何 亮

（中國(guó)石油寧夏石化公司，寧夏 銀川 750021）

1 同步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器結(jié)構(gòu)

無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)主要由靜態(tài)勵(lì)磁柜、交流勵(lì)磁機(jī)、旋轉(zhuǎn)整流器、滅磁（啟動(dòng)）電阻和轉(zhuǎn)子線圈5部分組成。其中，旋轉(zhuǎn)整流器由旋轉(zhuǎn)盤、電阻模塊、控制模塊、啟動(dòng)功率模塊、整流功率模塊5部分組成。功率模塊和控制模塊主要由二極管、晶閘管、快熔以及控制單元的集成電路組成。

2 模塊功能介紹

2.1 控制模塊

控制模塊對(duì)旋轉(zhuǎn)整流器的正常運(yùn)行起著關(guān)鍵的控制作用，負(fù)責(zé)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)投勵(lì)、導(dǎo)通角調(diào)整、導(dǎo)通功率模塊，并控制滅磁電阻的投切。

2.2 整流功率模塊

整流功率模塊是三相半控整流橋的關(guān)鍵組成部分，對(duì)交流勵(lì)磁機(jī)發(fā)出的交流電進(jìn)行整流后，向電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子線圈提供勵(lì)磁電壓。

2.3 啟動(dòng)功率模塊

啟動(dòng)功率模塊在同步電動(dòng)機(jī)異步啟動(dòng)后遷入同步過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。啟動(dòng)電阻投入后，同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩特性得到改善，進(jìn)而使同步電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)、迅速進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài)，并在控制模塊的作用下對(duì)啟動(dòng)電阻進(jìn)行投切。

3 主回路原理圖

旋轉(zhuǎn)整流器采用三相半控整流橋。相對(duì)三相全控整流橋有一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)：當(dāng)3個(gè)晶閘管中的2個(gè)發(fā)生故障不能工作時(shí)，該整流橋仍然能夠整流輸出，保證同步電動(dòng)機(jī)正常帶勵(lì)運(yùn)行。旋轉(zhuǎn)整流器主回路原理如圖1所示。

圖1 旋轉(zhuǎn)整流器主回路原理圖

4 常見(jiàn)故障類型

旋轉(zhuǎn)整流器的故障一般通過(guò)靜態(tài)勵(lì)磁柜的控制器報(bào)出，主要有旋轉(zhuǎn)整流器失控、旋轉(zhuǎn)整流器缺相、靜態(tài)缺相或失控、長(zhǎng)時(shí)不投勵(lì)跳閘、后備保護(hù)跳閘、失步保護(hù)動(dòng)作、斷電失步動(dòng)作、過(guò)勵(lì)報(bào)警、欠勵(lì)報(bào)警以及PT斷線等故障。

5 傳統(tǒng)檢測(cè)方法

靜態(tài)勵(lì)磁柜的控制器是通過(guò)從旋轉(zhuǎn)整流盤返回來(lái)的勵(lì)磁電流特征波形與相應(yīng)故障下的勵(lì)磁電流波形進(jìn)行比較判斷相應(yīng)的故障類型。但是，由于部分故障對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁電流特征波形比較相似，導(dǎo)致控制器報(bào)出的旋轉(zhuǎn)整流器故障類型并不一定真實(shí)，只能反映旋轉(zhuǎn)整流器內(nèi)部發(fā)生了故障。這時(shí)需要將同步電機(jī)停運(yùn)并交出檢修，打開(kāi)旋轉(zhuǎn)整流盤對(duì)其中的相關(guān)模塊或元器件進(jìn)行外觀或功能性檢查。傳統(tǒng)檢測(cè)方法中，雖然用萬(wàn)用表能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出快熔、轉(zhuǎn)子電阻、啟動(dòng)電阻的完好性，但對(duì)整流功率模塊和啟動(dòng)功率模塊無(wú)法使用萬(wàn)用表進(jìn)行可靠檢測(cè)。針對(duì)這兩個(gè)關(guān)鍵模塊，一般通過(guò)1 000 V絕緣搖表檢測(cè)二極管和晶閘管的正向、反向絕緣電壓，憑經(jīng)驗(yàn)判斷二極管和晶閘管的導(dǎo)通特性。由于熱態(tài)或冷態(tài)時(shí)二極管及晶閘管的泄漏電流大小不一致，導(dǎo)致傳統(tǒng)的絕緣檢測(cè)方法往往不能可靠判斷二極管和晶閘管的性能是否發(fā)生下降，導(dǎo)致性能下降或不可靠的模塊或元器件仍被繼續(xù)使用，進(jìn)而可能在較短的運(yùn)行周期內(nèi)再次出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)整流器報(bào)警的隱患，給現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工作帶來(lái)了一定困擾。另外，針對(duì)含集成電路的控制模塊，在傳統(tǒng)檢測(cè)方法中沒(méi)有可靠的檢測(cè)手段。一般是在排除或消除其他模塊故障后重新啟動(dòng)同步電機(jī)，如果仍然報(bào)警，則判斷為控制模塊故障并進(jìn)行更換；或者將控制模塊寄回原廠家進(jìn)行功能性檢測(cè)，在這期間設(shè)備將停運(yùn)不能熱備，會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成一定影響。因此，需提出一種更有效、更可靠的旋轉(zhuǎn)整流器故障檢測(cè)方法。本文針對(duì)旋轉(zhuǎn)整流器的工作原理，提出通過(guò)靜態(tài)小電流燈泡試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)控制模塊，并通過(guò)晶閘管伏安特性測(cè)試儀來(lái)檢測(cè)整流功率模塊和啟動(dòng)功率模塊的綜合法。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用表明，該方法對(duì)控制模塊和功率模塊的檢測(cè)可靠，提高了現(xiàn)場(chǎng)檢修效率。

6 靜態(tài)小電流燈泡試驗(yàn)法

6.1 接線方法

采用三相調(diào)壓器模擬交流勵(lì)磁機(jī)發(fā)電[1]，為旋轉(zhuǎn)整流器提供工作電源。為了使整流橋輸出為小電流，在啟動(dòng)電阻回路中串聯(lián)一只燈泡BD2，在同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中串聯(lián)一只燈泡BD1。將三相調(diào)壓器輸出電壓值調(diào)至60 V左右，如果燈泡亮度較低，可適當(dāng)增大調(diào)壓器的輸出電壓，最大不能超過(guò)勵(lì)磁機(jī)銘牌上的額定值。試驗(yàn)接線方法如圖2所示。

圖2 靜態(tài)小電流燈泡試驗(yàn)接線圖

6.2 試驗(yàn)器材

0.5～3 kVA三相調(diào)壓器1臺(tái)、二極管1N4007（1 A）1只、220 V白熾燈（100 W）2只、2.5平方短接線1根、三相移動(dòng)式臨時(shí)電源箱1個(gè)。

6.3 旋轉(zhuǎn)整流器自動(dòng)投勵(lì)性能測(cè)試

先合K1刀閘，經(jīng)過(guò)10～12 s，BD1燈應(yīng)該會(huì)亮。如果接入示波器，顯示的整流橋輸出電壓波形為全波整流波形，如圖3所示。旋轉(zhuǎn)整流器自動(dòng)投勵(lì)性能測(cè)試現(xiàn)象如表1所示。

圖3 全波整流波形

6.4 KQ開(kāi)通、關(guān)斷性能檢測(cè)

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(kāi)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 s，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，示波器顯示的整流橋波形為失控波形，如圖4所示。KQ開(kāi)通、關(guān)斷性能檢測(cè)試驗(yàn)現(xiàn)象如表2所示。

表1 旋轉(zhuǎn)整流器自動(dòng)投勵(lì)性能測(cè)試現(xiàn)象

試驗(yàn)結(jié)束后拆除電燈泡、試驗(yàn)電源及二極管D1，恢復(fù)啟動(dòng)電阻、轉(zhuǎn)子繞組及交流勵(lì)磁機(jī)的接線。

圖4 失控波形

表2 自動(dòng)投勵(lì)性能檢測(cè)試驗(yàn)現(xiàn)象

7 晶閘管伏安特性測(cè)試儀

7.1 功能介紹

KC-H031晶閘管伏安特性綜合測(cè)試儀不僅可以檢測(cè)晶閘管、二極管的正反向絕緣特性，還可以檢測(cè)晶閘管的觸發(fā)特性。檢測(cè)絕緣特性時(shí)，不用考慮熱態(tài)或冷態(tài)時(shí)二極管和晶閘管泄漏電流大小不一致的問(wèn)題，相比傳統(tǒng)檢測(cè)方法更科學(xué)、全面和可靠。該儀器配置了電壓、電流數(shù)碼顯示窗口以及泄漏電流示波器窗口，配置了插針式觸發(fā)特性檢測(cè)接線端子和激勵(lì)信號(hào)調(diào)節(jié)旋鈕或方向變換等按鈕，接線及操作直觀簡(jiǎn)單。晶閘管伏安特性測(cè)試儀如圖5所示。

7.2 晶閘管伏安特性及觸發(fā)特性試驗(yàn)方法

7.2.1 接 線

先接通測(cè)試儀的工作電源，再分別將晶閘管的陽(yáng)極、陰極、觸發(fā)極接于測(cè)試儀的A、K、G接線孔。

7.2.2 操作步驟

設(shè)定測(cè)試儀保護(hù)定值20 A，旋轉(zhuǎn)高壓調(diào)節(jié)旋鈕將電壓由0 V逐漸升至2 600 V，如果泄漏電流為1 mA以內(nèi)，則晶閘管正向絕緣特性較好，再將電壓調(diào)至0 V，并按觸發(fā)按鈕，測(cè)試儀保護(hù)動(dòng)作，且觸發(fā)電壓為5 V以內(nèi)，觸發(fā)電流為5 mA以內(nèi)，說(shuō)明晶閘管觸發(fā)特性較好[2]；復(fù)位后，將電壓調(diào)至0 V，并按下反向按鈕，再將電壓逐漸調(diào)至2 600 V，如果泄漏電流為1 mA以內(nèi)，則晶閘管反向絕緣特性較好，不論正反向，只要泄漏電流大于5 mA，均應(yīng)更換該模塊。

圖5 晶閘管伏安特性測(cè)試儀

7.3 二極管伏安特性試驗(yàn)方法

7.3.1 接 線

先接通測(cè)試儀的工作電源，再分別將二極管的陽(yáng)極、陰極接于測(cè)試儀的A、K接線孔。

7.3.2 操作步驟

設(shè)定測(cè)試儀保護(hù)定值20 A，旋轉(zhuǎn)高壓調(diào)節(jié)旋鈕將電壓升至1 V左右時(shí)，測(cè)試儀保護(hù)動(dòng)作，說(shuō)明二極管正向?qū)ㄌ匦暂^好；復(fù)位后，將電壓調(diào)至0 V，并按下反向按鈕，再將電壓逐漸調(diào)至1 600 V，如果泄漏電流為1 mA以內(nèi)，則晶閘管反向截止特性較好，只要泄漏電流大于5 mA，均應(yīng)更換該模塊。

8 結(jié) 論

對(duì)同步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器傳統(tǒng)故障檢測(cè)方法改進(jìn)后，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用表明，本文提出的通過(guò)靜態(tài)小電流燈泡試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)控制模塊，并通過(guò)晶閘管伏安特性測(cè)試儀來(lái)檢測(cè)整流功率模塊和啟動(dòng)功率模塊的綜合法，對(duì)控制模塊和功率模塊的檢測(cè)可靠，提高了旋轉(zhuǎn)整流器的故障處理效率。因此，該綜合法可以在采用旋轉(zhuǎn)整流器實(shí)現(xiàn)無(wú)刷勵(lì)磁的同步電動(dòng)機(jī)的企業(yè)中推廣應(yīng)用。