有关无刷励磁同步电动机的启动失败问题讨论

吴建中

摘要：无刷励磁同步电机是当前一种新型的电机，其在无电刷滑环结构方面也具有显著的优势，并且还具有可靠性等的特点。然而无刷励磁同步电动机的励磁结构比较复杂，容易造成同步电动机启动失败和运行异常。基于此，本文通过实例对无刷励磁同步电动机的启动失败问题进行讨论。

关键词：启动；无刷励磁同步电机；故障

某无刷励磁同步电动机空载试车，启动中伴随有剧烈振动和巨大声响，电机转速达到额定转速的一半左右时不再加速，启动持续长达15秒后电动机微机保护装置的启动超时动作跳闸。后经多次启动，故障依然存在，且故障现象相同。本文由此进行相关论述。

一、无刷励磁同步电机启动失败故障查找和解决

启动电机前进行盘车无异常，电机处于单机试车，机械负载也不会影响到电机转子加速。查同步电动机的电源电压，启动前10kV系统电压为10.3kV，整个启动过程系统电压最低9.5kV，电源电压满足电机的启动条件，不影响电机的启动。对同步电动机进行检查，测量电机定子绕组相间、对地绝缘为1000MΩ，电机转子绕组对地绝缘500MΩ均正常。电机转子绕组直阻0.4Ω，灭磁电阻2.0Ω，符合设计要求。检查旋转整流器的整流模块时，发现使用万用表二极管档测量A相的晶闸管已经击穿，其他B、C相晶闸管以及A、B、C相的二极管都正常。更换击穿的晶闸管，并按照厂家的技术要求做了相应的调试试验记录。

检修之后，启动同步电动机时，电机平稳加速并且很快进入亚同步状态，励磁投励之后电机顺利的进入同步运行状态，电机的整个启动过程中振动和声音均正常。

静态小电流通电试验接线示意图：采用三相调压器模拟交流励磁机，为旋转整流盘提供工作电源。为了使整流桥输出为小电流，在灭磁电阻支路中串联一电灯BD2，在整流桥输出至电机转子回路中串联一电灯BD1（旋转整流盘单独测试时，可不接电机转子绕组，电灯直接连至整流桥输出正、负极上）。下述试验时，三相调压器副边线电压调至40V～100V（不超过交流励磁机的额定输出电压，一般可从小到大逐步试验）。

自动投励性能检测，合刀闸K1，经10～12秒左右，BD1灯亮，整流桥电压波形为全波整流波形。

KQ开通、关断性能检测，电机启动期间，KQ应导通，旋转整流盘投励后，KQ应由导通转为关断。

K1断开后，将二极管D1按试验接线图与C（或A、或B）相可控硅并联，合刀闸K1，BD2、BD1灯全为半亮，整流桥波形为失控波形，经10～12秒左右，控制模块自动投励，BD1由半亮转为亮，BD2由半亮转为灭，整流桥波形为全波整流波形。用短接线短接二极管ZQ的两端，BD2、BD1灯转为半亮，整流桥波形为失控波形。

二、无刷励磁同步电机启动失败原因分析

该同步电动机采用异步直接启动，依靠安装在转子磁极上的鼠笼导条产生异步转矩，当定子绕组接入电网后，在气隙中产生旋转磁场，转子的鼠笼导条中产生感应电流，此电流与旋转磁场相互作用产生异步转矩，使转子转动并加速。待机组转速达到亚同步转速时，将励磁绕组通入直流电流，使转子产生励磁磁场，定子磁场与转子磁场相互吸引而产生同步转矩，把转子牵入同步。因此，同步电动机的启动过程分为静止加速到亚同步转速的异步启动过程和从亚同步转速加速到同步转速的牵入过程。

在异步启动过程中，励磁绕组不允许直接通入勵磁电流，否则会增加定子绕组的损耗和发热，严重时会产生堵转和剧烈振动；但励磁绕组也不允许开路，因为启动瞬间和低转速时，可能在励磁回路中产生高电压破坏励磁绕组绝缘。随着转子转速的升高，励磁回路中的电压逐渐降低，接近亚同步转速时，电压已降到很低。这时才允许将励磁绕组通入励磁电流，所以异步启动过程中，必须将励磁绕组短路。

在异步启动过程中，存在着由鼠笼导条产生的异步转矩Mz和励磁绕组闭合产生的反向单轴转矩Mp。将鼠笼导条所产生的异步转矩与单轴转矩相加，即得异步启动过程中的合成转矩M。当励磁回路中没有串电阻或串入的电阻太小时，电动机的合成转矩将在转差率S=0.5时产生最小转矩Mmin。如果负载阻力矩大于或等于电动机最小合成转矩Mmin时，电动机停在额定转速一半的附近不能继续加速。为了限制单轴转矩对启动的不利影响，往往在励磁绕组中串入3—l0倍于励磁绕组电阻的附加电阻来限制单轴转矩。由于本次故障中旋转整流器的晶闸管击穿，使得电机异步启动时附加电阻RF被旁路短接，励磁绕组闭合后产生的单轴转矩没有加以限制，才使得电机转速达到一半时启动转矩变小造成启动失败。

三、小结

综上所述，本文对一起无刷励磁同步电机启动失败的故障进行查找和解决，并对其启动失败的原因进行了分析。无刷励磁的旋转整流器由电力电子元件组成且容易损坏，使用单位应准备充足的备件，同时要特别注意旋转整流器故障后产生的单轴转矩的不利影响，以免造成启动失败。

参考文献：

[1]张常在.自并励在同步发电机励磁系统的应用[J].中国电力教育，2010（S1）.

[2]刘业胜.无刷励磁系统旋转二极管监测方法及其适用性分析[J].电工技术，2010（03）.

（作者单位：广东茂化建集团有限公司）