【摘要】繞線式轉(zhuǎn)子異步電動機在轉(zhuǎn)子回路串接三相電阻，當改變電阻數(shù)值時可以實現(xiàn)電機的調(diào)速。這種方法設備簡單、投資少、維護容易，但轉(zhuǎn)子電阻上消耗大量的電功率，調(diào)節(jié)性能較差，利用串級調(diào)速具有效率高、調(diào)節(jié)方便等特點，在工業(yè)現(xiàn)場中應用較多。串級調(diào)速的電路主要由主電路、控制線路和保護線路組成。故障主要結合企業(yè)實際線路進行分析排除。

【關鍵詞】串級調(diào)速 原理 故障分析

一、串級調(diào)速的基本原理

可控硅串級調(diào)速是在電動機轉(zhuǎn)子回路串一可變電勢，通過改變電勢的大小進行調(diào)速，電動機的轉(zhuǎn)子功率經(jīng)過可控有源逆變器，變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻率的交流電能，將轉(zhuǎn)差功率返回電網(wǎng)，因此效率高。其基本原理如下：先將異步電機的轉(zhuǎn)子電壓經(jīng)過三相橋式整流，整成直流（Ud），再在直流側串入一個與其相反的直流電勢（Uβ），Uβ是由可控硅有源逆變器產(chǎn)生，通過改變逆變器的逆變角p來改變Uβ的大小，從而達到調(diào)速與節(jié)能目的。

二、GKGJA型串級調(diào)速裝置的結構及原理

1、結構

本裝置由可控硅整流器、逆變器、電抗器、頻敏變阻器、觸發(fā)器、保護部份等組成，主電路見圖1。

2、各部份工作原理簡述

（1）整流器由可控硅串級調(diào)速電氣原理圖所示，GZ1～GZ6組成三相整流橋，將電機轉(zhuǎn)子交流電壓變?yōu)橹绷麟妷篣d，作為可控硅逆變壓器的直流電源。整流器正極經(jīng)平波電抗器接電機定子零線，整流器負極接逆變器陰極。

（2）逆變器KGZ1～KGZ3組成三相零式逆變器，陽極分別接三相交流電壓，陰極接整流器陽極，通過觸發(fā)脈沖控制，改變了逆變角p的大小，就可改變逆變器電壓Uβ的大小，從而達到調(diào)速的目的；當逆變電壓增加時，回路電流Id減少，電動機的轉(zhuǎn)子電流亦相應減少，電磁力矩小于機械阻力矩，電機減速，轉(zhuǎn)差率S增加，直至電磁力矩與機械阻力矩相平衡；反之，Ub減小，Id增大，電動機轉(zhuǎn)速增加。

（3）平波電抗器平波電抗器DL在串調(diào)系統(tǒng)中的作用是保證小電流時連續(xù)，限制Δi/Δt電流上升率，使系統(tǒng)工作可靠。本裝置的平波電抗器采用擺動式電抗器，當電流增大時，鐵芯飽和，電感減小。

（4）頻敏變阻器頻敏變阻器BL作限制起動電流用。當1C吸合時，BL接入，電機起動，經(jīng)過延時，電機加速至接近異步轉(zhuǎn)速，此時轉(zhuǎn)子電壓頻率很低，4C或3C吸合，串調(diào)或異步運行。

（5）觸發(fā)器本裝置可控硅觸發(fā)模塊密封成一個模塊，功能接線如圖2。

（6）保護環(huán)節(jié)在逆變器三相進線設有C110～C112、R110～R112組成的阻容吸收保護，吸收電網(wǎng)操作過電壓，壓敏電阻YR1～YR3作為浪涌電壓吸收，吸收過電壓的峰值。

三、觸發(fā)模塊的原理分析

我們將其解剖，發(fā)現(xiàn)其電路簡單、巧妙。它采用單相電源即可列相出三相同步信號，來直接觸發(fā)主回路的三個可控硅，使用很方便。其電路如圖3。

電源變壓器T1經(jīng)橋式整流、濾波作觸發(fā)模塊放大電路電源。變壓器T2是阻容移相橋的供電電源，移相原理見圖4。

變壓器T2次級電壓相量UAB為常數(shù)，電阻兩端電壓量UAD和電容兩端電壓相量UDB互成90°，所以D點的軌跡是半圓，DO為半徑，改變電阻的大小，DO的相位就發(fā)生變化。將移相橋的輸出端DO接隔離變壓器T3，T3的副邊經(jīng)列相，將單相電源分成對稱的三相電源，此三相電源作觸發(fā)模塊的同步信號，將同步信號經(jīng)過V4～V9、R2進行整形放大，在輸出端7、8、9便可得到供可控硅門極的三個互差120°的寬脈沖，調(diào)節(jié)移相橋的電阻，輸出脈沖可在要求的范圍內(nèi)進行移相。為了閉環(huán)控制方便，將接電阻的兩點間接一橋式整流，整流橋的輸出端接可變電阻或晶體三極管，用晶體三極管代替可變電阻能使觸發(fā)模塊方便地用電信號進行控制。

四、故障分析和排除

1、起動投調(diào)速后，電機轉(zhuǎn)速下降，調(diào)節(jié)失控。

因起動時，電機運轉(zhuǎn)正常，只是切換至調(diào)速后，出現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速下降，故可判斷為觸發(fā)模塊工作不正常。

重點檢查觸發(fā)電路，測量模塊的輸入電壓為220V，正常；測量觸發(fā)模塊的輸出電壓為零，說明觸發(fā)模塊沒有工作。

經(jīng)拆開模塊檢查，通過靜態(tài)測量，發(fā)現(xiàn)電源變壓器T1損壞，造成模塊工作電源消失，沒有輸出電壓。

2、起動并投調(diào)速后過流動作跳閘，保護停機本故障出現(xiàn)較多，其原因也較多，分析如下：

（1）可控硅損壞?？煽毓钃p壞后一般會引起快速熔斷器熔斷，但如果未熔斷時，就會引起GLJ動作停機，通過測量可控硅的陰、陽兩極的電阻，就可判斷出可控硅的好壞。

（2）觸發(fā)回路接觸不良。本故障出現(xiàn)較多，如果觸發(fā)回路接觸不良，將會引起各觸發(fā)信號錯亂，可控硅導通角發(fā)生錯亂，引起逆變失敗，從而引發(fā)過流動作。

對于這故障，可以采用送上控制電源后，測量模塊輸出端到可控硅輸入端的線路壓降就可以反映線路的接觸情況，正常電壓應為零，故障時會有一定電壓。在本裝置中，因觸發(fā)信號經(jīng)過穿心螺栓引入另一面的可控硅；由于該裝置放曝氣池附近，受曝氣池潮濕、腐蝕空氣的影響，長時間的作用下，螺栓易生銹而產(chǎn)生接觸不良，處理后正常。

（3）觸發(fā)模塊損壞。觸發(fā)模塊損壞后，將會引起某一相可控硅全導通，引起過流動作；模塊內(nèi)一般是三極管V5、V7、V9中某一個或多個擊穿引起可控硅某一相或多相全導通，引起直流電流大造成GLJ動作，通過靜態(tài)測量來找出損壞的三極管更換即可。

3、起動后電動機電流偏大，投調(diào)速時發(fā)現(xiàn)直流電壓不隨直流電流而改變。

起動電機并投調(diào)速后，發(fā)現(xiàn)直流電壓表為滿偏，直流電流為60A，測量自動開關ZK下面的輸入交流電流為75A，比額定值略大，調(diào)節(jié)調(diào)速電位器RP時，發(fā)現(xiàn)直流電流增加，但直流電壓不下降，后檢查電動機，發(fā)現(xiàn)電動機并沒有轉(zhuǎn)動！仔細檢查各交流接觸器的觸頭后，發(fā)現(xiàn)為定子主回路交流接觸器2C有一相觸頭接觸不良，造成定子繞組跑單相，而電機負載較大，無法起動。因電機控制裝置離電機較遠，操作人員不能及時發(fā)現(xiàn)，還以為是調(diào)速裝置有故障。

為什么出現(xiàn)跑單相時，會引起這種現(xiàn)象呢？

電動機跑單相堵轉(zhuǎn)時，電機轉(zhuǎn)差率為1，頻敏變阻器工作在頻率高、阻抗大的狀態(tài)下，電機定子電流增加不大，熱繼電器不能迅速工作，這時電機的定、轉(zhuǎn)子繞組，相當于變壓器初、次級繞組，轉(zhuǎn)子繞組的交流電壓經(jīng)過整流器GZ1～GZ6整流后的直流電壓為一定值，這時調(diào)節(jié)調(diào)速電位器時，當然會產(chǎn)生直流電流上升而直流電壓不下降的現(xiàn)象。而當時測量輸入端的交流電流的方法不對，沒有考慮逆變器的影響，因逆變時交流接觸器5C閉合，和電機定子繞組并聯(lián)，把轉(zhuǎn)子電壓逆變回電網(wǎng)，會使各相均有電流流過，并不反映電動機有無缺相，應直接測量電動機定子繞組的電流。

4、電機滑環(huán)易發(fā)生燒壞

本故障主要為電機長時間運轉(zhuǎn)（一般為24小時運轉(zhuǎn)），碳粉積集在滑環(huán)、碳刷架上引起絕緣下降造成短路。尤其是電機在速度較低下運行時，因轉(zhuǎn)差率較大，這時轉(zhuǎn)子繞組感應的電壓較高，易擊穿短路，在潮濕的天氣更厲害；輕者可以見到碳刷架上碳粉在冒火，重者將滑環(huán)、碳刷架燒壞。通過將原銅質(zhì)滑環(huán)更換成鋼質(zhì)滑環(huán)減少磨損，將D201型碳刷改為較難磨損的J201型碳刷，平時加強檢查和保養(yǎng)，解決了該問題。

5、運行中頻敏變阻器燒壞

頻敏變阻器BL僅在電機啟動時使用，平時不通電，一般不會燒壞，除非多次啟動過程燒壞，但現(xiàn)在是在運行中燒壞，說明控制線路有故障；經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)控制線路中的中間繼電器ZJ線圈已開路。在正常運行工作狀態(tài)中間繼電器ZJ是通電工作的，并通過其輔助觸點斷開控制頻敏變阻器BL的交流接觸器1C，使得頻敏變阻器在起動完畢后撤出工作狀態(tài)。若在運行中，中間繼電器ZJ線圈回路斷開，使得ZJ失電導致1C接通，頻敏變阻器投入長期工作，因頻敏變阻器設計是短時工作制的，長時間通電必然造成過熱燒壞。

五、總結

通過以上分析增強了檢修中的針對性，提高了檢修效率，可控硅串級調(diào)速裝置運轉(zhuǎn)正常，其效率高，節(jié)約了大量電費，取得了很好的經(jīng)濟效益。