浅谈无刷励磁同步电动机在选矿厂应用分析

胡志祥

（云南华联锌铟股份有限公司，云南 文山 663701）

社会经济在不断发展与进步，根据同步电机的励磁方式不同，将其分为有刷同步电机与无刷同步电机。无刷励磁的优点是：结构紧凑，运行可靠等。当前大型的进口同步电机励磁和调节控制系统都比较复杂。国内工矿企业多选择无刷励磁控制系统，当前同步电机的运用广泛，已成为国内大型软启动厂家的助攻方向。云南华联锌铟股份有限公司新田选矿车间共有4台球磨机分别应用在四个工段，每个工段由一台球磨机来实现矿物的解离，其中一段磨机（半自磨机）由TMW2600-30/2860型同步电动机带动磨机筒体运转，二段磨机（溢流磨机）TMW3500-30/2860型同步电动机带动磨机筒体旋转。三段磨机（中矿磨）由TDMK630-30同步电机带动磨机筒体运转，四段磨（次精矿磨机）采用YRKK500-6型异步10kV电机拖动。同步电机在重负荷低转速要求的选矿厂应用较好。

1 同步电动机的简介与工作原理

常用的交流电机分为感应电机和同步电机，其特点是：当同步电机处于稳态运行时，n=ns=60f/p是转子的转速和电网频率之间存在的关系式，同步转速表示为ns。如果电网的频率不改变，则当同步电机处于稳态运行时，同步电机的转速恒为常数，并且与负载的大小无关，同步电机又被分为两类：同步电动机与同步发电机[1，2]。

三相同步电动机定子与异步机定子结构基本相同，而转子主要由主磁极、励磁绕组、磁轭、集电环、转轴等装置组成，所以也适用于异步启动。凸极式同步电机因其转子上有明显突出的磁极，气隙不均匀，极弧下气隙小，极间部分气隙大，转子呈扁平的盘装，故适应于低速运转[3-5]。

2 同步电动机的运行控制方式

正常情况下同步电机的主要运行方式分为三种：作为补偿机、发电机和电动机运行，现在新田车间球磨机是10kV电源直接驱动点机恒速运行的电动机运行方式。对恒速运行，通过PLC控制柜，也可通过DCS（车间规定：一、二段磨由中控室操作员用DCS系统启、停操作），甚至在紧急情况下手动操作断路器，电机将在10kV母线上直接起动。当直接起动断路器闭合后，励磁控制装置将在预先设定的时间内自动施加励磁，将电机牵入同步。电机达到同步后，通过啮合离合器来起动磨机。通过断开离合器来使磨机停止，但电机将继续运行以备磨机下次被起动。通过断开恒速断路器，使电机单独停转。通过同时立即断开恒速断路器和打开离合器来实现紧急停车，磨机将在没有电机惯性下较快停止。如果保持离合器断开，电机将由于摩擦力慢慢停止。

车间同步电动机采用WKLF-400系列微机控制同步电动机励磁系统，Excitrol-400型励磁调节器是同步电动机的核心控制单元，WKLF-402被视为该系列的标准型产品型号，将给该系统配置双套Excitrol-400励磁调节器，这样一来，就具有双套调节器自动跟踪功能，还有故障自动切换的功能。在新田使用过程中选配的是双套功率单元，主通道功率单元故障能自动切换至备用通道。

同步电动机还有一个重要的功能就是无功补偿，提高电网的功率因数。所以，当正常励磁电流小于直流励磁电流时，电流励磁过剩，在交流方面不需要电源去供电，向电网发出点感性电流，同时发出电感性无功功率，补偿了电网附近电感性负载的需要。这就使整个电网的功率因数有所提高，为此新田车间的10kV级补偿功率因数均保持在0.9以上。

图1 功率特性图

3 同步电动机励磁装置常见失步的危害

3.1 同步电机的失励失步

由于励磁系统的种种原因失去励磁或严重欠励磁，使同步电动机失去静态稳定，滑出同步，称为失励失步。（如图）

同步电机失励失步的现象：

（1）同步电机丢转不明显，没有异常声音。其定子过流较小。

（2）同步电机有时表计显示很大的电流值 。

（3）同步电机产生高压，并且造成励磁装置主回路元件的损坏。

同步电机失励失步造成的后果不容易及时的被发现，因未得到及时处理成为电机内部短路故障，从而烧毁电机，并且还能够引起励磁装置中的灭磁电阻过热而烧断，致使转子开路，过电压打坏转子绝缘烧毁电机等。

3.2 同步电机的带励失步

电机带有正常或接近正常的直流励磁，而转子磁场却不同步的开步运行状态；称为带励失步。引起因素;

（1）相邻母线短路引起母线电压大幅度降低，近处大型机组或机组群瞬间启动引起母线电压长时间大幅度的降低。

（2）在电机的启动过程中，如果励磁系统过早投入励磁，即：电机在启动过程中滑差没有进入临界时就投入励磁，此时由定子产生的磁场还不足以拉动转子磁极，反而会产生失步。

（3）在电机的运行中电机短时间内欠励磁或失励磁都将会引起失励失步，又会从失励失步过度到带励失步。

（4）当供电线路遭受雷击避雷器动作、负载突曾等。

带励失步对电机的伤害主要有：定子脉震会导致定子绕组的导线崩断，导线崩断使绕组表面绝缘层被震伤，因为过热造成烤焦、烧坏、短路、定子铁芯松动，因此运行中的噪音不断增大。另外还会使转子励磁绕组接头处产生裂纹、开焊、局部过热烤焦绝缘，转子磁极的燕尾镶松动退出。转子线圈绝缘损伤，风叶断裂。

3.3 断电失步

供电系统出现故障，将会引起供电线路自动重合闸ZCH装置，或者备用电源投入BZT装置动作，人工切换电源等，导致同步电机的供电电源短暂中断，从而造成失步现象。这种现象被称为：断电失步。

同步电机一般都是超前运行的模式，电源突然中断，在短时间里，母线的电压成螺旋型变化，电网内的电压频率，随着同步电机的转速下降逐渐降低，可控硅的开通角度随之增大，导致了励磁电压的提高，因此母线电压幅值相应提高。

4 结语

新田车间三台同步电机采用WKLF-400系列微机控制同步电动机励磁系统，具有完善可靠的带励失步、失励失步保护装置，保证电机在发生带励失步时，快速动作，保护电动机。使电机免受损伤，在电机失步后，可根据现场工况选择跳闸停机，或不停机带载自动再整步，当采用不停机带载自动再整步数秒钟，不损伤电机，不必减负载，并设有备用保护环节，以保证电动的安全运行。同步电机运行三年来未产生失步故障，同步电机应用良好。