无刷同步电动机微机励磁装置过励报警故障处理

(河南能源化工集团 安化公司，河南 安阳 455133)



无刷同步电动机微机励磁装置过励报警故障处理

许江鑫

(河南能源化工集团 安化公司，河南 安阳 455133)

介绍了6 kV、3 300 kW无刷同步电动机在运行过程中微机励磁装置多次出现过励限制报警的故障现象，通过对静态励磁系统和旋转励磁系统进行排查，发现了故障问题并进行了处理。

无刷同步电动机 ； 励磁装置 ； 过励限制 ； 处理方法

0 前言

河南能源化工集团安化公司主要产品乙二醇，年生产能力为20万t，其外围配套项目九龙站6 kV高压室和净化PSA高压配电室，分别带有5台3 300 kW水煤气压缩机和3台1 800 kW氢气压缩机，在生产运行过程中，净化6 kV、3 300 kW水煤气无刷同步电动机微机励磁装置多次发生过励限制报警故障，一旦出现报警故障，励磁系统控制柜只能调节为手动恒定的励磁电流调节，才能消除报警故障，无法实现双闭环励磁调节方式，所以就无法保证同步电机出现的超额运行及轻载运行的稳定性，对设备的安全运行造成一定的隐患。

1 无刷励磁同步机出现故障的排查及测试

1.1静态励磁装置的排查和测试情况

①在水煤气压缩机停机状态下，断开励磁装置双路AC380 V输入电源。利用万用表测量功率单元内的三相整流桥模块-V1，绝缘栅双极晶闸管模块-V2、-V3，检查确认各二极管及绝缘栅双极型晶体管参数正常。其中二极管的测试方法较为简单，检查绝缘栅双极晶闸管的好坏时，首先将万用表拨在R×10 kΩ档位，用黑表笔接绝缘栅双极晶闸管的集电极，红表笔接绝缘栅双极晶闸管的发射极，此时万用表的指针在零位，此时用手指同时触及一下栅极和集电极，这时绝缘栅双极晶闸管被触发导通，万用表的指针摆向阻值较小的方向，并能保持住指示在某一位置，然后再用手指同时触及一下栅极和发射极，这时绝缘栅双极晶闸管被阻断，万用表的指针回零，即可判断绝缘栅双极晶闸管完好。②用万用表测试其它电器元件，检查、测试好坏。③排除硬件故障的情况后，恢复励磁柜系统的交流供电电源，检查人机界面的触控面板有无故障报警信号，然后进入静态励磁系统操作显示主画面，对各配置参数进行核对，检查参数有无改动或丢失情况。④将微机励磁装置上调试/工作位置打到调试位置，静态励磁开始工作，调试到手动控制模式，用控制柜上增磁、减磁按钮开关，分别进行增磁和减磁试验，检查励磁电流表的指示是否正常。

1.2旋转励磁系统的检查和测试情况

①旋转励磁系统主要有选装整流盘体、主控制模块、整流功率模块、启动功率模块、电阻模块。主控模块是整流器的核心控制器，是完成电动机投励，输出触发脉冲，开通功率模块并控制启动模块对启动电阻的投入与切除。整流功率模块是整流器的整流器件，将交流励磁机发出的交流电经整流向主电机转子绕组提供励磁。启动功率模块在电机异步驱动过程中，投入启动电阻，改善主电机异步驱动力矩，实现电机平稳迅速无脉振启动，并通过控制模块完成，启动电阻的自动退出，无刷同步机旋转励磁系统电气原理图如图1所示。

由图1可知，静态励磁装置输出的励磁电流供给同步电机同轴安装的交流励磁机的定子励磁绕组，同步机在异步启动过程中，交流励磁机通过自身的旋转电枢式结构，使转子电枢切割定子磁场，产生三相对称交流电，经过硅整流管整流后送入同步电机的转子励磁绕组上，作为同步机的励磁电流。图1中的主控制模块是核心控制器，该模块电子器件采用环氧树脂全密封结构；启动模块是由二极管和可控硅反并联组成，用于电机异步启动过程中投入和切除8个灭磁电阻的装置；3块三相半控桥功率模块由三组完全相同的可控硅和二极管串联组成，启动模块和整流模块的触发脉冲主要由主控模块供给。在检查之前，首先办理好各种检修工作票及做好安全措施后，打开现场励磁机的后盖，用万用表按顺序依次测试各模块的各项参数。

2 旋转励磁系统各模块的测试数据

主控模块、整流模块、启动模块的测试情况如下。

2.1主控模块的测试

主控模块的电阻测量数据如表1所示。

表1 主控模块的电阻测量数据

2.2整流模块和启动模块的测试

整流模块、启动模块可控硅(T1、T2、T3、T4)测量数据均大于0.5 MΩ，测试时应解开转子处接线，红笔代表阳极，黑笔代表阴极。

其中可控硅T1、T2、T3分别与二极管D1、D2、D3组成三个整流模块(ZL)。可控硅T4和二极管D4组成一个起动模块(QD)。

在序号1、2、3测量时，如果读数有问题应解开交流励磁机输入至整流盘接线(A、B、C)，再次分别测量确认问题所在。整流模块、启动模块二极管(D1、D2、D3、D4)的测量数据读数均为0.28 V，测试时应解开转子处接线，红笔代表阳极，黑笔代表阴极。

序号1、2、3测量时如有问题应解开交流励磁机输入至整流盘接线(A、B、C)，再次分别测量确认问题所在。

通过以上对各模块的可控硅、二极管的测量，可以确认元件的好坏。

2.3灭磁电阻的测试

灭磁电阻常规的安装方式是安装在转子支架上面，由8个电阻串联组成，电阻一端接启动模块的中心接线柱，另一端接2#母排，并在靠近2#母排端取一个电阻作为采样信号，连接到主控模块9#端子，通过短接L1、L2，用500 V摇表测量L1对地绝缘，测试时应>5 MΩ为正常值。

3 无刷励磁同步机检查结果

通过以上的测试方法，在逐个测试过程中发现B相整流模块的可控硅阻值偏差较大，随即对整流模块的门极接线进行检查，发现门极引脚根部出现松动情况，并且出现轻微裂纹痕迹，导致同步机在运行过程中B相触发脉冲丢失。此时整流桥的输出电压波形出现缺相情况，从而使整流桥的输出励磁电压平均值减小，因此运行的同步机在恒定的负荷下运行，励磁电流的突然减小必将引起同步机定子电流的增大和功率因数稍微滞后。同步电动机的励磁系统为了保证电机功率因数保持超前，就强制励磁系统输出一个较高的电流值，同时旋转整流后的转子励磁电流也会增大，从而抑制了电机定子电流的增大，保证了电机不至于失步。在静态励磁系统发出强励信号时，也启动了强励计时，如果在计时时间里电机恢复正常，则系统不会报任何故障，如果强励时间到，触发脉冲没有恢复，则这时静态励磁系统就会锁定可控硅的初始触发角，同时在励磁柜触摸屏上显示过励限制故障。

4 无刷励磁同步机检查结果的处理方法

通过上述检查结果已经清楚地判断出是整流模块的故障后，需要用相同型号的整流功率模块进行更换，并对其它整流模块的可控硅门极进行检查、接线紧固后，恢复励磁机后盖，进行通电试运行，在空载运行下，让电机运行1 h，密切观察励磁机和电机电流变化情况，一切平稳运行后对同步电动机进行带负荷运行，在运行过程中，观察励磁电压、励磁电流、电机定子电流数据，未发现异常情况。

5 总结

从同步电动机励磁柜报故障的情况，通过故障分析及处理，从中得到了许多无刷励磁系统的知识及各种模块的检测方法，同步电动机在停车检修过程中，不仅要检查电机外部器件，还要检查旋转整流部分，特别是对各个模块的接线、引脚等薄弱环节进行细致的检查，因为这些模块的接线都在旋转整流盘上随电机一直在旋转运行，不断受到旋转离心力的作用，难免出现接线松动及接线柱老化受损等情况，一旦出现过励等故障情况，电机的定子电流会首先增大，造成高温发热情况，这样对同步机的定子线圈的绝缘危害很大，另外过励对励磁机的励磁绕组和同步机的转子绕组也有一定的危害作用，因此在无刷励磁同步机的日常维护过程中，旋转励磁机内各模块的维护和保养尤为重要。

深圳先进院研发出新型低成本双碳钾离子电池技术

近日，中国科学院深圳先进技术研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究员唐永炳及其研究团队成功研发出了一种新型高性能、低成本双碳钾离子电池。

锂离子电池已广泛应用于便携式电子设备、储能设备等领域。但随着锂离子电池逐渐应用于智能手机、电动汽车等领域，锂的需求量逐年快速增长，而锂的全球储量又十分有限且分布不均，造成原材料价格上涨迅猛，严重制约了我国低成本、高性能储能器件领域的快速发展。钾元素由于具有和锂相似的物理化学性质，且其储量丰富，成本低廉，且与钠相比具有更低的氧化还原电位，使得基于钾离子的二次电池体系受到广泛关注。此外，近年来，双碳电池由于其正负极都采用环保廉价的石墨材料，具有成本低廉、工作电压高等优势，受到业界广泛关注。

结合钾离子电池与双碳电池各自的优点，唐永炳及其团队成员季必发、张帆等人成功研发出一种新型高性能、低成本、环保友好的双碳钾离子电池。该电池采用中间相碳微球为负极，膨胀石墨作为正极；电解液采用廉价易得的六氟磷酸钾作为钾盐电解质溶于有机溶剂中。其反应机理为：充电时，电解液中的钾离子运动到中间相碳微球负极表面，并嵌入石墨层中，同时六氟磷酸根阴离子插层到正极石墨中；放电时，钾离子从负极石墨层中脱出，同时正极石墨中的六氟磷酸根脱嵌回到电解液中。

研究表明，该新型廉价双碳钾离子电池的放电中值电压高达4.5 V，单个纽扣电池就能同时点亮两颗LED灯，并且电池充放电循环100圈后，容量几乎没有衰减，使得其可以满足高电压器件的要求。相对于现有传统锂离子电池技术，该新型电池将大幅降低生产成本，还具有环保友好、安全性高、能量密度相对较高等优点，因此在大规模可再生清洁能源储存、通讯备用电源等领域具有广泛的应用前景。

2017-03-27

许江鑫(1986-)，男，助理工程师，从事电气管理与维修工作，电话：18238567828，E-mail：xujiangxin86@163.com。

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