摘 要：直流電動機的調(diào)速方法一般來講有變電樞回路電阻調(diào)速、變電樞回路電壓調(diào)速和變磁通調(diào)速三種。當某種方案選定后，會固定其他變量而通過調(diào)節(jié)主調(diào)量來實現(xiàn)電機的調(diào)速目的。然而，當被固定的變量發(fā)生偏移或者變動時會對整個調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生調(diào)速精度下降、效率降低、電機溫升升高等不利影響，而這些干擾往往不易被察覺。文章通過生產(chǎn)實際案例分析直流電動機勵磁電流過壓引起的電機運行環(huán)境惡化及產(chǎn)生原因。

關(guān)鍵詞：直流電機；勵磁過壓；過溫；換向火花大顯示對應(yīng)的拉丁字符的拼音

中圖分類號：TM31 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）29-0082-02

1 驅(qū)動及調(diào)整改造需要

平臺泥漿泵采用的是直流電機驅(qū)動：電機型號為GE782（800 HP 750 VDC 勵磁電流50.5 A 勵磁回路100v 40-60a），調(diào)速系統(tǒng)原先是西門子的模擬電路調(diào)速。屬于20世紀70年代產(chǎn)品，因年代久系統(tǒng)故障率高，備件采購成本高且有些配件廠家已不再提供。因此，需要對原調(diào)速系統(tǒng)進行升級改造。使調(diào)速系統(tǒng)由原來的模擬控制改為數(shù)字控制。因為后者具有以下優(yōu)點：

①精度高、速度快、存儲量大，有強大的計算、調(diào)節(jié)和邏輯判斷功能，可實現(xiàn)許多過去無法實現(xiàn)的高級復(fù)雜的控制方法，從而獲得快速、精密的控制效果。

②可以在統(tǒng)一的硬件電路和基礎(chǔ)軟件上，根據(jù)現(xiàn)場需要調(diào)整軟件設(shè)計來實現(xiàn)不同的控制系統(tǒng)要求，既標準，又靈活，成本低。同時也為系統(tǒng)開發(fā)和升級提供方便，可靠性高。

③有強大的診斷、報警、數(shù)據(jù)處理及數(shù)字通信功能，為實現(xiàn)遠程控制、集中控制提供了條件。

由直流電動機的轉(zhuǎn)速公式：n=U/CeΦ-TM×（Ra+Rj）/CeCMΦ2

式中：U為電樞電壓；Ce為電動勢常數(shù)；CM為轉(zhuǎn)矩常數(shù)；TM為電磁轉(zhuǎn)矩，TM=CMΦIa；Φ=NIf磁通量；Ra為電樞電阻；Rj為電樞回路調(diào)節(jié)電阻。

可見只要改變電樞電壓U，或者改變勵磁電流If，或者調(diào)節(jié)電樞回路電阻Rj。那么轉(zhuǎn)速n都會相應(yīng)的改變。此次升級采用了現(xiàn)在比較成熟和普遍的調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速方案。

2 升級改造方案

設(shè)備升級改造的提供方從成本考慮，其解決方案是：使用小功率的直流調(diào)速器SIMOREG DC-MASTER系列6RA7018-6S22 0型。

因為泥漿泵原有電機為GE752型，額定功率800HP， 額定電壓750 VDC；勵磁電壓100 VDC，勵磁電流 50.5A。然而此型號的整流控制器功率小，不能直接驅(qū)動600v伏KP1600A型SCR，所以要在脈沖觸發(fā)電路上增加功率放大環(huán)節(jié)。實際的接線如圖1所示。

3 改造后出現(xiàn)的問題

在系統(tǒng)投入運行一段時間后，我們發(fā)現(xiàn)泥漿泵電機出現(xiàn)以下問題：

①電機電樞鐵心過溫，用紅外溫槍測試，在正常負荷下溫度85～93℃。

②電動機發(fā)生過燒毀，經(jīng)檢測是勵磁繞組斷相。

③運行時換向器火花大，換向器表面有比較嚴重的燒蝕；

④碳刷磨損速度快，正常鉆井生產(chǎn)平均20d左右更換一次碳刷。

⑤電機啟動沖擊大，電機傳動軸發(fā)生疲勞剪斷。

4 分析問題原因

然而，對比改造前后的工作環(huán)境（負載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速）和電機都沒有變化，冷卻風(fēng)機的風(fēng)壓和風(fēng)量也沒有變化。問題應(yīng)該出在整流調(diào)速系統(tǒng)上。經(jīng)檢測我們發(fā)現(xiàn)整流調(diào)速器柜上的電量儀表讀數(shù)與實際值差別很大，尤其是勵磁電流，表上顯示是50A但實際值是62.5A，相差很大。為什么會有這么大的差別呢？對照推薦接線圖和實際設(shè)計接線圖，能夠發(fā)現(xiàn)因為電壓不同驅(qū)動的SCR，為了“小馬拉大車”在實際設(shè)計中增加了用戶自己制作的驅(qū)動放大板和勵磁整流部分，這與原廠的設(shè)備匹配會存有差異。而如果還采用原先的整流器板載儀表驅(qū)動電路，那么一定會有現(xiàn)實上的誤差。以勵磁電流表為例，勵磁電流表的顯示值通過圖2所示計算得出。因為改造后所采集到的基值不精確，比例值和偏移值的設(shè)置誤差，使輸出結(jié)果不能真實反映現(xiàn)實的勵磁電流。

如果以此值作為優(yōu)化系統(tǒng)、設(shè)定和調(diào)整的依據(jù)，那么必然出現(xiàn)誤差使電動機工作在非額定狀態(tài)——過勵磁運行。電機工作在過勵磁電流下就會出現(xiàn)上述的一些列問題：

①電機過熱。因為勵磁繞組的電阻熱Q=If2Rf（If勵磁電流Rf勵磁繞組電阻），當勵磁電流增大時，產(chǎn)生的電阻熱增加，電動機的溫升升高。當持續(xù)溫升大于電機的散熱時，電機出現(xiàn)熱絕緣疲勞，嚴重時因為過熱絕緣擊穿最終燒毀。另一方面，勵磁電流過大，鐵心過飽和，部分磁力線要通過電機外殼等構(gòu)成回路，使機殼因渦流產(chǎn)熱，使電機溫度進一步升高。

②碳刷磨損快，換向器表面火花點蝕嚴重。勵磁電流過大以及交軸電樞反應(yīng)現(xiàn)象增強的共同作用，使換向電流火花變大。在換向器表面產(chǎn)生的火花燒灼換向器，使換向器表面產(chǎn)生很多的點蝕降低換向器表面的光潔度，反過來粗糙的換向器表面增加了對碳刷的磨損。

大勵磁電流產(chǎn)生的電火花，也使得碳刷的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，耐磨度降低。

③啟動沖擊大。電動機的轉(zhuǎn)矩：TM=T2+T0= TM=CMΦIa

式中：T2 為負載轉(zhuǎn)矩，T0為空載轉(zhuǎn)矩。當勵磁電流增大時磁通量增加，電動機的轉(zhuǎn)矩增加轉(zhuǎn)速降低，在啟動時電磁轉(zhuǎn)矩除了克服負載轉(zhuǎn)矩和空載轉(zhuǎn)矩外，所余用來使系統(tǒng)加速。即TM=T2+T0+J×dΩ/dt（式中，J為轉(zhuǎn)動慣量，dΩ/dt為角加速度）。可見當勵磁電流增大時，電磁轉(zhuǎn)矩增大，而在啟動時負載轉(zhuǎn)矩很小，電磁轉(zhuǎn)矩主要轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)的加速上了，所以啟動時的沖擊力很大，電機輸出軸上承受很大的剪力，時間久了就會出現(xiàn)疲勞損傷。

3 結(jié) 語

找到使電動機工作環(huán)境惡化的原因和產(chǎn)生不良后果的理論分析，我們將原先的勵磁電流表，改成在勵磁回路串接分流器直接驅(qū)動直流電流表，并重新校準勵磁電流和重新做系統(tǒng)優(yōu)化。經(jīng)調(diào)整后開機試驗電機工作平穩(wěn)。后經(jīng)長時間工作檢驗，換向器火花明顯減小，碳刷使用壽命顯著延長，電擊溫升穩(wěn)定在正常范圍內(nèi)。前期的問題得到了有效解決。

參考文獻：

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