同步電動機新型勵磁裝置技術(shù)改進

1、同步電動機新型勵磁裝置技術(shù)改進         09-07-09 15:59:00     編輯：凌月仙仙摘 要 能過對同步電動機頻繁損環(huán)的現(xiàn)象進行分析可知，原因在于傳統(tǒng)的勵磁技術(shù)存在缺陷，論述了對同步電動機勵磁裝置的技術(shù)改進。關(guān)鍵詞 同步電動機、損環(huán)、勵磁、新技術(shù)。一、前言同步電動機廣泛應(yīng)用于石油、化工、煤炭、冶金、電力、水利、城市供水、供汽等諸多領(lǐng)域中，一方面它為工業(yè)企業(yè)提供源源不斷的動力; 另一方面它向電網(wǎng)發(fā)送無功功率，改善電網(wǎng)質(zhì)量。對同步電動機的控制，是通過調(diào)節(jié)其勵磁

2、裝置來完成，而傳統(tǒng)的勵磁技術(shù)存在嚴懲缺陷，使同步電動機頻繁損壞，直接影響企業(yè)的生產(chǎn)，給企業(yè)帶來巨大的損失。隨著數(shù)字化控制技術(shù)和半導體可控硅整流技術(shù)的發(fā)展，新的勵磁技術(shù)不斷完善，淘汰及改造傳統(tǒng)勵磁裝置的任務(wù)尤為迫切，本文就同步電動機新的勵磁技術(shù)進行粗淺的探討。 二、同步電動機經(jīng)常出現(xiàn)的故障及原因分析經(jīng)常出現(xiàn)的故障現(xiàn)象有: 1、定子鐵芯松動、運行中噪聲大; 2、定子繞組端部綁線崩斷，絕緣蹭壞，連接處開焊，導線在槽口處端點斷裂，引起短路; 3、轉(zhuǎn)子勵磁繞組接頭處產(chǎn)生裂紋、開焊，絕緣局部燒焦; 4、轉(zhuǎn)子線圈絕緣損傷，起動繞組籠條斷裂; 5、轉(zhuǎn)子磁板的燕尾楔松動、退出; 6、電刷滑環(huán)松動，風葉斷裂等故障

3、。以上故障現(xiàn)象有的出現(xiàn)在存在于同步電動機僅運行2-3年內(nèi)，甚至半年內(nèi)。一般認為是電動機制造質(zhì)量問題，但許多電機制造廠，雖對制造工藝中的關(guān)鍵部位加強措施，但沒有明顯效果，故障現(xiàn)象仍然屢屢發(fā)生。 通過對同步電動機及勵磁裝置運行數(shù)據(jù)進行數(shù)理統(tǒng)計分析，對電動機起動、投勵運行中的各種典型攝片，研究分析表明: 同步電動機出現(xiàn)上述故障，不是制造問題，而傳統(tǒng)勵磁技術(shù)存在缺陷。三、傳統(tǒng)勵磁技術(shù)存在的缺陷1、磁裝置起動回路及環(huán)節(jié)設(shè)計不合理同步電動機勵磁裝置主回路中的主橋分為：全控橋式和半控橋式，下面分別以這兩種方式分析:1.1半控橋式勵磁裝置: 由三只大功率晶閘管和三只大功率二極管組成，如圖1所示。電動機在起動過

4、程中，存在滑差，在轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)將感應(yīng)交變電勢，其正半波通過ZQ形成回路，產(chǎn)生+if，其負半波則通過KQ、RF形成回路，產(chǎn)生- if，如圖2所示，由于回路不對稱，則形成的- if與+ if也不對稱，致使是子電流強烈脈動，波形如圖3所示。使電動機因此而強烈振動，直到起動結(jié)束才消失。1.2全控橋式勵磁裝置: 由6只大功率晶閘管組成，如圖4所示。 在起動過程中，隨著滑差減小，當轉(zhuǎn)速達到50%以上時，勵磁感應(yīng)電流負半波的通路時通時斷，同樣形成+ if與- if電流不對稱，從而形成脈振轉(zhuǎn)矩，造成電動機強烈振動。 1.3投勵時“轉(zhuǎn)子位置角”不合理。無論是全控橋還是半控橋，電動機起動過程投勵時，都產(chǎn)生

5、沉悶的沖擊，這種沖擊，同樣會造成電機損害，這是“轉(zhuǎn)子位置角”不合理所致。以上所出現(xiàn)的脈振、投勵時的沖擊，并不一定一次性使電機損壞，但每次起動都會使電機產(chǎn)生疲勞，造成電機內(nèi)部損害，積而久之，必然造成電機內(nèi)部故障。2、將GL型反時限繼電器兼做失步保護。傳統(tǒng)勵磁裝置將GL型繼電器兼做失步保護，當電機失步時，它不能動作（如帶風機類負載）或不及時動作（如帶往復(fù)式壓縮機類載），使電動機或勵磁裝置損壞。2.1失勵失步: 是指同步電動機勵磁繞組失去直流勵磁或嚴重欠勵磁，使同步電動機失去靜態(tài)穩(wěn)定，滑出同步，此時丟轉(zhuǎn)不明顯，負載基本不變，定子電流過流不大，電機無異常聲音，GL型繼電器往往拒動或動作時限加長，且失勵

6、失步值班人員不易發(fā)現(xiàn)，待電動機冒煙時，已失步較長時間，已造成電機或勵磁裝置損害。但不一定當場損壞電機，而是造成電機內(nèi)部暗傷，經(jīng)常出現(xiàn)電機冒煙后，停機檢查又查不出毛病，電機還可再投入運行。失勵失步往往造成: 起動繞組（阻尼條）過熱變形、開焊、甚至波及定子繞端部。在轉(zhuǎn)子回路還會產(chǎn)生高電壓，造成勵磁裝置主回路元件損壞，引起滅磁電阻發(fā)熱，嚴重時甚至造成整臺勵磁裝置損壞。2.2帶勵失步: 周圍大負荷起動、相鄰母線短路等原因引起母線電壓大幅度波動; 或負載突增（如: 壓縮機弊壓、軋鋼機咬冷鋼）; 以上原因引起電動機短時間欠勵磁或失勵磁（如插接件接觸不良），引起失勵失步，又過渡到帶勵失步，或在起動過程中過早

7、投勵等原因引起。電動機帶勵失步，勵磁系統(tǒng)雖仍有直流勵磁，但勵磁電流及定子電流強烈脈振，脈振頻率隨電機滑差而變化。使電動機遭受強烈脈振，有時產(chǎn)生電氣共振和機械共振。定子電流脈振包絡(luò)線的高峰值一般為電機額定電流Ie幅值的2-3倍，但其低谷值小于Ie，甚至可能接近為零，使GL型繼電器“啟動”又馬上“返回”，如此反復(fù)，最終GL雖能動作，但長達幾十秒，起不到保護作用。帶勵失步造成: 定子繞組綁線崩斷，導線變酥，線圈表面絕緣層被振傷，繼而過熱、燒焦、燒壞，甚至引起短路。轉(zhuǎn)子勵磁繞組接頭處產(chǎn)生裂紋，出現(xiàn)過熱、開焊、絕緣層烤焦; 鼠籠條（起動繞組）斷裂，與端環(huán)連接部位開焊變形，轉(zhuǎn)子磁板的燕尾楔松動、退出; 電

8、刷滑環(huán)松動，定子鐵芯松動、噪聲大，嚴重時出現(xiàn)斷軸事故。 2.3斷電失步: 是由于供電系統(tǒng)的自動重合閘ZCH裝置、備用電源自動投入BZT裝置動作或人工切換電源，使電動機暫失去電源而導致的。它對電動機的危害是非同期沖擊（包括非同期電流和轉(zhuǎn)矩沖擊）。這種沖擊的大小與系統(tǒng)容量、線路阻抗、電源中斷時間、負載性質(zhì)，特別是與電源瞬停后又重新恢復(fù)瞬間的投入分離角T密切相關(guān)。非同期沖擊電流的最大值出現(xiàn)在T=180°+2n時，一般高達電機出口三相短路沖擊電流的1.4-1.8倍。非同期沖擊轉(zhuǎn)矩的最大值對于凸板式同步電動機，將出現(xiàn)在T=（130o-135o）+2n時，對隱板式高速同步電動機，則出現(xiàn)在T=（1

9、20°-125°）+2n時，一般可高達電機出口三相短路時最大瞬時短路沖擊轉(zhuǎn)矩的3倍左右，即為電機額定轉(zhuǎn)矩的20-30倍左右。它將引起電機定子、轉(zhuǎn)子繞組崩裂、絕緣擠壞;大軸、軸銷和連軸器扭壞，進而引起電機內(nèi)部短路、起火等事故。但當T=2n+時，非同期沖擊小于電機出口三相短路沖擊，不會引起電機損壞。對于380V低壓同步電動機，所在電網(wǎng)一般容易不大，加上變壓器及線路阻抗相對較大，斷電失步對電機沖擊有限，一般不加斷電失步保護。2.4勵勵磁裝置的控制部分存在設(shè)計不合理環(huán)節(jié)?？刂撇糠纸?jīng)常出現(xiàn)晶閘管誤導通、脈沖丟失、三相電流丟波缺相、不平衡、勵磁不穩(wěn)定，引起電機失勵。同時插接件接觸不良。

10、 四、同步電動機彩的勵磁新技術(shù)對同步電動機傳統(tǒng)勵磁裝置進行技術(shù)改進，采用電腦、數(shù)字技術(shù)研制成綜合控制器，代替原控制插件，面板采用薄膜按鍵。性能穩(wěn)定、信號顯示直觀，便于值班人員監(jiān)控。綜合控制器采用了下列新技術(shù):1、主電路的改進改進后的勵磁主電路采用無續(xù)流二極管的新型半控橋式整流電路，如圖5所示。合理選配滅磁電阻RF，分級整定KQ的開通電壓，當電動機··在異步驅(qū)動狀態(tài)時，使KQ在較低電壓下便開通，電動機具有良好的異步驅(qū)動狀態(tài)，有效消除了傳統(tǒng)勵磁裝置在電動機異步暫態(tài)過程中所存在的脈振，滿足帶載起動及再整步的要求; 而當電動機在同步運行狀態(tài)時，KQ在過電壓情況下才開通。既保護元器件

11、，又在正常同步運行時，KQ不誤導通。2、電機在起動及再整步過程中，按照“準角強勵磁整步”的原則設(shè)計準角強勵磁系指電機轉(zhuǎn)速進入臨界滑差，按照電動機投勵瞬間在轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生的磁場與定子繞組產(chǎn)生的磁場互相吸引力最大（即定子磁場的N、S極分別與轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的S、N極相吸），在準角時設(shè)入強勵，使吸引力進一步加大，這樣電機進入同步便輕松、快速、平滑、無沖擊。投勵時的滑差大小，可通過數(shù)字式功能開關(guān)設(shè)定，改造厲的電動機起動及投勵過程的波形對于某些轉(zhuǎn)速較低、凸板轉(zhuǎn)矩較強的電機空載或特輕載起動時，往往在尚未設(shè)勵的情況下便進入同步，裝置內(nèi)具有凸板性投勵回路，在電機進入同步后的1-2秒內(nèi)自動投勵，電機進入同步后，電腦

12、系統(tǒng)自動控制勵磁電壓由強勵磁恢復(fù)到正常勵磁。     09-07-09 15:59:00     編輯：凌月仙仙3、選用數(shù)字觸發(fā)器，提高觸發(fā)脈沖的精度。選用數(shù)字觸發(fā)器8253，提高了觸發(fā)脈沖信號的精確度。當同步信號回路出現(xiàn)上升過零時，采用延時結(jié)束立即由硬件輸出脈沖的方式，當滿足投勵條件后，電腦發(fā)出觸發(fā)脈沖指令，經(jīng)專用集成塊功放由脈沖變壓器輸出一寬脈沖，觸發(fā)可控硅。在同步信號及主回路處于正常的情況下，電腦系統(tǒng)能保證主電路三相電壓波形平衡，具有自動平衡系統(tǒng)。為使電動機中勵磁電壓不致過高、過低或失控，在控制電路中設(shè)有1K

13、、2K、3K功能開關(guān)其中: 1K用來設(shè)定勵磁電壓的上限; 2K用來設(shè)定電機正常運行時的勵磁電壓; 3K用來設(shè)定勵磁電壓的下限。投勵時，首先按1K強勵設(shè)定值運行1秒，然后自動移至正常勵磁所設(shè)定的位置上。采用數(shù)字化薄臘面板開關(guān)，按動上升鍵或下降鍵，可在1K及3K所設(shè)定的范圍內(nèi)調(diào)整勵磁電壓大小。采用電腦控制及數(shù)字開頭，使用權(quán)裝置性能穩(wěn)定，完全消除了電位器調(diào)節(jié)所帶來的溫漂、跳躍、卡死及易受干擾的弊端。4、電腦系統(tǒng)智能分析失步信號，準確可靠地動作。當同步電動機失步時，在其轉(zhuǎn)子回路產(chǎn)生不衰減的交變電流分量，通過測取轉(zhuǎn)子勵磁回路分流器上的交變電流毫伏信號，經(jīng)放大變換后輸入電腦系統(tǒng)，對其波形進行智能分析、準確

14、、快速地判斷電動機是否失步，對于各類失步，不論其滑差大小，裝置均能準確動作。根據(jù)其具體情況，動作于滅磁一再整步，或啟動后備保護環(huán)節(jié)，動作于跳閘。如電機未失步，則不論其如何振蕩，裝置均不動作。圖7是同步電動轉(zhuǎn)子回的幾種典型波形。圖中（a）（b）（c）為電動機已失步，勵磁回路出現(xiàn)了不衰減的交變電流信號，失步保護快速準確動作。（d）是同步振蕩，電動機未失步，失步保護應(yīng)不誤動作。對舊電機或已受暗傷的電動機，有時會出現(xiàn)轉(zhuǎn)子回路開路，此時勵磁回路電流突然下降為零，失看法保護也快速動作。5、失步自動再整步電動機失步后，立即停發(fā)觸發(fā)脈沖，勵磁控制繼電器LCJ吸合（如圖8所示），斷開勵磁接觸器控制回路及勵磁主回

15、路，待整流主橋路晶閘管關(guān)斷后，LCJ釋放，電機進入異步驅(qū)動狀態(tài)，裝置自動使KQJ繼電器處于釋放狀態(tài)，通過KQJ的常閉接點，使可控硅KQ在很低電壓下便開通，以改善電動機異步驅(qū)動特性。合理選擇滅磁電阻RF，使電動機異步驅(qū)動特性得到改善，電機轉(zhuǎn)速上升，待進入臨界滑差后，裝置自動控制勵磁系統(tǒng)，按準角強勵磁對電動機實施整步，使其恢復(fù)到同步狀態(tài)。當同步電動機短時失去電源，在恢復(fù)電源的瞬間可能造成非同期沖擊，由防沖擊檢測環(huán)節(jié)送給綜合器對FCJ接點，電腦接收到FCJ接點傳遞來的信號后，將同樣動作于滅磁異步驅(qū)動再整步。6、失控檢測如觸發(fā)脈沖回路繼線或接觸不良，造成脈沖丟失，控制回路同步電源缺相，主回路元件損壞（

16、如熔斷器熔斷），造成主回路三相不平衡，缺相運行，但未造成電機失步，裝置能及時檢測到，若10秒后故障仍未消除，裝置就控制報警繼電器BXJ閉合，通過其接點，接通報警回路，并使面板“失控”信號指示燈亮，發(fā)出聲光報警信號。失控及缺相檢測，是利用電動機進入同步后的直流勵磁電壓波形，通過對其智能分析，圖9是幾種典型的勵磁電壓波形，（a）、（b）、均為正常運行，圖（c）為缺相運行，圖（d）為失控運行。7、晶閘管KQ誤導通檢測綜合控制器設(shè)計時，采取對KQ的開通電壓實行分級整定，即電動機在起動過程及失步后的異步驅(qū)動暫態(tài)過程中，為改善電機的異步驅(qū)動特性，使KQ在很低電壓下開通; 在電機進入同步后，KQ開通電壓設(shè)定

17、值較高，處于阻斷狀態(tài)，RF無電流通過，是為了保護電機、晶閘管、三極管，防止過電壓，只有在過電壓情況下方可開通。為避免KQ因過電壓設(shè)定值太低，或開通后關(guān)不斷，造成滅磁電阻RF長時間通過電流而過熱，裝置內(nèi)設(shè)有KQ誤導通檢測裝置。若KQ未導通，在KQ與RF回路，直流勵磁電壓全部降在KQ上，在滅磁電阻RF上無電壓，處于冷態(tài); 一旦KQ導通，直流電壓降落在RF上，裝置內(nèi)繼電器RFJ線圈吸合（見圖8），其接點信號輸入電腦系統(tǒng)，電腦接收到KQ導通信號（即RFJ接點信號）后，對于因過電壓引起的導通，電腦會指令其過壓消失后自動關(guān)斷。對因電壓設(shè)定值太低造成的KQ誤導通，或?qū)ê箨P(guān)不斷，電腦會指令報警繼電器BXJ閉

18、合，通過其接點接通報警回路，并控制面板上“KQ誤導通”信號燈亮，發(fā)出聲光信號提請操作人員檢查處理。8、后備保護環(huán)節(jié)在同步電動機或勵磁裝置出現(xiàn)下列故障，使電機無法正常運行，為保證電機及勵磁裝置安全，特設(shè)后備保護環(huán)節(jié)，動作于跳閘停機，控制面板上顯示“后備保護動作”信號，便于分析和記錄。 （1）電機起動后或失步長時間不投勵。（2）起動時間過長。（3）再整步不成功。（4）電動機在投勵后拉不進同步（5）勵磁裝置存在直接影響電機正常運行的永久性故障，如: 熔斷器、晶閘管、整流變壓器、二極管等元件擊穿或損壞。經(jīng)過上述技術(shù)改進后的勵磁裝置綜合控制器原理見圖10。五、結(jié)論同步電動機勵磁裝置采用了上述數(shù)字化控制技術(shù)及半導體可控整流技術(shù)，綜合運用了同步電動機過渡過程理論、穩(wěn)態(tài)運