吳建中

摘要：無刷勵(lì)磁同步電機(jī)是當(dāng)前一種新型的電機(jī)，其在無電刷滑環(huán)結(jié)構(gòu)方面也具有顯著的優(yōu)勢，并且還具有可靠性等的特點(diǎn)。然而無刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，容易造成同步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)失敗和運(yùn)行異常?；诖?，本文通過實(shí)例對無刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)失敗問題進(jìn)行討論。

關(guān)鍵詞：啟動(dòng)；無刷勵(lì)磁同步電機(jī)；故障

某無刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)空載試車，啟動(dòng)中伴隨有劇烈振動(dòng)和巨大聲響，電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的一半左右時(shí)不再加速，啟動(dòng)持續(xù)長達(dá)15秒后電動(dòng)機(jī)微機(jī)保護(hù)裝置的啟動(dòng)超時(shí)動(dòng)作跳閘。后經(jīng)多次啟動(dòng)，故障依然存在，且故障現(xiàn)象相同。本文由此進(jìn)行相關(guān)論述。

一、無刷勵(lì)磁同步電機(jī)啟動(dòng)失敗故障查找和解決

啟動(dòng)電機(jī)前進(jìn)行盤車無異常，電機(jī)處于單機(jī)試車，機(jī)械負(fù)載也不會影響到電機(jī)轉(zhuǎn)子加速。查同步電動(dòng)機(jī)的電源電壓，啟動(dòng)前10kV系統(tǒng)電壓為10.3kV，整個(gè)啟動(dòng)過程系統(tǒng)電壓最低9.5kV，電源電壓滿足電機(jī)的啟動(dòng)條件，不影響電機(jī)的啟動(dòng)。對同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行檢查，測量電機(jī)定子繞組相間、對地絕緣為1000MΩ，電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組對地絕緣500MΩ均正常。電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組直阻0.4Ω，滅磁電阻2.0Ω，符合設(shè)計(jì)要求。檢查旋轉(zhuǎn)整流器的整流模塊時(shí)，發(fā)現(xiàn)使用萬用表二極管檔測量A相的晶閘管已經(jīng)擊穿，其他B、C相晶閘管以及A、B、C相的二極管都正常。更換擊穿的晶閘管，并按照廠家的技術(shù)要求做了相應(yīng)的調(diào)試試驗(yàn)記錄。

檢修之后，啟動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)時(shí)，電機(jī)平穩(wěn)加速并且很快進(jìn)入亞同步狀態(tài)，勵(lì)磁投勵(lì)之后電機(jī)順利的進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài)，電機(jī)的整個(gè)啟動(dòng)過程中振動(dòng)和聲音均正常。

靜態(tài)小電流通電試驗(yàn)接線示意圖：采用三相調(diào)壓器模擬交流勵(lì)磁機(jī)，為旋轉(zhuǎn)整流盤提供工作電源。為了使整流橋輸出為小電流，在滅磁電阻支路中串聯(lián)一電燈BD2，在整流橋輸出至電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串聯(lián)一電燈BD1（旋轉(zhuǎn)整流盤單獨(dú)測試時(shí)，可不接電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組，電燈直接連至整流橋輸出正、負(fù)極上）。下述試驗(yàn)時(shí)，三相調(diào)壓器副邊線電壓調(diào)至40V～100V（不超過交流勵(lì)磁機(jī)的額定輸出電壓，一般可從小到大逐步試驗(yàn)）。

自動(dòng)投勵(lì)性能檢測，合刀閘K1，經(jīng)10～12秒左右，BD1燈亮，整流橋電壓波形為全波整流波形。

KQ開通、關(guān)斷性能檢測，電機(jī)啟動(dòng)期間，KQ應(yīng)導(dǎo)通，旋轉(zhuǎn)整流盤投勵(lì)后，KQ應(yīng)由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷。

K1斷開后，將二極管D1按試驗(yàn)接線圖與C（或A、或B）相可控硅并聯(lián)，合刀閘K1，BD2、BD1燈全為半亮，整流橋波形為失控波形，經(jīng)10～12秒左右，控制模塊自動(dòng)投勵(lì)，BD1由半亮轉(zhuǎn)為亮，BD2由半亮轉(zhuǎn)為滅，整流橋波形為全波整流波形。用短接線短接二極管ZQ的兩端，BD2、BD1燈轉(zhuǎn)為半亮，整流橋波形為失控波形。

二、無刷勵(lì)磁同步電機(jī)啟動(dòng)失敗原因分析

該同步電動(dòng)機(jī)采用異步直接啟動(dòng)，依靠安裝在轉(zhuǎn)子磁極上的鼠籠導(dǎo)條產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩，當(dāng)定子繞組接入電網(wǎng)后，在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子的鼠籠導(dǎo)條中產(chǎn)生感應(yīng)電流，此電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)并加速。待機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到亞同步轉(zhuǎn)速時(shí)，將勵(lì)磁繞組通入直流電流，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生勵(lì)磁磁場，定子磁場與轉(zhuǎn)子磁場相互吸引而產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩，把轉(zhuǎn)子牽入同步。因此，同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過程分為靜止加速到亞同步轉(zhuǎn)速的異步啟動(dòng)過程和從亞同步轉(zhuǎn)速加速到同步轉(zhuǎn)速的牽入過程。

在異步啟動(dòng)過程中，勵(lì)磁繞組不允許直接通入勵(lì)磁電流，否則會增加定子繞組的損耗和發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)會產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)和劇烈振動(dòng)；但勵(lì)磁繞組也不允許開路，因?yàn)閱?dòng)瞬間和低轉(zhuǎn)速時(shí)，可能在勵(lì)磁回路中產(chǎn)生高電壓破壞勵(lì)磁繞組絕緣。隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的升高，勵(lì)磁回路中的電壓逐漸降低，接近亞同步轉(zhuǎn)速時(shí)，電壓已降到很低。這時(shí)才允許將勵(lì)磁繞組通入勵(lì)磁電流，所以異步啟動(dòng)過程中，必須將勵(lì)磁繞組短路。

在異步啟動(dòng)過程中，存在著由鼠籠導(dǎo)條產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)矩Mz和勵(lì)磁繞組閉合產(chǎn)生的反向單軸轉(zhuǎn)矩Mp。將鼠籠導(dǎo)條所產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)矩與單軸轉(zhuǎn)矩相加，即得異步啟動(dòng)過程中的合成轉(zhuǎn)矩M。當(dāng)勵(lì)磁回路中沒有串電阻或串入的電阻太小時(shí)，電動(dòng)機(jī)的合成轉(zhuǎn)矩將在轉(zhuǎn)差率S=0.5時(shí)產(chǎn)生最小轉(zhuǎn)矩Mmin。如果負(fù)載阻力矩大于或等于電動(dòng)機(jī)最小合成轉(zhuǎn)矩Mmin時(shí)，電動(dòng)機(jī)停在額定轉(zhuǎn)速一半的附近不能繼續(xù)加速。為了限制單軸轉(zhuǎn)矩對啟動(dòng)的不利影響，往往在勵(lì)磁繞組中串入3—l0倍于勵(lì)磁繞組電阻的附加電阻來限制單軸轉(zhuǎn)矩。由于本次故障中旋轉(zhuǎn)整流器的晶閘管擊穿，使得電機(jī)異步啟動(dòng)時(shí)附加電阻RF被旁路短接，勵(lì)磁繞組閉合后產(chǎn)生的單軸轉(zhuǎn)矩沒有加以限制，才使得電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到一半時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩變小造成啟動(dòng)失敗。

三、小結(jié)

綜上所述，本文對一起無刷勵(lì)磁同步電機(jī)啟動(dòng)失敗的故障進(jìn)行查找和解決，并對其啟動(dòng)失敗的原因進(jìn)行了分析。無刷勵(lì)磁的旋轉(zhuǎn)整流器由電力電子元件組成且容易損壞，使用單位應(yīng)準(zhǔn)備充足的備件，同時(shí)要特別注意旋轉(zhuǎn)整流器故障后產(chǎn)生的單軸轉(zhuǎn)矩的不利影響，以免造成啟動(dòng)失敗。

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（作者單位：廣東茂化建集團(tuán)有限公司）