无刷励磁同步电动机异常振动故障分析

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(泰豪沈阳电机有限公司，辽宁沈阳 110024)

0 引言

我公司为鞍矿生产的TMW3000-30/2900无刷同步电动机共二台，一台在现场使用完全正常，另外一台出现故障。具体故障如下：电机起动异步运行时正常，当通过交流励磁机及旋转整流盘投励牵入电步时，电机出现了异常严重的振动。技术服务人员在现场多次处理未找出具体故障原因，只好返厂处理。电机返厂后，进行了空载试验，电机异步起动后一切正常，无振动现象，投励后电机立即出现了严重的振动(摆动)，与在客户现场情况完全相同，这一点排除了现场电源问题(后期测试中，在故障情况下再次做了异步起动及投励牵入同步试验，发现在投励后同步机定子电流迅速回落，这是正常的，说明转子绕组已经投励)。而通过测速探头返到测速表上的转速并没有提高，也就是没有牵入同步转速；此时，站在底板上感到了电机强烈的振动，手摸同步机定子有强烈的振动和摆动感。电机名牌数据：型号：TMW3000-30/2900;额定电压：6 000V;额定电流：336A;额定转速：200rpm;励磁电压：147V;励磁电流：250A;技术条件：1EY.282.043;出厂日期：2007年2月;出厂编号：07T0001。

1 故障分析及排除过程

因电机除旋转整流盘为其它公司生产，主机及交流励磁机均为我公司产品，决定采用排除法去逐步找出故障原因，并首先确认旋转整流盘是否存在问题，之后逐级排除。

1.1 旋转整流盘无故障排除方法及过程

用一台TMW1950-30/2600(07T0707)无刷励磁同步电动机做旋转整流盘落地试验，该电机励磁电流与上述故障电机接近。为此，决定在做完1 950kW电机本机的旋转整流盘落地试验后，如电机投励牵入同步运行正常无振动，再用同样的方法利用1 950kW电机对上述故障电机旋转整流盘做落地试验。试验得出1 950kW电机投励运行完全正常，示波器8个通道(交流励磁机输入、输出，旋转整流盘输出，电动机定子输入)显示各电压、电流波形也非常良好。说明两个旋转整流盘都没有问题，排除了旋转整流盘的问题。故障必然发生在电机或交流励磁机本体。

1.2 排除交流励磁机故障的可能性

图1 交流励磁机电枢绕组的三相交流感应开路电压波形

图2 线电压与相电压关系图

1.3 在故障电机上测试旋转整流盘输出的直流开路电压波形

将交流励磁机与旋转整流盘联接线接好，断开旋转整流盘与主机励磁绕组的联接线，并将旋转整流盘的输出线接到盘外圆的两个测试铝箔圈上，用项1.2同样的方法在旋转状态下测试旋转整流盘输出的直流开路电压波形见图3，其波形为标准的二极管、晶闸管整流后电压脉动一高一低连续波形。但从长段波形图上发现固定的周期上，总有一个突发的尖波峰出现。经分析，这个波峰是每隔72个二极管波峰或72个晶闸管波峰出现一次，而三相交流正弦波整流合成后每个周期就出现六个二极管或六个晶闸管波峰，72个波峰相当于12个周期，而励磁机为24极，旋转一周正好是12个如上周期，也就是说机组每旋转一周就出现一个异常波峰，而旋转整流盘直流开路电压输出信号是由盘外所绕的铝箔传递的，铝箔绕制时必然存在一条接缝，分析认为正是这条接缝引起了每旋转一周产生一个异常跳变的电压波峰。因些认为旋转整流盘输出的波形完全正常。这也同时说明，旋转整流盘及其之前的交流励磁机应该没有问题。

图3 旋转整流盘输出的直流开路电压波形

1.4 利用交流阻抗电压测试法测试电动机磁极绕组

断开旋转整流盘与主机转子绕组的连线，在静止状态下进行测试。利用自偶调压器将110V低压交流电送给磁极绕组的两根引线，然后用交流电压表首先分半测试两组磁极绕组的两个交流电压值(每组15个磁极绕组)，结果发现，其中一组为51V，另外一组为59V，说明51V那组绕组存在短路点。一种可能是匝间短路，另一种可能是磁极绕组间短路。如按照59V那组计算，每个磁极应分压3.93V，如此，有故障的那组磁极比正常值低约两个磁极的电压值。如真是匝间短路绝对不会是一匝或几匝短路，应是多匝多磁极短路，这种可能微乎其微。所以最大的可能是两磁极间在磁极根部绕组发生短路，如有一处短路，正好减小两个磁极电压值。经对51V那组绕组分段逐级测试，发现其中两个绕组分压值为0，检查发现，其中一个磁极绕组根部有一匝线向外鼓出与另一绕组根部短接，该故障点会导致主机两磁极处于短路状态(电机磁路不均布)，转子实际上相当于28极电机转子，而定子仍为30极，定转子极数的不同及电机磁路不均布引发了电机的异常振动。

1.5 排除故障点试运行

将上面发现的故障点绝缘处理并排除后，电机异步起动及投励牵入同步运行一切正常。

2 结语

经过对本台无刷励磁同步电动机异常振动原因的排查处理，可以总结出：当该类电机在未投励磁时电机运行无振动现象，而在输入了励磁电压时产生异常振动时，可以确定的是励磁系统出现了问题，而影响励磁系统的环节较多，从这一故障现象的排查过程也给我们一些启示，电机投励时出现的问题时，故障点多数应发生在励磁绕组及其相关的部分上，应优先排查。