楊仟

摘 要：結(jié)合某水利泵站中的立式軸流泵配同步電動(dòng)機(jī)為例進(jìn)行分析。目前這種配置在水利泵站中得到廣泛應(yīng)用，但在機(jī)組投運(yùn)時(shí)，往往失步跳閘，在運(yùn)行中或者常規(guī)交直流耐壓試驗(yàn)時(shí)，電機(jī)線圈被擊穿等故障常有發(fā)生?；诖?，本文闡述了同步電動(dòng)機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)的區(qū)別以及水利泵站同步電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)故障及其原因進(jìn)行，對(duì)同步電動(dòng)機(jī)中可控硅勵(lì)磁裝置與微機(jī)勵(lì)磁裝置的應(yīng)用進(jìn)行了探討分析。

關(guān)鍵詞：同步電動(dòng)機(jī)；水利泵站；故障；原因；應(yīng)用

一、同步電動(dòng)機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)的區(qū)別分析

異步電機(jī)（感應(yīng)電機(jī)）的工作原理是通過(guò)定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子中并不直接產(chǎn)生磁場(chǎng).因此，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一定是小于同步速的（沒(méi)有這個(gè)差值，即轉(zhuǎn)差率，就沒(méi)有轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流），也因此叫做異步電機(jī)。

而同步電機(jī)轉(zhuǎn)子本身產(chǎn)生固定方向的磁場(chǎng)（用永磁鐵或直流電流產(chǎn)生），定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)"拖著"轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)（轉(zhuǎn)子）轉(zhuǎn)動(dòng)，因此轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一定等于同步速，也因此叫做同步電機(jī).作為電動(dòng)機(jī)時(shí)，大部分是用異步機(jī)；發(fā)電機(jī)都是同步機(jī)。

三相交流電通過(guò)一定結(jié)構(gòu)的繞組時(shí)，要產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng).在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子隨旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn).如果轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速同旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速完全一致，就是同步電機(jī)；如果轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速小于磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速，也就是說(shuō)兩者不同步，就是異步電機(jī).異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛.同步電機(jī)要求轉(zhuǎn)子有固定的磁極（永磁或電磁），如交流發(fā)電機(jī)和同步交流電動(dòng)機(jī)。

二、水利泵站同步電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)故障及其原因分析

1、在水利泵站運(yùn)行管理中，同步電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)的故障。主要有：（1）目前泵站同步電動(dòng)機(jī)中普遍采用可控硅勵(lì)磁裝置。當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，可控硅插件常出現(xiàn)接觸不良、欠磁、缺相、三相不平衡、勵(lì)磁不穩(wěn)定、滅磁性能不良等導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)失步跳閘現(xiàn)象。此類現(xiàn)象在我省各大泵站運(yùn)行中均有多次發(fā)生；（2）同步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中或常規(guī)直流耐壓試驗(yàn)時(shí)，電機(jī)線圈突然被擊穿待現(xiàn)象也不少見(jiàn)。同步電動(dòng)機(jī)線圈被擊穿是電機(jī)線圈絕緣老化、繞組線崩斷，矽鋼片變形和槽楔松動(dòng)等隱患的必然結(jié)果。

2、同步電動(dòng)機(jī)故障原因分析。相關(guān)研究分析，同步電動(dòng)機(jī)故障除了同步電動(dòng)機(jī)本身制造加工工藝因素外，其根本在于可控硅勵(lì)磁裝置性能只能滿足基本功能要求，缺乏可靠的失步保護(hù)引起。失步使同步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)失去穩(wěn)定，滑出同步形成啟動(dòng)脈振。啟動(dòng)脈振產(chǎn)生脈振轉(zhuǎn)矩，引起同步電動(dòng)機(jī)的強(qiáng)烈振動(dòng)，可以在電機(jī)層直接感受到。當(dāng)投勵(lì)滑差不能及時(shí)捕捉時(shí)會(huì)形成投勵(lì)沖擊使電機(jī)遭受沖擊損傷，隨著投勵(lì)次數(shù)的增加逐漸形成電機(jī)線圈的疲勞效應(yīng)而產(chǎn)生電機(jī)內(nèi)部暗傷，這些暗傷在電機(jī)啟動(dòng)投運(yùn)時(shí)，或者在進(jìn)行年度交直流耐壓試驗(yàn)時(shí)便極易顯露出來(lái)造成電機(jī)線圈燒毀事故。因此解決同步電動(dòng)機(jī)故障，除了提高電機(jī)制造加工工藝外，重要的是使可控硅勵(lì)磁裝置的性能滿足泵站同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行要求，從可控硅勵(lì)磁裝置原理設(shè)計(jì)，到元器件選配等各個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)得到保證。

三、同步電動(dòng)機(jī)中可控硅勵(lì)磁裝置與微機(jī)勵(lì)磁裝置的應(yīng)用分析

當(dāng)前我國(guó)水利泵站同步電動(dòng)機(jī)配用可控硅勵(lì)磁裝置，其主要電路分為三相半控橋和全控橋模式，微機(jī)勵(lì)磁裝置主電路也分這兩種模式。

1、微機(jī)勵(lì)磁裝置三相半控橋電路，基本保留了原裝置的技術(shù)性能，針對(duì)可控硅插板接觸不良、勵(lì)磁不穩(wěn)定和滅磁性能差等缺陷，在原理設(shè)計(jì)時(shí)做了一些改進(jìn)，結(jié)合微機(jī)技術(shù)組成微機(jī)勵(lì)磁裝置。這套裝置對(duì)原可控硅勵(lì)磁存在的故障采取了相應(yīng)措施，主要有：（1）失步保護(hù)。失步通常有帶勵(lì)失步的失勵(lì)失步，它們共同特點(diǎn)是存在一個(gè)不減的交流電流，測(cè)取其在轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路中的分量信號(hào)進(jìn)行智能分析，準(zhǔn)確判斷電機(jī)是否失步，并準(zhǔn)確工作于跳閘，使電機(jī)免遭失步?jīng)_擊；（2）失步不帶載整步。同步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中如確認(rèn)已失步后，電機(jī)處于異步運(yùn)行，裝置中KQJ繼電器自動(dòng)處于釋放狀態(tài)，通過(guò)KQJ常閉觸關(guān)，使KQ可控硅在低壓下導(dǎo)通，改善電機(jī)異步驅(qū)動(dòng)特性，電機(jī)轉(zhuǎn)速上升后進(jìn)入臨界滑差，按準(zhǔn)角勵(lì)對(duì)電機(jī)實(shí)施整步，使電機(jī)恢復(fù)到同步狀態(tài)；（3）投勵(lì)環(huán)節(jié)采用準(zhǔn)角強(qiáng)勵(lì)整步，電腦自動(dòng)選擇最佳投勵(lì)角投勵(lì)；（4）失步檢測(cè)。當(dāng)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，三相可控硅導(dǎo)通角一致，自動(dòng)處于平衡狀態(tài)。如遇觸沖回路斷線或接觸不良而造成脈沖丟失時(shí)，主回路三相不平衡或缺相運(yùn)行，裝置能自動(dòng)檢測(cè)到失控信號(hào)并報(bào)警；（5）主電路采用無(wú)續(xù)流二極管三相半控橋整流電路，使電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)振動(dòng)減小，但要求減少控制，否則易造成三相不平衡或缺相運(yùn)行，也不能滅磁；（6）獨(dú)立的滅磁系統(tǒng)。為彌補(bǔ)主電路不能滅磁的缺陷，另有獨(dú)立的滅磁系統(tǒng)，當(dāng)電機(jī)因故跳閘停機(jī)時(shí)以減少其對(duì)電機(jī)的損傷程度。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格較低和已采用的BKL可控硅勵(lì)磁裝置稍作改進(jìn)便實(shí)現(xiàn)微機(jī)勵(lì)磁進(jìn)行泵站監(jiān)控的改造等特點(diǎn)。

2 微機(jī)全控勵(lì)磁裝置分析。結(jié)合某抽水站所采用的勵(lì)磁系統(tǒng)是WKLF-41型微機(jī)控制增安型無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，其是以電力電子技術(shù)、現(xiàn)代化控制理論與微機(jī)技術(shù)相結(jié)合的勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它的設(shè)計(jì)與電機(jī)電磁參數(shù)相匹配，適應(yīng)了供用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的要求。三相全控橋整流電路，對(duì)稱性好，可逆變，因此其性能比三相半控橋優(yōu)越，觸發(fā)器十分可靠性，它采用的方式為雙窄脈沖加尖脈沖的脈沖，其它勵(lì)磁裝置存在的起動(dòng)脈振、投勵(lì)滑差捕捉不到、投勵(lì)沖擊、運(yùn)行中起動(dòng)電阻發(fā)熱等問(wèn)題，而它完全解決了上述問(wèn)題，并能實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)節(jié)和控制，并且加強(qiáng)了同步電動(dòng)機(jī)和供用電網(wǎng)絡(luò)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，優(yōu)化了無(wú)功分配，具有失步保護(hù)和不減載自動(dòng)再同步性能，還實(shí)現(xiàn)的許多控制、限制、保護(hù)和自診斷自恢復(fù)功能。由于該裝置采用全數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)，它有兩個(gè)完全獨(dú)立的自動(dòng)通道互為備用，每一個(gè)通道具有閉環(huán)自動(dòng)和開(kāi)環(huán)手動(dòng)功能，兩套為工作通道，互為備用通道，并自動(dòng)跟蹤工作通道工作，在工作通道故障時(shí)，備用通道自動(dòng)切換工作通道，切換過(guò)程無(wú)抖動(dòng)，提高了整機(jī)可靠性。該裝置具有如下特點(diǎn)：（1）起動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)、迅速、無(wú)脈振。異步電機(jī)在異步起動(dòng)中具有良好的對(duì)稱轉(zhuǎn)矩特性，滿足電機(jī)降壓和全壓?jiǎn)?dòng)；（2）它能夠準(zhǔn)確捕捉到滑差，投勵(lì)無(wú)沖擊。做到真正準(zhǔn)角投勵(lì)，而且設(shè)有零壓計(jì)時(shí)投勵(lì)作為后備投勵(lì)環(huán)節(jié)；（3）內(nèi)外環(huán)雙閉環(huán)調(diào)節(jié)使得應(yīng)用更加穩(wěn)。內(nèi)環(huán)發(fā)揮同步電動(dòng)機(jī)自身極限同步能力而避免電機(jī)失步，作為勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)環(huán)使用，提高勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)的迅速性；外環(huán)在電機(jī)負(fù)載波動(dòng)或電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)維持功率因素恒定運(yùn)行，作為功率因素調(diào)節(jié)環(huán)使用；（4）定子電壓電流分別由小PT、小CT隔離，為了增強(qiáng)了抗干擾能力，輸入輸出開(kāi)關(guān)理均通過(guò)繼電器、光耦隔離。插件和元器件、配線采用進(jìn)口優(yōu)質(zhì)元件，大大提高裝置的可靠性；（5）該裝置還擁有失步保護(hù)及不減載自動(dòng)再同步功能。當(dāng)擾動(dòng)超過(guò)同步電動(dòng)機(jī)同步能力極限而失步時(shí)，能迅速檢測(cè)并可靠地使電機(jī)自動(dòng)地恢復(fù)到同步運(yùn)行，具有過(guò)勵(lì)、欠勵(lì)、缺相等保護(hù)功能；

3、微機(jī)勵(lì)磁裝置的應(yīng)用分析。微機(jī)勵(lì)磁裝置在某抽水站的應(yīng)用，在機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，該套裝置全數(shù)字勵(lì)磁調(diào)節(jié)，可直觀的反映機(jī)組投勵(lì)情況，在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中的各種量值（如投勵(lì)、運(yùn)行時(shí)間）等能夠及時(shí)儲(chǔ)存反映，對(duì)提高泵站管理水平具有重要意義。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，泵站同步電動(dòng)機(jī)的故障在于原可控硅勵(lì)磁裝置的性能只能滿足基本功能要求。微機(jī)勵(lì)磁裝置利于泵站現(xiàn)代化管理功能趨于完善，可以有效減少電機(jī)故障。

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