同步电动机与可控硅励磁装置常见故障原因分析及新技术应用

赵党辉

摘 要：陕甘宁盐环定扬黄工程是高扬程扬水工程，建设有泵站12座，110 kV变电所6座，35KV变电所4座，安装机组101台套，总装机容量6.597万kW，其中，二、三、四 泵站各配有4台同步电动机用于调节泵站功率因数，其他泵站配备电容补偿柜进行调节泵站功率因数。

关键词：同步电动机 励磁装置 可控硅

中图分类号：TM307 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（b）0079-01

1 同步电动机的运行原理

当定子绕组接通三相交流电时，定子绕组内的电流就会产生一个旋转磁场，旋转磁场的磁力线被鼠笼绕组切割，在鼠笼绕组中又会产生感应电流，感应电流产生的磁场与定子绕组产生的电流相互作用进而使电动机中的转子旋转起来。电动机的转子旋转之后，其速度从零慢慢增高到接近于定子绕组内的电流产生的旋转磁场的转速，此时转子磁场线圈由直流电来激发，使转子上面形成磁极，这些磁极为了跟踪定子上的旋转磁极，这样促使电动机转子的速率增加，直至与旋转磁场同步旋转。

2 同步电动机失步的危害

同步电动机可控硅励磁装置的故障有很多种，但可大致分为励磁欠励失步、过励失步两种。欠励失步的危害：同步电动机的励磁绕组严重欠励磁或失去直流励磁，转子磁场会跟不上旋转磁场，使同步电动机丧失静态稳定，脱离同步，造成电动机冒烟，造成励磁装置的损伤损坏；过励失步的危害：是由于励磁装置调节不当或故障等原因造成励磁电流增加，电动机在过励失步时，励磁系统虽有直流励磁，但励磁电流及定子绕组电流都很大并且会产生强烈的脉振，转子磁场会超前旋转磁场很多，有时还会产生电磁共振和机械共振。过励失步多数会引起电动机产生疲劳效应，使电动机内部产生暗伤，并逐步积累和发展，进而造成电动机损伤，定子绕组绑线的崩断，导线变酥，振伤线圈表面绝缘层，使其逐步由过热至烤焦、烧坏，甚至发生短路；转子环连接部分开焊变形；转子磁极的燕尾楔处松动。

3 同步电动机一般故障分析

（1）电动机开机时励磁电压、电流无输出。

分析：励磁电压电流无输出，并且无指示，应该是可控硅无触发脉冲信号，而六组脉冲电路同时无触发脉冲信号的情况，很可能是移相插件，全压插件，同步电源变压器损坏，或接触不良造成，移相给定电压或全压信号，没有加到六组脉冲电路的控制极回路上，从而六组脉冲电路没有脉冲输出导致可控硅不导通，无输出电压电流信号。

（2）磁电压高而励磁电流偏低。

分析：个别可控硅损坏或个别触发脉冲消失的缘故。个别触发脉冲消失可能是脉冲插件接触不良。开路或是触发脉冲失灵，同样会导致输出励磁电流偏低的现象。

（3）运行过程中励磁电流电压输出不稳定。

分析：引起励磁电流电压输出不稳定的原因多种多样，大致分为i 脉冲插件接触不良，使个别触发脉冲时有时无。ii 脉冲电路的电位器不牢固，使三极管工作不稳定，负反馈出现变化，使放大器工作点不稳定，进而影响可控硅主回路输出的稳定性。iii 移相电路的电位器不牢固或接触不良，使移相控制电压间歇性消失，使励磁电流电压输出产生大幅度波动。

4 LZK-3G同步电机励磁装置的应用

陕甘宁盐环定三、四泵站于2010年对原有同步电动机的励磁装置进行了更换，全部更换为先进的数字化及微电脑控制技术，操作简便，功能完善，性能稳定可靠的同步励磁装置。

LZK-3G同步电机励磁装置可以根据电动机的轻载或重载、全压或降压起动，并且能满足失步再整步的要求，投励时采用“准角强励整步”的设计原则。在满足整步的同时（即所谓的“亚同步”），电脑会自动选择最佳的投励角投励。

电动机整步时转子回路电压、电流暂态波形。对电动机滑差大小的检测，可以根据在转子回路内测取得转子电压波形，采样后，通过变换和整形，转变为方波，通过光耦隔离，输入电脑系统。针对某些转速较低，凸极转矩较强的电动机，在空载起动时，经常在尚未投励的情况下，自动进入同步。此时，将利用凸极性投励回路，在电动机到达同步后的设定时间内自动投励。投励时，先按强励设定值投励运行，之后自动恢复到正常励磁设定值运行。

LZK-3G同步电机励磁装置的失步保护，他的基本原理是利用同步电动机失步时，会在其转子回路上产生不衰减的交变电流分量，利用串接在转子励磁回路中的分流器对转子回路交变电流信号进行采样，同时根据采样信号的波形特征通过微电脑进行计数及脉宽分析，快速和准确的判断电动机是否失步。对于各种失步，无论其滑差大小，该装置均能准确动作。依据具体情况动作于跳闸。如果电动机未失步，则无论其振荡多大，该装置都不会误动作。当电动机投励后进入正常运行时，判断电动机是否失步的检测系统会自动投入。

电动机转子回路电流的若干特征波形

LZK-3G同步电机励磁装置失步后带载再整步过程。正常运行中的同步电机，经过装置的检测，判断，确认是否失步，若失步，则立即动作灭磁、异步驱动、带载再整步。LZK-3G型综合控制器中的灭磁环节，当主电路采用半控桥式整流电路时，是采用阻容快速灭磁或断励续流灭磁（或二者兼有）；当主电路采用全控桥式整流电路时，是采用逆变灭磁或阻容快速灭磁（或二者兼有）。当电机失步时，动作于灭磁，电机进入异步驱动状态，进行再整步。如果再整步不成功，启动后备保护环节，动作于跳闸。

5 结语

陕甘宁盐环定三、四泵站已新更换的同步励磁装置，并具备自动化的各种功能，可以和上位机进行通讯。通过上位机实时在线监测设备运行情况，及时发现设备故障现象及原因，保障设备正常可靠运行.

参考文献

[1] 顾绳谷.电机拖动基础[M].北京：机械工业出版社，1980：145-165.

[2] 黄俊.半导体变流技术[M].北京：机械工业出版社，1980：117-136.endprint