某廠高壓同步電動機(jī)勵磁系統(tǒng)淺析

摘 " "要：勵磁系統(tǒng)是高壓同步機(jī)的核心組成部分，勵磁系統(tǒng)性能的好壞直接影響到電機(jī)運行的可靠性、安全性和穩(wěn)定性。本文主要分析高壓同步機(jī)勵磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理及運行維護(hù)相關(guān)事宜。

關(guān)鍵詞：高壓同步機(jī);勵磁系統(tǒng)

中圖分類號：TM341 " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A " " " " " " " 文章編號：1004-7344（2019）03-0068-02

1 "同步機(jī)及勵磁系統(tǒng)簡介

（1）同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度與定子繞組所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的速度是一致的，所以稱為同步電動機(jī)。同步電動機(jī)的優(yōu)點：過載能力強(qiáng)、功率因數(shù)高、轉(zhuǎn)速恒定以及轉(zhuǎn)矩受電源電壓影響小等。同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與磁極對數(shù)、電源頻率之間滿足n=60f/p。轉(zhuǎn)速n決定于電源頻率，所以當(dāng)電源頻率一定時，其轉(zhuǎn)速不變，是個恒定值，且與負(fù)載無關(guān)。

（2）勵磁系統(tǒng)是同步電動機(jī)的核心組成部分。同步電機(jī)勵磁電源是指采用三相不可控整流橋?qū)⒔祲汉蟮慕涣麟娮優(yōu)槊}動的直流，然后用濾波電容將其濾波為較平滑的直流電壓，根據(jù)同步電動機(jī)的輸出電壓的變化，將所采集的反饋量與相應(yīng)的給定值比較后，執(zhí)行數(shù)字PID算法單片控制的通斷實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)的脈沖電壓的一種電源。

（3）無刷勵磁是目前石油石化行業(yè)廣泛采用的勵磁技術(shù)，因取消了碳刷和滑環(huán)相關(guān)結(jié)構(gòu)，杜絕了因碳刷和滑環(huán)接觸不良，碳刷長期磨損而出現(xiàn)的各類故障，使得無刷勵磁同步電動機(jī)維護(hù)量大大減小，像石油、化工、煤礦等行業(yè)應(yīng)用日趨廣泛，是同步電機(jī)應(yīng)用的發(fā)展趨勢。

2 "無刷勵磁系統(tǒng)的構(gòu)成

（1）勵磁系統(tǒng)由靜態(tài)勵磁裝置和旋轉(zhuǎn)整流器兩部分組成。

（2）靜態(tài)勵磁裝置一般設(shè)置在變電所，為勵磁機(jī)提供直流勵磁電源，同時也對同步電機(jī)提供相應(yīng)的保護(hù)。完成勵磁系統(tǒng)的增減磁控制和報警功能。該勵磁系統(tǒng)采用全數(shù)字化控制技術(shù)，具有遠(yuǎn)方通訊功能，以適應(yīng)無人值守的工業(yè)現(xiàn)場要求。

（3）旋轉(zhuǎn)整流器由盤體、控制模塊、整流功率模塊、啟動功率模塊和啟動電阻構(gòu)成（圖1）。安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)子上?？刂颇K是整流器的核心部件，它來完成電機(jī)的啟動。整流功率模塊屬于整流器件之一，包含于整流器當(dāng)中，整流交流電，從而將勵磁電源提供給轉(zhuǎn)子繞組。在對功率模塊啟動時，其啟動過程中要將啟動電阻投入進(jìn)去，從而對電機(jī)中的異步驅(qū)動力矩進(jìn)行有效完善，確保電機(jī)啟動的穩(wěn)定性。

3 "勵磁系統(tǒng)的原理

3.1 "無刷勵磁的原理

勵磁機(jī)的定子由靜態(tài)勵磁裝置供電，勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組與電動機(jī)轉(zhuǎn)子同軸。旋轉(zhuǎn)的勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組發(fā)出三相交流電，該三相交流電經(jīng)整流后供給同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組，產(chǎn)生勵磁電流。調(diào)節(jié)交流發(fā)電機(jī)的定子的勵磁電流，就可改變同步電動機(jī)勵磁繞組的勵磁電流。這種由勵磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)電，整流器在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下進(jìn)行整流供給同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁的方式，即為無刷勵磁。

3.2 "旋轉(zhuǎn)勵磁系統(tǒng)工作原理

（1）旋轉(zhuǎn)勵磁系統(tǒng)由主回路和控制回路組成。

（2）主回路主要包括兩種電路，分別為啟動回路和三相半控橋式電路，具體如圖3所示，其中整流電路主要由整流模塊構(gòu)成，數(shù)量為三個，具體如圖2所示，其主要涉及以下幾種工作模式，首先是截止?fàn)顟B(tài)，主要是電機(jī)在啟動和異步再整步時出現(xiàn)，其次是投勵后變?yōu)檎鳡顩r，回路啟動時由于啟動誤開，導(dǎo)致啟動回路出現(xiàn)關(guān)斷情況，以上幾種狀態(tài)模式能夠?qū)崿F(xiàn)自動化的切換。

（3）在回路啟動過程中，主要由兩部分組成，一種是啟動電阻RF，另外一種是KQg旋轉(zhuǎn)功率模塊，但是主要由控制模塊來實施控制。在異步再整步和電氣啟動時，KQg模塊通常保持導(dǎo)通狀態(tài)，電阻啟動會與電機(jī)轉(zhuǎn)子回路進(jìn)行連接，從而確保主電機(jī)能夠穩(wěn)定啟動，在電機(jī)平穩(wěn)運行過程中，KQg模塊中的可控硅會實現(xiàn)一種關(guān)斷狀態(tài)，導(dǎo)致啟動電阻RF退出回路，從而防止其出現(xiàn)發(fā)熱和發(fā)電情況，如果轉(zhuǎn)子回路發(fā)生過電壓情況，則其峰值超過KQg導(dǎo)通高定值時，啟動電阻重新接入電機(jī)轉(zhuǎn)子回路，通過電阻吸收過電壓。在旋轉(zhuǎn)勵磁系統(tǒng)中，啟動電阻、整流功率模塊及啟動模塊均安裝于旋轉(zhuǎn)整流盤上，便于維護(hù)檢修?？刂颇K控制三相半控整流電路的工作狀況，在電機(jī)啟動和再整步過程中迅速、準(zhǔn)確捕捉到滑差，把握時機(jī)進(jìn)行投勵，使沖擊減到最小。

3.3 "勵磁裝置工作原理

（1）主機(jī)系統(tǒng)：包括A＼B兩套微機(jī)系統(tǒng)，互為備用，可實現(xiàn)無擾動切換。每套系統(tǒng)都有控制處理器，CPU主機(jī)板是勵磁系統(tǒng)的控制中心，它接受從電機(jī)定子側(cè)傳送過來的信息，進(jìn)行相應(yīng)的計算及邏輯處理，產(chǎn)生結(jié)果控制勵磁電流輸出。

（2）勵磁系統(tǒng)的投勵控制：由靜態(tài)勵磁裝置和旋轉(zhuǎn)勵磁系統(tǒng)共同配合完成。靜態(tài)勵磁裝置投用后，主電機(jī)這時還未投勵。交流勵磁裝置投勵為旋轉(zhuǎn)勵磁系統(tǒng)的控制模塊提供了工作電源，旋轉(zhuǎn)勵磁系統(tǒng)的滑差檢測和啟動控制電路即投入工作。隨著主電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，滑差越來越小，當(dāng)滑差小于控制模塊的整定值（轉(zhuǎn)速不小于95%額定值）即到亞同步狀態(tài)時，控制模塊輸出觸發(fā)脈沖信號，控制回路可控硅導(dǎo)通，給主電機(jī)投入勵磁電流。

（3）同步電機(jī)勵磁系統(tǒng)應(yīng)具有自動滅磁功能：在啟動同步電機(jī)時，主要采用異步啟動方式，其中存在的定子繞組會以旋轉(zhuǎn)方式產(chǎn)生磁場，而旋轉(zhuǎn)場會切割轉(zhuǎn)子，使得交變電壓在轉(zhuǎn)子繞組中出現(xiàn)感應(yīng)，一旦回路放掉沒有進(jìn)行有效操作，則會導(dǎo)致人身安全和轉(zhuǎn)子繞組受到不同程度的傷害，所以，要積極應(yīng)用自動滅磁，從而防止轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)被擊穿情況。

4 "某廠勵磁裝置優(yōu)缺點分析

4.1 "主要優(yōu)點

（1）供電可靠性較高：勵磁裝置主電源采用雙回路電源，雙電源來自不同變壓器所帶的母線段。雙路電源互為備用，可實現(xiàn)自動切換，切換時間小于80ms。勵磁控制系統(tǒng)采用交直流電源雙路供電，當(dāng)任一路電源消失時，另一路電源仍可保證本裝置正常工作。

（2）電路采用全數(shù)字化雙微機(jī)系統(tǒng)，一套工作，一套熱備用。故障時可自動無擾動切換至備用系統(tǒng)，也可手動切換。微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用漢化觸摸屏人機(jī)界面，觀察直觀，操作方便?？呻S時查看及修改相關(guān)參數(shù)，事件記錄中記載先關(guān)故障信息，便于分析解決問題。

（3）生產(chǎn)使用過程中維護(hù)方便。因取消了滑環(huán)碳刷相關(guān)結(jié)構(gòu)部件，杜絕了碳刷打火、磨損等現(xiàn)象的出現(xiàn)，維護(hù)量大大減少。控制回路采用三相半控橋式整流電路，能滿足長周期運行要求。微機(jī)插件故障時可在不停機(jī)，不減載的情況下更換故障部件，維護(hù)簡單方便。

（4）勵磁系統(tǒng)具有旋轉(zhuǎn)整流器故障檢測功能，有較完善的保護(hù)功能。

（5）欠勵、過勵時報警并自動調(diào)節(jié)至正常功能。

4.2 "缺 點

（1）同步電機(jī)在應(yīng)用時，難以進(jìn)行直接性的滅磁，因此需要利用回路方式實施滅磁，但是周期比較長。

（2）電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓與電流在測量過程中不能直接實施。

（3）旋轉(zhuǎn)電器元件安裝在轉(zhuǎn)子上，要能承受較大的離心力。

（4）故障檢測及報警技術(shù)有待在生產(chǎn)實踐中考量。

5 "勵磁系統(tǒng)的維護(hù)

勵磁系統(tǒng)的維護(hù)分靜態(tài)勵磁柜和旋轉(zhuǎn)整流部分兩部分進(jìn)行，均需結(jié)合機(jī)組的大中修進(jìn)行必要的檢查和處理。

（1）靜態(tài)勵磁裝置的維護(hù)：由于采用全數(shù)字控制技術(shù)，維護(hù)工作相對簡單，一般結(jié)合機(jī)組的檢修進(jìn)行相應(yīng)的檢查和處理。主要內(nèi)容包括：清掃勵磁柜內(nèi)部元器件灰塵，對電氣接線端子、連接處進(jìn)行緊固，重點檢查繼電器、接觸器及CPU控制板有無明顯的腐蝕銹蝕現(xiàn)象，及時處理或更換。

（2）旋轉(zhuǎn)整流器的維護(hù)：對快速熔斷器、啟動電阻、各功率模塊進(jìn)行檢查測試，檢查傳感器各項技術(shù)指標(biāo)是否正常。電器元器件進(jìn)行除塵和清掃，各接線端子進(jìn)行緊固。啟動電阻應(yīng)根據(jù)廠方技術(shù)要求定期進(jìn)行更換，保證其正常工作。

6 "結(jié)束語

以上簡單分析了某廠微機(jī)勵磁裝置的相關(guān)知識。同步電動機(jī)在生產(chǎn)運行過程中，不可避免的會受到各種干擾，可能造成同步機(jī)失去同步或者設(shè)備不同程度的受損。勵磁系統(tǒng)應(yīng)能正確識別故障類型，進(jìn)行相應(yīng)地報警或者跳閘處理。電動機(jī)在短暫失步的情況下，勵磁系統(tǒng)應(yīng)能可靠再整步，以保證系統(tǒng)連續(xù)可靠運行。勵磁系統(tǒng)的事故處理能力以及再整步的性能是否可靠，能否滿足生產(chǎn)運行的實際需求，有待在后續(xù)生產(chǎn)實踐中進(jìn)行考證，也是我們在以后工作中需關(guān)注的重點。

參考文獻(xiàn)

[1]《無刷同步電動機(jī)智能全數(shù)字勵磁系統(tǒng)的研究》.武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程研究院.

收稿日期：2018-12-13

作者簡介：邢小彥，維修保運部，電氣工程師。