同步电动机常见故障的原因分析与维修方法

李会吉 张 军

(山东晋煤明水化工集团有限公司 山东章丘250204)

1 电机制造

同步电动机在出厂前虽然都进行了各项出厂试验，并且也全部检验合格，但在运输、安装、试运行过程中，由于各种原因会造成电机各部位的连接螺栓松动，引起电机故障。螺栓松动引起的主要故障：①电机启动瞬间，转子启动绕组环形短路而引发环连接部位打火；②转子励磁绕组线圈串联接头处产生裂纹、开焊，局部过热烤焦绝缘；③转子磁极的燕尾楔松动而退出；④转子线圈绝缘损伤；⑤风叶裂断。

处理方法：①电机在试车前，先将电机的护罩拆开，对电机转子线圈固定螺栓、电机转子启动绕组环形短路环螺栓、电机转子风叶固定螺栓等进行全面的检查、紧固；②每年的计划检修时，都应对上述部位进行检查、紧固。

2 电机安装

电机振动的主要原因：①安装过程中，电机与设备的对中(平行对中和角度对中)不合格；②设备的管道配置不合理，造成设备、电机整体振动，严重时还会造成设备整体基础下沉。

处理方法：①电机与被驱动设备之间的传动轴必须精确对中，否则会引起振动，挠性联轴器平行对中最大偏差应≤0.05 mm，刚性连轴器最大偏差应≤0.025 mm，角度对中最大偏差应≤0.05 mm；②必须严格按设计要求对设备进行配管，不允许随意改动。

3 励磁

(1)目前所用老式的半控桥或全控桥可控硅励磁装置，由于启动时采集不到滑差信号，大部分采用计时投励，投励角度不合理，电机每次启动均受到一定的损伤。半控桥式励磁装置主电路如图1所示。

图1 半控桥式励磁装置主电路

因电机在启动过程中存在滑差，将在转子线圈内感应一交变电势，其正半波通过ZQ形成回路产生+If， 而其负半波则通KQ及RF回路产生-If。半控桥式励磁装置电机启动时转子回路波形如图2所示。

图2 半控桥式励磁装置电机启动时转子回路波形

由于电路的不对称，形成+If与-If电流不对称，定子电流也因此而强烈脉动，电机将遭受脉振转矩强烈振动，甚至在整个车间内都可听到电机启动过程中发出的强烈振动声，并持续至电机启动结束才消失，电机启动过程所受强烈脉振是电机损伤的重要原因之一。电机启动过程中定子实际启动与理想启动电流波形如图3所示。

图3 定子实际启动与理想启动电流波形

全控桥式励磁装置主电路如图4所示。

图4 全控桥式励磁装置主电路

对于全控桥式励磁装置的主电路，滑差随电机启动过程减小，转子线圈内感应电势逐步减小，当转速达到一半以上时，励磁回路感应电流负半波通路将处于时通时断状态，同样形成+If与-If电流不对称，由此同样会形成脉振转矩，造成电机产生强烈振动而使电机受损。

无论是全控桥式还是半控桥式励磁装置，电机启动过程中，投励时往往可听到沉闷的冲击声，且投励电流越大，声音越响。其原因是励磁装置投励时选择极不合理的“转子位置角”，这种冲击同样会损伤电机并逐步累积，发展成电机的内部故障。有些企业常采用降低励磁电流的方法来减轻对电机的冲击，待电机启动结束后，再将励磁电流调至正常值。实际上，通过改善启动回路及投励时合理选择转子位置角，启动过程中的脉振和投励冲击现象完全可以消除。

(2)老式可控硅励磁装置失步保护装置不灵敏，使电机不断受到失步危害的损害。老式可控硅励磁装置采用GL型反时限继电器“兼作失步保护”，而电机“过负荷”与电机“失步”是完全不同的两个概念。通过分析电机失步时的暂态过程，现场试验及实拍电机失步的暂态波形，可以充分证明：使用过负荷继电器兼作失步保护，当电机失步时，它不能动作，有的虽能动作，但动作时延大大加长，实际上起不到保护作用。同步电机的失步故障分失励失步、带励失步和断电失步。

失励失步是由于励磁系统的种种原因使同步电动机的励磁绕组失去直流励磁或严重欠励磁，使同步电动机失去静态稳定，滑出同步。电机发生失励失步时，丢转不明显，负载基本不变，定子电流过流不大，电机无异常声音，GL型继电器往往拒动或动作时间大大延迟。失励失步一般不易被值班人员及时发现，待发现电机冒烟时，电机已失步了相当长时间，并已造成了电机或励磁装置的损伤或损坏。

电机的失励失步，大多不当场损坏电机，而是造成电机的内部暗伤，经常出现电机冒烟后停机检查，但又查不出原因，电机还能再投入运行。失励失步主要会引起电机转子绕组，尤其是启动绕组(阻尼条)的过热、变形、开焊，甚至波及到定子绕组端部。电机失励失步时，在转子回路还会产生高电压，造成励磁装置主回路元件损坏，引起灭磁电阻发热，严重时甚至造成整台励磁装置烧毁事故。

带励失步是由于供电线路遭受雷击，避雷器动作；大机组或机组群启动，相邻母线短路等引起母线电压大幅度波动；负载突增(如压缩机憋压)；运行中，电机短时间欠励磁或失励磁(如接插件接触不良)引起失励失步，从失励失步过渡到带励失步，电机启动过程中励磁系统过早投励等原因所引起。

电机在带励失步时，励磁系统虽仍有直流励磁，但励磁电流及定子电流(包络线)强烈脉动，电机亦遭受强烈脉振，有时甚至产生电气共振和机械共振。带励失步大多引起电机产生疲劳效应，造成电机内部暗伤，并逐步积累和发展。带励失步所造成电机损伤的主要表现：定子绕组绑线崩断，导线变酥，线圈表面绝缘层被振伤(线圈两面呈不均匀的锯齿状，严重时会因绝缘损坏而造成定子铁芯击穿)，并逐步由过热而烤焦、烧坏，甚至发展成短路；转子励磁绕组接头处产生裂纹，出现过热、开焊、绝缘烤焦；鼠笼条(启动绕组)断裂，与端环连接部位开焊、变形；转子磁极的燕尾楔松动而退出；电刷滑环松动；定子铁芯松动，运行中噪声增大；严重时甚至发生断轴事故。由于电机和主机是同轴运行，电机的强烈脉振同样会波及到主机而损伤主机，如紧固螺丝断裂等。

断电失步是由于供电系统自动重合闸ZCH装置或备用电源自动投入BZT装置动作及人工切换电源，使交流电机供电电源输送渠道短暂中断而导致，其对电机的危害是非同期冲击。这种冲击的大小与系统容量、线路组抗、电源中断时间、负载性质，特别是与电源重新恢复瞬间的电气分离角有关。所以这种冲击有可能使电机当场损坏，也有可能根本察觉不到。

(3)针对励磁屏技术性能太差所导致的同步机故障率高的现象的技改措施:①对原配置的老式励磁装置进行改造；②新增设备全部采用新型励磁控制设备。

4 结语

采取改进措施后，电机启动过程平稳、快速，并且彻底消除了电机启动过程中振动声；同步电机故障率大大降低，确保了生产装置稳定运行。