有關(guān)無刷勵磁同步電動機的啟動失敗問題討論

吳建中

摘要：無刷勵磁同步電機是當(dāng)前一種新型的電機，其在無電刷滑環(huán)結(jié)構(gòu)方面也具有顯著的優(yōu)勢，并且還具有可靠性等的特點。然而無刷勵磁同步電動機的勵磁結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，容易造成同步電動機啟動失敗和運行異常?；诖?，本文通過實例對無刷勵磁同步電動機的啟動失敗問題進行討論。

關(guān)鍵詞：啟動；無刷勵磁同步電機；故障

某無刷勵磁同步電動機空載試車，啟動中伴隨有劇烈振動和巨大聲響，電機轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速的一半左右時不再加速，啟動持續(xù)長達15秒后電動機微機保護裝置的啟動超時動作跳閘。后經(jīng)多次啟動，故障依然存在，且故障現(xiàn)象相同。本文由此進行相關(guān)論述。

一、無刷勵磁同步電機啟動失敗故障查找和解決

啟動電機前進行盤車無異常，電機處于單機試車，機械負載也不會影響到電機轉(zhuǎn)子加速。查同步電動機的電源電壓，啟動前10kV系統(tǒng)電壓為10.3kV，整個啟動過程系統(tǒng)電壓最低9.5kV，電源電壓滿足電機的啟動條件，不影響電機的啟動。對同步電動機進行檢查，測量電機定子繞組相間、對地絕緣為1000MΩ，電機轉(zhuǎn)子繞組對地絕緣500MΩ均正常。電機轉(zhuǎn)子繞組直阻0.4Ω，滅磁電阻2.0Ω，符合設(shè)計要求。檢查旋轉(zhuǎn)整流器的整流模塊時，發(fā)現(xiàn)使用萬用表二極管檔測量A相的晶閘管已經(jīng)擊穿，其他B、C相晶閘管以及A、B、C相的二極管都正常。更換擊穿的晶閘管，并按照廠家的技術(shù)要求做了相應(yīng)的調(diào)試試驗記錄。

檢修之后，啟動同步電動機時，電機平穩(wěn)加速并且很快進入亞同步狀態(tài)，勵磁投勵之后電機順利的進入同步運行狀態(tài)，電機的整個啟動過程中振動和聲音均正常。

靜態(tài)小電流通電試驗接線示意圖：采用三相調(diào)壓器模擬交流勵磁機，為旋轉(zhuǎn)整流盤提供工作電源。為了使整流橋輸出為小電流，在滅磁電阻支路中串聯(lián)一電燈BD2，在整流橋輸出至電機轉(zhuǎn)子回路中串聯(lián)一電燈BD1（旋轉(zhuǎn)整流盤單獨測試時，可不接電機轉(zhuǎn)子繞組，電燈直接連至整流橋輸出正、負極上）。下述試驗時，三相調(diào)壓器副邊線電壓調(diào)至40V～100V（不超過交流勵磁機的額定輸出電壓，一般可從小到大逐步試驗）。

自動投勵性能檢測，合刀閘K1，經(jīng)10～12秒左右，BD1燈亮，整流橋電壓波形為全波整流波形。

KQ開通、關(guān)斷性能檢測，電機啟動期間，KQ應(yīng)導(dǎo)通，旋轉(zhuǎn)整流盤投勵后，KQ應(yīng)由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷。

K1斷開后，將二極管D1按試驗接線圖與C（或A、或B）相可控硅并聯(lián)，合刀閘K1，BD2、BD1燈全為半亮，整流橋波形為失控波形，經(jīng)10～12秒左右，控制模塊自動投勵，BD1由半亮轉(zhuǎn)為亮，BD2由半亮轉(zhuǎn)為滅，整流橋波形為全波整流波形。用短接線短接二極管ZQ的兩端，BD2、BD1燈轉(zhuǎn)為半亮，整流橋波形為失控波形。

二、無刷勵磁同步電機啟動失敗原因分析

該同步電動機采用異步直接啟動，依靠安裝在轉(zhuǎn)子磁極上的鼠籠導(dǎo)條產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩，當(dāng)定子繞組接入電網(wǎng)后，在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子的鼠籠導(dǎo)條中產(chǎn)生感應(yīng)電流，此電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動并加速。待機組轉(zhuǎn)速達到亞同步轉(zhuǎn)速時，將勵磁繞組通入直流電流，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生勵磁磁場，定子磁場與轉(zhuǎn)子磁場相互吸引而產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩，把轉(zhuǎn)子牽入同步。因此，同步電動機的啟動過程分為靜止加速到亞同步轉(zhuǎn)速的異步啟動過程和從亞同步轉(zhuǎn)速加速到同步轉(zhuǎn)速的牽入過程。

在異步啟動過程中，勵磁繞組不允許直接通入勵磁電流，否則會增加定子繞組的損耗和發(fā)熱，嚴(yán)重時會產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)和劇烈振動；但勵磁繞組也不允許開路，因為啟動瞬間和低轉(zhuǎn)速時，可能在勵磁回路中產(chǎn)生高電壓破壞勵磁繞組絕緣。隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的升高，勵磁回路中的電壓逐漸降低，接近亞同步轉(zhuǎn)速時，電壓已降到很低。這時才允許將勵磁繞組通入勵磁電流，所以異步啟動過程中，必須將勵磁繞組短路。

在異步啟動過程中，存在著由鼠籠導(dǎo)條產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)矩Mz和勵磁繞組閉合產(chǎn)生的反向單軸轉(zhuǎn)矩Mp。將鼠籠導(dǎo)條所產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)矩與單軸轉(zhuǎn)矩相加，即得異步啟動過程中的合成轉(zhuǎn)矩M。當(dāng)勵磁回路中沒有串電阻或串入的電阻太小時，電動機的合成轉(zhuǎn)矩將在轉(zhuǎn)差率S=0.5時產(chǎn)生最小轉(zhuǎn)矩Mmin。如果負載阻力矩大于或等于電動機最小合成轉(zhuǎn)矩Mmin時，電動機停在額定轉(zhuǎn)速一半的附近不能繼續(xù)加速。為了限制單軸轉(zhuǎn)矩對啟動的不利影響，往往在勵磁繞組中串入3—l0倍于勵磁繞組電阻的附加電阻來限制單軸轉(zhuǎn)矩。由于本次故障中旋轉(zhuǎn)整流器的晶閘管擊穿，使得電機異步啟動時附加電阻RF被旁路短接，勵磁繞組閉合后產(chǎn)生的單軸轉(zhuǎn)矩沒有加以限制，才使得電機轉(zhuǎn)速達到一半時啟動轉(zhuǎn)矩變小造成啟動失敗。

三、小結(jié)

綜上所述，本文對一起無刷勵磁同步電機啟動失敗的故障進行查找和解決，并對其啟動失敗的原因進行了分析。無刷勵磁的旋轉(zhuǎn)整流器由電力電子元件組成且容易損壞，使用單位應(yīng)準(zhǔn)備充足的備件，同時要特別注意旋轉(zhuǎn)整流器故障后產(chǎn)生的單軸轉(zhuǎn)矩的不利影響，以免造成啟動失敗。

參考文獻：

[1]張常在.自并勵在同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的應(yīng)用[J].中國電力教育，2010（S1）.

[2]劉業(yè)勝.無刷勵磁系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)二極管監(jiān)測方法及其適用性分析[J].電工技術(shù)，2010（03）.

（作者單位：廣東茂化建集團有限公司）