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁裝置常見失步的危害

3.1 同步電機(jī)的失勵(lì)失步

由于勵(lì)磁系統(tǒng)的種種原因失去勵(lì)磁或嚴(yán)重欠勵(lì)磁，使同步電動(dòng)機(jī)失去靜態(tài)穩(wěn)定，滑出同步，稱為失勵(lì)失步。（如圖）

同步電機(jī)失勵(lì)失步的現(xiàn)象：

（1）同步電機(jī)丟轉(zhuǎn)不明顯，沒有異常聲音。其定子過流較小。

（2）同步電機(jī)有時(shí)表計(jì)顯示很大的電流值 。

（3）同步電機(jī)產(chǎn)生高壓，并且造成勵(lì)磁裝置主回路元件的損壞。

同步電機(jī)失勵(lì)失步造成的后果不容易及時(shí)的被發(fā)現(xiàn)，因未得到及時(shí)處理成為電機(jī)內(nèi)部短路故障，從而燒毀電機(jī)，并且還能夠引起勵(lì)磁裝置中的滅磁電阻過熱而燒斷，致使轉(zhuǎn)子開路，過電壓打壞轉(zhuǎn)子絕緣燒毀電機(jī)等。

3.2 同步電機(jī)的帶勵(lì)失步

電機(jī)帶有正?；蚪咏５闹绷鲃?lì)磁，而轉(zhuǎn)子磁場卻不同步的開步運(yùn)行狀態(tài)；稱為帶勵(lì)失步。引起因素;

（1）相鄰母線短路引起母線電壓大幅度降低，近處大型機(jī)組或機(jī)組群瞬間啟動(dòng)引起母線電壓長時(shí)間大幅度的降低。

（2）在電機(jī)的啟動(dòng)過程中，如果勵(lì)磁系統(tǒng)過早投入勵(lì)磁，即：電機(jī)在啟動(dòng)過程中滑差沒有進(jìn)入臨界時(shí)就投入勵(lì)磁，此時(shí)由定子產(chǎn)生的磁場還不足以拉動(dòng)轉(zhuǎn)子磁極，反而會產(chǎn)生失步。

（3）在電機(jī)的運(yùn)行中電機(jī)短時(shí)間內(nèi)欠勵(lì)磁或失勵(lì)磁都將會引起失勵(lì)失步，又會從失勵(lì)失步過度到帶勵(lì)失步。

（4）當(dāng)供電線路遭受雷擊避雷器動(dòng)作、負(fù)載突曾等。

帶勵(lì)失步對電機(jī)的傷害主要有：定子脈震會導(dǎo)致定子繞組的導(dǎo)線崩斷，導(dǎo)線崩斷使繞組表面絕緣層被震傷，因?yàn)檫^熱造成烤焦、燒壞、短路、定子鐵芯松動(dòng)，因此運(yùn)行中的噪音不斷增大。另外還會使轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組接頭處產(chǎn)生裂紋、開焊、局部過熱烤焦絕緣，轉(zhuǎn)子磁極的燕尾鑲松動(dòng)退出。轉(zhuǎn)子線圈絕緣損傷，風(fēng)葉斷裂。

3.3 斷電失步

供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將會引起供電線路自動(dòng)重合閘ZCH裝置，或者備用電源投入BZT裝置動(dòng)作，人工切換電源等，導(dǎo)致同步電機(jī)的供電電源短暫中斷，從而造成失步現(xiàn)象。這種現(xiàn)象被稱為：斷電失步。

同步電機(jī)一般都是超前運(yùn)行的模式，電源突然中斷，在短時(shí)間里，母線的電壓成螺旋型變化，電網(wǎng)內(nèi)的電壓頻率，隨著同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速下降逐漸降低，可控硅的開通角度隨之增大，導(dǎo)致了勵(lì)磁電壓的提高，因此母線電壓幅值相應(yīng)提高。

4 結(jié)語

新田車間三臺同步電機(jī)采用WKLF-400系列微機(jī)控制同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，具有完善可靠的帶勵(lì)失步、失勵(lì)失步保護(hù)裝置，保證電機(jī)在發(fā)生帶勵(lì)失步時(shí)，快速動(dòng)作，保護(hù)電動(dòng)機(jī)。使電機(jī)免受損傷，在電機(jī)失步后，可根據(jù)現(xiàn)場工況選擇跳閘停機(jī)，或不停機(jī)帶載自動(dòng)再整步，當(dāng)采用不停機(jī)帶載自動(dòng)再整步數(shù)秒鐘，不損傷電機(jī)，不必減負(fù)載，并設(shè)有備用保護(hù)環(huán)節(jié)，以保證電動(dòng)的安全運(yùn)行。同步電機(jī)運(yùn)行三年來未產(chǎn)生失步故障，同步電機(jī)應(yīng)用良好。