同步電機(jī)頻繁損壞原因分析與改進(jìn)對(duì)策
摘 要：
分析同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的故障征象，找出同步電動(dòng)機(jī)頻繁損壞的根本原因，針對(duì)這些原因提出了改進(jìn)同步機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的對(duì)策。
關(guān)鍵詞：
同步機(jī) 運(yùn)行分析 勵(lì)磁裝置 控制技術(shù)
大型高壓同步電動(dòng)機(jī)，由于其具有一系列優(yōu)點(diǎn)，特別是能向電網(wǎng)發(fā)送無功功率，改善電網(wǎng)質(zhì)量，在各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用。我公司球磨機(jī)用同步電動(dòng)機(jī)曾在一段時(shí)期內(nèi)頻繁損壞，直接影響到我公司的生產(chǎn)和設(shè)備的安全運(yùn)行。因此正確分析判斷同步電機(jī)的故障原因，并提出相應(yīng)對(duì)策，就成了我們的當(dāng)務(wù)之急。
一、事故征象
我公司現(xiàn)有16臺(tái)1300KW/6KV同步電動(dòng)機(jī)。在2000年以前平均每年要出現(xiàn)2～3次電機(jī)燒損的事故。其事故主要征象為：定子繞組端部綁線崩斷，電機(jī)定子繞組過熱，起動(dòng)繞組籠條開焊、斷裂，電機(jī)起動(dòng)及運(yùn)行中出現(xiàn)異常聲響，經(jīng)常啟動(dòng)失敗等現(xiàn)象。
尤其是在1999年1月12日我公司7#同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中突然放炮，造成7#同步電動(dòng)機(jī)定子線圈局部嚴(yán)重?zé)龎?，高壓電纜接頭燒損，電流互感器崩壞，由于7#同步機(jī)脫扣裝置拒動(dòng)，保護(hù)不能正常動(dòng)作，持續(xù)大電流引起密地變電所密27選Ⅱ線保護(hù)動(dòng)作跳閘，影響到選Ⅱ所帶其它用電設(shè)備停機(jī)。
二、事故原因的基本判斷分析
1、電機(jī)質(zhì)量分析：
電機(jī)的正常使用壽命一般應(yīng)在20年左右。統(tǒng)計(jì)我公司所損壞的同步電動(dòng)機(jī)，運(yùn)行壽命大多在10年以下，尤其是這臺(tái)7#同步電動(dòng)機(jī)大修后，投運(yùn)僅4個(gè)月便出現(xiàn)了這次放炮燒損事故。
在事故分析中，部分電氣技術(shù)人員將事故的主要原因歸結(jié)到電機(jī)的大修上。這種大面積的電機(jī)損害事故，將事故原因歸結(jié)到電機(jī)質(zhì)量上，我對(duì)此提出異議。建議將視線轉(zhuǎn)移到對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的分析上；事實(shí)證明，電機(jī)修理廠在電機(jī)返修中對(duì)其重點(diǎn)部位進(jìn)行了種種加強(qiáng)措施，甚至于提高了絕緣等級(jí)，但效果并不顯著。損壞事故仍不斷出現(xiàn)。
2、勵(lì)磁系統(tǒng)原因分析：
針對(duì)同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)運(yùn)行過程中發(fā)生異常聲響、電機(jī)定子繞組過熱、起動(dòng)繞組籠條開焊、斷裂等諸多現(xiàn)象，在排除電機(jī)質(zhì)量原因引起事故的條件下，有必要對(duì)現(xiàn)行的勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行合理的分析，從而找出電機(jī)頻繁損壞的真正原因：勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理。
三、勵(lì)磁系統(tǒng)存在的主要問題與電機(jī)故障原因的內(nèi)在聯(lián)系
1、勵(lì)磁裝置起動(dòng)回路設(shè)計(jì)不合理，使同步電機(jī)經(jīng)常處在脈振情形下起動(dòng)。
原主電路為橋式半控勵(lì)磁裝置，其原理圖如圖1所示。
電機(jī)在起動(dòng)過程中，在轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)將感應(yīng)一交變電勢(shì)，其正半波通過ZQ形成回路，產(chǎn)生+if；而其負(fù)半波則通過KQ及RF形成回路，產(chǎn)生-if。由于負(fù)載電路不對(duì)稱，形成+if與-if電流不對(duì)稱，if曲線如圖2所示。電機(jī)定子電流因此也產(chǎn)生強(qiáng)烈脈振，其曲線如圖3。電機(jī)因而遭受到脈振轉(zhuǎn)矩的強(qiáng)烈振動(dòng)。造成整個(gè)廠房大廳內(nèi)都可以聽到電機(jī)起動(dòng)過程發(fā)出的強(qiáng)烈振動(dòng)聲。這種聲音一直持續(xù)到電機(jī)起動(dòng)結(jié)束才消失。
另一方面，由于裝置采用的是KGLF-11型老式勵(lì)磁裝置模擬控制，其投勵(lì)檢測(cè)元件老化，檢測(cè)不準(zhǔn)確，導(dǎo)致投勵(lì)時(shí)間變化，對(duì)電機(jī)啟動(dòng)造成很大影響。隨著電機(jī)起動(dòng)過程滑差減小，轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)感應(yīng)電勢(shì)逐步減小，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到50％以上時(shí)，勵(lì)磁回路感應(yīng)電流負(fù)半波通路不暢，將處于時(shí)通時(shí)斷，似通非通狀態(tài)，形成+if與-if電流不對(duì)稱，由此形成脈振轉(zhuǎn)矩，造成電機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)。有時(shí)在運(yùn)行中受滅磁插件分立元件性能的影響，滅磁晶閘管KQ誤導(dǎo)通，滅磁電阻發(fā)熱燒紅冒煙。它只有一個(gè)高導(dǎo)通電壓，電機(jī)起動(dòng)時(shí)，特別在轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓較低時(shí)，KQ不能可靠導(dǎo)通，造成主機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不對(duì)稱，使機(jī)組產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)。這正是前述的主要事故征象之一。
因此，無論電機(jī)質(zhì)量如何優(yōu)異，在如此惡劣的條件下電機(jī)頻繁起動(dòng)，給電機(jī)造成的損傷是可想而知的。電機(jī)的壽命因此大打折扣。
2、投勵(lì)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)不合理，經(jīng)常造成啟動(dòng)失敗，重復(fù)啟動(dòng)次數(shù)大大增加。
投勵(lì)環(huán)節(jié)原設(shè)計(jì)為：按同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子滑差順極性無接點(diǎn)投勵(lì)環(huán)節(jié)工作，如圖4所示。
由于控制插件采用的是模擬元件，元件老化和溫度漂移以及抗干擾能力弱，造成轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓檢測(cè)不準(zhǔn)確。主要是由于檢測(cè)感應(yīng)信號(hào)的穩(wěn)壓管12WY和三極管3BG性能不穩(wěn)定，還有對(duì)電容器5C的充放電時(shí)間不確定；在同步機(jī)進(jìn)入亞同步時(shí)，該投勵(lì)觸發(fā)時(shí)卻沒有發(fā)出信號(hào)，往往造成同步機(jī)啟動(dòng)失敗。這是模擬勵(lì)磁裝置的通病，結(jié)果是造成同步機(jī)重復(fù)啟動(dòng)，從而帶來對(duì)電機(jī)的損害。
3、勵(lì)磁裝置無可靠的失步保護(hù)裝置，使電機(jī)運(yùn)行不可靠。
同步電動(dòng)機(jī)原投勵(lì)裝置采用反時(shí)限繼電器“兼作失步保護(hù)”，其原理接線如圖五；而電機(jī)“過負(fù)荷”與電機(jī)“失步”是完全不同的兩個(gè)概念，通過對(duì)電機(jī)失步時(shí)的示波照相分析其暫態(tài)過程，現(xiàn)場試驗(yàn)及實(shí)拍電機(jī)失步的暫態(tài)波形證明：用過負(fù)荷繼電器兼作失步保護(hù)，當(dāng)電機(jī)失步時(shí)，不能動(dòng)作，有的雖能動(dòng)作，但動(dòng)作延時(shí)加長，實(shí)際上起不到保護(hù)作用。如圖5所示的過流繼電器原理。
同步電機(jī)的失步事故主要分為失勵(lì)失步和帶勵(lì)失步兩類。
3．1、失勵(lì)失步是由于勵(lì)磁系統(tǒng)的原因，使同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組失去直流勵(lì)磁。由于球磨機(jī)的同步電機(jī)過載力矩很大，導(dǎo)致同步電動(dòng)機(jī)失去靜態(tài)穩(wěn)定，滑出同步。電機(jī)發(fā)生失勵(lì)失步時(shí)，負(fù)載基本不變，定子電流增大1.5～3倍，電機(jī)聲音異常，而GL型繼電器主要用于起動(dòng)時(shí)的電流保護(hù)，其整定值為6～7倍的額定值，所以GL型繼電器拒動(dòng)或動(dòng)作時(shí)間過長。在此情況下失勵(lì)失步一般不易被值班人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)，待發(fā)現(xiàn)電機(jī)冒煙時(shí)，電機(jī)已失步了相當(dāng)長時(shí)間，并已造成電機(jī)繞組或勵(lì)磁裝置的損壞。應(yīng)當(dāng)指出的是電機(jī)的失勵(lì)失步，大多不當(dāng)場損壞電機(jī)，出現(xiàn)電機(jī)冒煙后，停機(jī)常規(guī)檢查，往往又查不出毛病，電機(jī)還能再投入運(yùn)行。
由于失步運(yùn)行，在阻尼繞組中就流過超過額定電流數(shù)倍至數(shù)十倍的電流，尤其是負(fù)載較重時(shí)，由于轉(zhuǎn)差較大，所以流過阻尼繞組電流就更大。阻尼繞組的溫升和熱容量，一般是按短時(shí)工作制考慮的，由于長期流過大電流，必定會(huì)導(dǎo)致阻尼繞組溫度過高，造成開焊、籠條斷裂，甚至于阻尼繞組完全燒毀。正是在這種狀況下，使得電機(jī)的壽命大為縮短。需要指出的是，電機(jī)失勵(lì)失步時(shí)還會(huì)在轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生高電壓，造成勵(lì)磁裝置主回路元件損壞，引起滅磁電阻發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)甚至造成整臺(tái)勵(lì)磁裝置燒壞。
3．2、帶勵(lì)失步，是由于負(fù)載突增（如球磨機(jī)脹肚），電機(jī)在運(yùn)行中短時(shí)間嚴(yán)重欠勵(lì)磁；或電機(jī)起動(dòng)過程中勵(lì)磁系統(tǒng)過早投勵(lì)等原因引起的。
電機(jī)在帶勵(lì)失步時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)雖仍有直流勵(lì)磁，但勵(lì)磁電流及定子電流（包絡(luò)線）強(qiáng)烈脈動(dòng)，電機(jī)亦遭受強(qiáng)烈脈振，有時(shí)甚至產(chǎn)生電氣共振和機(jī)械共振。帶勵(lì)失步與失勵(lì)失步對(duì)電機(jī)造成的危害其性質(zhì)是一樣的。嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)斷軸事故。由于電機(jī)和主機(jī)是同軸運(yùn)行，電機(jī)的強(qiáng)烈脈振，同樣會(huì)波及到主機(jī)損傷，如緊固螺絲斷裂等。
四、勵(lì)磁系統(tǒng)改進(jìn)對(duì)策
我公司球磨機(jī)用同步電機(jī)損壞頻繁的主要原因如上述三條，其對(duì)策主要為：
1、主電路：采用無續(xù)流二極管的新型三相橋式半控整流電路（圖6所示），線路簡潔、可靠，通過設(shè)計(jì)合理選配滅磁電阻RF，分級(jí)整定KQ的開通電壓，當(dāng)電機(jī)在異步驅(qū)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，使KQ在較低電壓下便開通，電動(dòng)機(jī)具有良好的異步驅(qū)動(dòng)特性，有效地消除了原勵(lì)磁屏在電機(jī)異步暫態(tài)過程中所存在的脈振，滿足帶載起動(dòng)及再整步的要求；而當(dāng)電機(jī)在同步運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，KQ在過電壓情況下才開通，既起到保護(hù)元器件的作用，又使電機(jī)在正常同步運(yùn)行時(shí)，KQ不會(huì)誤導(dǎo)通。
2、投勵(lì)環(huán)節(jié)改進(jìn)：電機(jī)在起動(dòng)及再整步過程中，按照“準(zhǔn)角強(qiáng)勵(lì)磁整步”的原則設(shè)計(jì)。就物理概念而言，系指電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)入臨界滑差（即原來所謂的“亞同步”），按照電機(jī)投勵(lì)瞬間在轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生的磁場與定子繞組產(chǎn)生的磁場互相吸引力最大（即定子磁場的N極與投勵(lì)后轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的S極相吸，定子磁場的S極與投勵(lì)后轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的N極相吸）。在準(zhǔn)角時(shí)投入強(qiáng)勵(lì)，使吸力進(jìn)一步加大，這樣電機(jī)進(jìn)入同步便輕松、快速、平滑、無沖擊。投勵(lì)時(shí)的滑差大小，可通過數(shù)字式功能開關(guān)設(shè)定；對(duì)電機(jī)滑差大小的檢測(cè)，是根據(jù)裝置回路內(nèi)測(cè)取的轉(zhuǎn)子電壓波形，經(jīng)采樣后取得Uf，通過變換整形，變成方波，再經(jīng)過光電隔離，輸入電腦系統(tǒng)，最后準(zhǔn)確投勵(lì)。
改造后電機(jī)起動(dòng)及投勵(lì)過程的波形見圖7
為使電機(jī)運(yùn)行中勵(lì)磁電壓不致過高、過低或失控，在控制電路中設(shè)有1K、2K、3K功能開關(guān)。其中1K用來設(shè)定勵(lì)磁電壓的上限，它既作為設(shè)定勵(lì)磁裝置輸出直流電壓的上限，又作為電機(jī)起動(dòng)及再整步投強(qiáng)勵(lì)的設(shè)定值；2K用來設(shè)定電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁電壓；3K用來設(shè)定勵(lì)磁電壓的下限。投勵(lì)時(shí)，首先按1K強(qiáng)勵(lì)設(shè)定值運(yùn)行1秒鐘，然后自動(dòng)移至正常勵(lì)磁所設(shè)定的位置上。選用的LZK-3型裝置面板上有薄膜面板開關(guān)，按動(dòng)上升鍵或下降鍵，可以在1K及3K所設(shè)定范圍內(nèi)調(diào)整勵(lì)磁電壓大小。
由于全部采用數(shù)字化開關(guān)及電腦控制，使裝置性能穩(wěn)定。完全消除采用電位器控制時(shí)存在的諸多弊端。
3、失步保護(hù)裝置：其基本原理是利用同步電動(dòng)機(jī)失步時(shí)，在其轉(zhuǎn)子回路產(chǎn)生不衰減交變電流分量的特征，通過測(cè)取轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路交變電流信號(hào)，并對(duì)其波形特征進(jìn)行智能分析，快速、準(zhǔn)確判斷電機(jī)是否失步。對(duì)于各類失步，不管其滑差大小，裝置均能準(zhǔn)確動(dòng)作。根據(jù)具體情況，動(dòng)作于滅磁、再整步，或啟動(dòng)后備保護(hù)環(huán)節(jié)動(dòng)作于跳閘。而電機(jī)未失步，則不管其振蕩多大，裝置均不誤動(dòng)作。
其中圖8（a）、（b）、（c）勵(lì)磁回路已出現(xiàn)不衰減的交變電流信號(hào)，電機(jī)已失步，失步保護(hù)環(huán)節(jié)應(yīng)快速及時(shí)動(dòng)作；圖8（d）是同步振蕩，電機(jī)未失步，失步保護(hù)環(huán)節(jié)應(yīng)不誤動(dòng)作。對(duì)某些舊電機(jī)或已受暗傷的電機(jī)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子回路開路，此時(shí)勵(lì)磁回路電流突然下降至零，失步保護(hù)環(huán)節(jié)就應(yīng)快速動(dòng)作。本系統(tǒng)能根據(jù)勵(lì)磁回路電流波形準(zhǔn)確快速地分析電機(jī)是否已失步。
失步保護(hù)所取信號(hào)，是從串接在勵(lì)磁回路中的分流器上測(cè)取不失真的毫伏信號(hào)。此信號(hào)經(jīng)放大變換后輸入電腦系統(tǒng)，由電腦系統(tǒng)直接分析，并做出判斷輸出。
4、失步后帶載自動(dòng)再整步：正常運(yùn)轉(zhuǎn)中的同步電動(dòng)機(jī)，經(jīng)裝置檢測(cè)，判斷確認(rèn)已失步后，立即動(dòng)作于滅磁、異步驅(qū)動(dòng)、帶載再整步。
LZK-3型綜合控制器中的滅磁環(huán)節(jié)，是采用斷勵(lì)續(xù)流滅磁，即電機(jī)失步后，立即停發(fā)觸發(fā)脈沖，勵(lì)磁控制繼電器LCJ吸合，斷開勵(lì)磁接觸器控制回路及勵(lì)磁主回路。待整流主橋路可控硅關(guān)斷后，LCJ釋放，電機(jī)進(jìn)入異步驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。
電機(jī)一旦失步進(jìn)入異步運(yùn)行，必須改善電機(jī)的異步驅(qū)動(dòng)特性。在電機(jī)處于異步運(yùn)行狀態(tài)情況下，裝置自動(dòng)使KQJ繼電器處于釋放狀態(tài)，通過KQJ的常閉接點(diǎn)，使KQ可控硅在很低電壓下便開通，以改善電機(jī)的異步驅(qū)動(dòng)特性（圖9所示）。
同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子回路感應(yīng)出很高的電壓，此電壓會(huì)直接危及電機(jī)轉(zhuǎn)子的繞組絕緣，因此勵(lì)磁裝置要及時(shí)地在主機(jī)起動(dòng)過程中串接適當(dāng)?shù)臏绱烹娮琛?BR> 該勵(lì)磁裝置起動(dòng)滅磁回路中晶閘管KQ導(dǎo)通電壓采用高、低通電壓分級(jí)整定，保證主機(jī)良好的異步驅(qū)動(dòng)性能，如圖9所示。主機(jī)起動(dòng)時(shí)，通過電阻R7、R8、穩(wěn)壓管DW3分壓限幅將轉(zhuǎn)子兩端感應(yīng)的高電壓轉(zhuǎn)換為低電壓信號(hào)Uf，再經(jīng)RC（不在圖中）濾波、過零比較器處理、光電耦合器隔離后送至單片機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)檢測(cè)到該信號(hào)和合閘接觸器動(dòng)作信號(hào)后，使繼電器KM1處于釋放狀態(tài)，KQ在很低電壓（約12V）下便導(dǎo)通，轉(zhuǎn)子回路的正向電流經(jīng)KQ、滅磁電阻RF流過，反向電流經(jīng)二極管ZQ、RF流過，保證了正反向電流的對(duì)稱性，使主機(jī)起動(dòng)平穩(wěn)。當(dāng)主機(jī)起動(dòng)結(jié)束進(jìn)入同步后，微機(jī)自動(dòng)讓繼電器KM1、KM3動(dòng)作，KQ導(dǎo)通電壓轉(zhuǎn)入高通值（約250V）運(yùn)行，KQ自動(dòng)關(guān)斷。
為避免KQ因過電壓設(shè)定值太低或?qū)ê笥捎谡麟妷狠^高使整流電壓波形無過零點(diǎn)等原因關(guān)不斷，或因運(yùn)行中由于某種原因誤導(dǎo)通，造成RF長時(shí)間通電發(fā)熱燒壞，在裝置內(nèi)設(shè)有KQ誤導(dǎo)通檢測(cè)電路。若KQ未導(dǎo)通，在KQ與RF回路中，直流勵(lì)磁電壓全部降在KQ上，RF兩端無過電壓，處于冷態(tài)；一旦出現(xiàn)KQ導(dǎo)通后，直流勵(lì)磁全部降落在RF上，繼電器KM2線圈得電吸合，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，電腦系統(tǒng)接收到KQ誤導(dǎo)通信號(hào)后，先停發(fā)200ms脈沖，使整流電路轉(zhuǎn)入失控狀態(tài)，KQ在電流波形過零點(diǎn)自然關(guān)斷。若關(guān)不斷，電腦指令繼電器KM4（不在圖中）動(dòng)作，通過觸點(diǎn)接通報(bào)警回路，電鈴響起，并在液晶面板上使用漢字顯示“KQ誤導(dǎo)通”，提請(qǐng)現(xiàn)場值班人員檢查處理。
經(jīng)改造后，電機(jī)在起動(dòng)過程，轉(zhuǎn)子電流If波形曲線趨向平滑，KQ兩端的電壓U1一直為零，無任何尖端和毛刺，說明滅磁晶閘管導(dǎo)通非常及時(shí)，起動(dòng)回路特性很好。投勵(lì)后U1自動(dòng)轉(zhuǎn)為正常勵(lì)磁電壓，KQ已自動(dòng)關(guān)斷。
當(dāng)供電系統(tǒng)出現(xiàn)“自動(dòng)重合閘”、“備用電源自切”或“人工切換電源”時(shí)，將出現(xiàn)電能輸送渠道的短暫中斷。為防止電源恢復(fù)瞬間可能造成的“非同期沖擊”，由防沖擊檢測(cè)環(huán)節(jié)送給本裝置一對(duì)接點(diǎn)FCJ。電腦接收到FCJ接點(diǎn)信號(hào)后，將同樣動(dòng)作于滅磁、異步驅(qū)動(dòng)、帶載再整步。
5、后備保護(hù)環(huán)節(jié)：在同步電機(jī)或勵(lì)磁裝置出現(xiàn)再整步不成功、電機(jī)起動(dòng)后或失步后長時(shí)間不投勵(lì)、電機(jī)在投勵(lì)后拉不進(jìn)同步、起動(dòng)時(shí)間過長或熔斷器、可控硅、二極管、整流變壓器損壞等故障，使電機(jī)無法正常運(yùn)行時(shí)；為保證電機(jī)及勵(lì)磁裝置安全，裝置中特設(shè)了一個(gè)后備保護(hù)環(huán)節(jié)，動(dòng)作于跳閘停機(jī)。后備保護(hù)動(dòng)作跳閘后，控制面板上留有“后備保護(hù)動(dòng)作”信號(hào)，也便于分析和記錄。
6、可控硅誤導(dǎo)通檢測(cè)：設(shè)計(jì)時(shí)采取了對(duì)KQ可控硅的開通電壓實(shí)行分級(jí)整定，即電機(jī)在起動(dòng)過程及失步后的異步驅(qū)動(dòng)暫態(tài)過程中，為改善電機(jī)的異步驅(qū)動(dòng)特性，使KQ在很低電壓下便開通；而當(dāng)電機(jī)進(jìn)入同步后，KQ開通電壓設(shè)定值較高，主要是為了保護(hù)電機(jī)，保護(hù)可控硅、二極管，防止過電壓，因此，僅在出現(xiàn)過電壓情況下開通。
為避免KQ可控硅因過電壓設(shè)定值太低，或開通后關(guān)不斷，造成滅磁電阻RF長時(shí)間通電而過熱，裝置內(nèi)設(shè)有KQ誤導(dǎo)通檢測(cè)裝置，若KQ未導(dǎo)通，在KQ與RF回路，直流勵(lì)磁電壓全部降落在KQ上，在滅磁電阻RF兩端無電壓，滅磁電阻RF處于冷態(tài)；一旦出現(xiàn)KQ導(dǎo)通后，直流電壓降落在滅磁電阻上，裝置內(nèi)繼電器RFJ線圈得電吸合（見圖9），其接點(diǎn)信號(hào)輸入電腦系統(tǒng)，電腦接收到KQ導(dǎo)通信號(hào)（即RFJ接點(diǎn)信號(hào)）后，對(duì)于因過電壓引起的導(dǎo)通，電腦系統(tǒng)指令其過電壓消失后自動(dòng)關(guān)斷。對(duì)因電壓設(shè)定值太低造成的KQ誤導(dǎo)通，或?qū)ê箨P(guān)不斷，電腦指令控制報(bào)警繼電器BXJ閉合，通過其接點(diǎn)接通報(bào)警回路，并控制面板上“KQ誤導(dǎo)通”信號(hào)指示燈亮，發(fā)出聲光信號(hào)提請(qǐng)操作人員檢查處理。
7、失控檢測(cè)系統(tǒng)：由于外部因素，如觸發(fā)脈沖回路斷線或接觸不良，造成脈沖丟失，控制回路同步電源缺相或消失，主回路元件損壞（如熔斷器熔斷）造成主回路三相不平衡、缺相運(yùn)行，但未造成電機(jī)失步（若失步，則由失步再整步回路或后備保護(hù)環(huán)節(jié)處理），裝置能及時(shí)檢測(cè)到，若10秒鐘后故障仍未消除，裝置就控制報(bào)警繼電器BXJ閉合，通過其接點(diǎn)，接通報(bào)警回路，并控制面板上的“失控”信號(hào)指示燈亮，發(fā)出聲光信號(hào)。
失控或缺相檢測(cè)，基本原理是利用電機(jī)進(jìn)入同步后的正常運(yùn)行情況下，對(duì)直流勵(lì)磁電壓波形特征進(jìn)行分析，圖10是幾種典型的勵(lì)磁電壓波形，圖10（a）、（b）為正常運(yùn)行，圖10（c）為缺相運(yùn)行，圖10（d）為失控運(yùn)行。
當(dāng)控制器檢測(cè)到電機(jī)出現(xiàn)失步、勵(lì)磁裝置出現(xiàn)KQ可控硅誤導(dǎo)通、失控或由控制器后備保護(hù)環(huán)節(jié)動(dòng)作于電機(jī)跳閘時(shí)，控制器面板上分別備有各自的指示燈。按復(fù)歸按鈕，指示燈復(fù)位。其中KQ可控硅誤導(dǎo)通、失控，除有燈光信號(hào)外，電腦還控制報(bào)警繼電器吸合，由BXJ接點(diǎn)接通音響報(bào)警回路。按復(fù)位按鈕，報(bào)警繼電器BXJ復(fù)位。
五、技術(shù)改造后的效果
1.同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁裝置改造后，在異步驅(qū)動(dòng)過程中平滑、快速，完全消除了采用老式勵(lì)磁屏在電機(jī)異步暫態(tài)過程中所存在的脈振，滿足了帶載起動(dòng)及再整步的要求；其投勵(lì)按照“準(zhǔn)角強(qiáng)勵(lì)整步”的原則設(shè)計(jì)，具有強(qiáng)勵(lì)磁整步的功能，電機(jī)拉入同步的過程平滑、快速、可靠，大大減小了對(duì)電機(jī)的沖擊，也確保了同步電機(jī)的安全可靠運(yùn)行；其先進(jìn)完善可靠的帶勵(lì)失步、失勵(lì)失步保護(hù)系統(tǒng)，也保證了同步電動(dòng)機(jī)在發(fā)生帶勵(lì)失步和失勵(lì)失步時(shí)，快速動(dòng)作，保護(hù)電機(jī)，使電機(jī)免受損傷。這一技術(shù)改造措施，使我公司6KV高壓同步電動(dòng)機(jī)及勵(lì)磁屏故障率、維修量顯著降低，經(jīng)過3年運(yùn)行考驗(yàn)，受到基層維護(hù)人員的一致好評(píng)和充分肯定。
2.由于采用了先進(jìn)的電腦控制技術(shù)，所有控制過程均自動(dòng)處理，面板采用新型薄膜按鍵，具有完整、直觀的信號(hào)顯示系統(tǒng)，當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)失步，再整步后備保護(hù)跳閘、勵(lì)磁出現(xiàn)失控、裝置是否運(yùn)行正常等均有信號(hào)指示；核心部件同步電動(dòng)機(jī)綜合控制器也能指示自身是否發(fā)生故障，且具有不停機(jī)不減載，不損傷電機(jī)的情況下從容在線更換的功能，使整個(gè)操作更方便，性能也更穩(wěn)定可靠，有利于運(yùn)行操作人員的使用和監(jiān)控。
3.由于交流電網(wǎng)上的主要負(fù)荷是異步電機(jī)和配電變壓器等感性負(fù)載，它們都需要從電網(wǎng)吸收無功功率。根據(jù)同步電機(jī)的性質(zhì)（容性負(fù)載），如使其工作在過勵(lì)狀態(tài)，將滯后的無功功率發(fā)送給電網(wǎng)，可改善系統(tǒng)電網(wǎng)的功率因數(shù)。選用的LZK3型勵(lì)磁裝置設(shè)置了閉環(huán)恒功率因數(shù)調(diào)節(jié)，通過功率因數(shù)變送器，將主機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，經(jīng)過輸入/輸出板處理后給電腦系統(tǒng)采樣參數(shù)與設(shè)定數(shù)值進(jìn)行比較后，使用軟件實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)，這樣不管電機(jī)負(fù)載如何變化，勵(lì)磁裝置都能自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)，保持恒功率因數(shù)運(yùn)行，減少電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子、整流變壓器的損耗，與老式勵(lì)磁裝置相比真正意義上實(shí)現(xiàn)了同步電動(dòng)機(jī)的最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
分析同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的故障征象，找出同步電動(dòng)機(jī)頻繁損壞的根本原因，針對(duì)這些原因提出了改進(jìn)同步機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的對(duì)策。
關(guān)鍵詞：
同步機(jī) 運(yùn)行分析 勵(lì)磁裝置 控制技術(shù)
大型高壓同步電動(dòng)機(jī)，由于其具有一系列優(yōu)點(diǎn)，特別是能向電網(wǎng)發(fā)送無功功率，改善電網(wǎng)質(zhì)量，在各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用。我公司球磨機(jī)用同步電動(dòng)機(jī)曾在一段時(shí)期內(nèi)頻繁損壞，直接影響到我公司的生產(chǎn)和設(shè)備的安全運(yùn)行。因此正確分析判斷同步電機(jī)的故障原因，并提出相應(yīng)對(duì)策，就成了我們的當(dāng)務(wù)之急。
一、事故征象
我公司現(xiàn)有16臺(tái)1300KW/6KV同步電動(dòng)機(jī)。在2000年以前平均每年要出現(xiàn)2～3次電機(jī)燒損的事故。其事故主要征象為：定子繞組端部綁線崩斷，電機(jī)定子繞組過熱，起動(dòng)繞組籠條開焊、斷裂，電機(jī)起動(dòng)及運(yùn)行中出現(xiàn)異常聲響，經(jīng)常啟動(dòng)失敗等現(xiàn)象。
尤其是在1999年1月12日我公司7#同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中突然放炮，造成7#同步電動(dòng)機(jī)定子線圈局部嚴(yán)重?zé)龎?，高壓電纜接頭燒損，電流互感器崩壞，由于7#同步機(jī)脫扣裝置拒動(dòng)，保護(hù)不能正常動(dòng)作，持續(xù)大電流引起密地變電所密27選Ⅱ線保護(hù)動(dòng)作跳閘，影響到選Ⅱ所帶其它用電設(shè)備停機(jī)。
二、事故原因的基本判斷分析
1、電機(jī)質(zhì)量分析：
電機(jī)的正常使用壽命一般應(yīng)在20年左右。統(tǒng)計(jì)我公司所損壞的同步電動(dòng)機(jī)，運(yùn)行壽命大多在10年以下，尤其是這臺(tái)7#同步電動(dòng)機(jī)大修后，投運(yùn)僅4個(gè)月便出現(xiàn)了這次放炮燒損事故。
在事故分析中，部分電氣技術(shù)人員將事故的主要原因歸結(jié)到電機(jī)的大修上。這種大面積的電機(jī)損害事故，將事故原因歸結(jié)到電機(jī)質(zhì)量上，我對(duì)此提出異議。建議將視線轉(zhuǎn)移到對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的分析上；事實(shí)證明，電機(jī)修理廠在電機(jī)返修中對(duì)其重點(diǎn)部位進(jìn)行了種種加強(qiáng)措施，甚至于提高了絕緣等級(jí)，但效果并不顯著。損壞事故仍不斷出現(xiàn)。
2、勵(lì)磁系統(tǒng)原因分析：
針對(duì)同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)運(yùn)行過程中發(fā)生異常聲響、電機(jī)定子繞組過熱、起動(dòng)繞組籠條開焊、斷裂等諸多現(xiàn)象，在排除電機(jī)質(zhì)量原因引起事故的條件下，有必要對(duì)現(xiàn)行的勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行合理的分析，從而找出電機(jī)頻繁損壞的真正原因：勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理。
三、勵(lì)磁系統(tǒng)存在的主要問題與電機(jī)故障原因的內(nèi)在聯(lián)系
1、勵(lì)磁裝置起動(dòng)回路設(shè)計(jì)不合理，使同步電機(jī)經(jīng)常處在脈振情形下起動(dòng)。
原主電路為橋式半控勵(lì)磁裝置，其原理圖如圖1所示。
電機(jī)在起動(dòng)過程中，在轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)將感應(yīng)一交變電勢(shì)，其正半波通過ZQ形成回路，產(chǎn)生+if；而其負(fù)半波則通過KQ及RF形成回路，產(chǎn)生-if。由于負(fù)載電路不對(duì)稱，形成+if與-if電流不對(duì)稱，if曲線如圖2所示。電機(jī)定子電流因此也產(chǎn)生強(qiáng)烈脈振，其曲線如圖3。電機(jī)因而遭受到脈振轉(zhuǎn)矩的強(qiáng)烈振動(dòng)。造成整個(gè)廠房大廳內(nèi)都可以聽到電機(jī)起動(dòng)過程發(fā)出的強(qiáng)烈振動(dòng)聲。這種聲音一直持續(xù)到電機(jī)起動(dòng)結(jié)束才消失。
另一方面，由于裝置采用的是KGLF-11型老式勵(lì)磁裝置模擬控制，其投勵(lì)檢測(cè)元件老化，檢測(cè)不準(zhǔn)確，導(dǎo)致投勵(lì)時(shí)間變化，對(duì)電機(jī)啟動(dòng)造成很大影響。隨著電機(jī)起動(dòng)過程滑差減小，轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)感應(yīng)電勢(shì)逐步減小，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到50％以上時(shí)，勵(lì)磁回路感應(yīng)電流負(fù)半波通路不暢，將處于時(shí)通時(shí)斷，似通非通狀態(tài)，形成+if與-if電流不對(duì)稱，由此形成脈振轉(zhuǎn)矩，造成電機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)。有時(shí)在運(yùn)行中受滅磁插件分立元件性能的影響，滅磁晶閘管KQ誤導(dǎo)通，滅磁電阻發(fā)熱燒紅冒煙。它只有一個(gè)高導(dǎo)通電壓，電機(jī)起動(dòng)時(shí)，特別在轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓較低時(shí)，KQ不能可靠導(dǎo)通，造成主機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不對(duì)稱，使機(jī)組產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)。這正是前述的主要事故征象之一。
因此，無論電機(jī)質(zhì)量如何優(yōu)異，在如此惡劣的條件下電機(jī)頻繁起動(dòng)，給電機(jī)造成的損傷是可想而知的。電機(jī)的壽命因此大打折扣。
2、投勵(lì)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)不合理，經(jīng)常造成啟動(dòng)失敗，重復(fù)啟動(dòng)次數(shù)大大增加。
投勵(lì)環(huán)節(jié)原設(shè)計(jì)為：按同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子滑差順極性無接點(diǎn)投勵(lì)環(huán)節(jié)工作，如圖4所示。
由于控制插件采用的是模擬元件，元件老化和溫度漂移以及抗干擾能力弱，造成轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓檢測(cè)不準(zhǔn)確。主要是由于檢測(cè)感應(yīng)信號(hào)的穩(wěn)壓管12WY和三極管3BG性能不穩(wěn)定，還有對(duì)電容器5C的充放電時(shí)間不確定；在同步機(jī)進(jìn)入亞同步時(shí)，該投勵(lì)觸發(fā)時(shí)卻沒有發(fā)出信號(hào)，往往造成同步機(jī)啟動(dòng)失敗。這是模擬勵(lì)磁裝置的通病，結(jié)果是造成同步機(jī)重復(fù)啟動(dòng)，從而帶來對(duì)電機(jī)的損害。
3、勵(lì)磁裝置無可靠的失步保護(hù)裝置，使電機(jī)運(yùn)行不可靠。
同步電動(dòng)機(jī)原投勵(lì)裝置采用反時(shí)限繼電器“兼作失步保護(hù)”，其原理接線如圖五；而電機(jī)“過負(fù)荷”與電機(jī)“失步”是完全不同的兩個(gè)概念，通過對(duì)電機(jī)失步時(shí)的示波照相分析其暫態(tài)過程，現(xiàn)場試驗(yàn)及實(shí)拍電機(jī)失步的暫態(tài)波形證明：用過負(fù)荷繼電器兼作失步保護(hù)，當(dāng)電機(jī)失步時(shí)，不能動(dòng)作，有的雖能動(dòng)作，但動(dòng)作延時(shí)加長，實(shí)際上起不到保護(hù)作用。如圖5所示的過流繼電器原理。
同步電機(jī)的失步事故主要分為失勵(lì)失步和帶勵(lì)失步兩類。
3．1、失勵(lì)失步是由于勵(lì)磁系統(tǒng)的原因，使同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組失去直流勵(lì)磁。由于球磨機(jī)的同步電機(jī)過載力矩很大，導(dǎo)致同步電動(dòng)機(jī)失去靜態(tài)穩(wěn)定，滑出同步。電機(jī)發(fā)生失勵(lì)失步時(shí)，負(fù)載基本不變，定子電流增大1.5～3倍，電機(jī)聲音異常，而GL型繼電器主要用于起動(dòng)時(shí)的電流保護(hù)，其整定值為6～7倍的額定值，所以GL型繼電器拒動(dòng)或動(dòng)作時(shí)間過長。在此情況下失勵(lì)失步一般不易被值班人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)，待發(fā)現(xiàn)電機(jī)冒煙時(shí)，電機(jī)已失步了相當(dāng)長時(shí)間，并已造成電機(jī)繞組或勵(lì)磁裝置的損壞。應(yīng)當(dāng)指出的是電機(jī)的失勵(lì)失步，大多不當(dāng)場損壞電機(jī)，出現(xiàn)電機(jī)冒煙后，停機(jī)常規(guī)檢查，往往又查不出毛病，電機(jī)還能再投入運(yùn)行。
由于失步運(yùn)行，在阻尼繞組中就流過超過額定電流數(shù)倍至數(shù)十倍的電流，尤其是負(fù)載較重時(shí)，由于轉(zhuǎn)差較大，所以流過阻尼繞組電流就更大。阻尼繞組的溫升和熱容量，一般是按短時(shí)工作制考慮的，由于長期流過大電流，必定會(huì)導(dǎo)致阻尼繞組溫度過高，造成開焊、籠條斷裂，甚至于阻尼繞組完全燒毀。正是在這種狀況下，使得電機(jī)的壽命大為縮短。需要指出的是，電機(jī)失勵(lì)失步時(shí)還會(huì)在轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生高電壓，造成勵(lì)磁裝置主回路元件損壞，引起滅磁電阻發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)甚至造成整臺(tái)勵(lì)磁裝置燒壞。
3．2、帶勵(lì)失步，是由于負(fù)載突增（如球磨機(jī)脹肚），電機(jī)在運(yùn)行中短時(shí)間嚴(yán)重欠勵(lì)磁；或電機(jī)起動(dòng)過程中勵(lì)磁系統(tǒng)過早投勵(lì)等原因引起的。
電機(jī)在帶勵(lì)失步時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)雖仍有直流勵(lì)磁，但勵(lì)磁電流及定子電流（包絡(luò)線）強(qiáng)烈脈動(dòng)，電機(jī)亦遭受強(qiáng)烈脈振，有時(shí)甚至產(chǎn)生電氣共振和機(jī)械共振。帶勵(lì)失步與失勵(lì)失步對(duì)電機(jī)造成的危害其性質(zhì)是一樣的。嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)斷軸事故。由于電機(jī)和主機(jī)是同軸運(yùn)行，電機(jī)的強(qiáng)烈脈振，同樣會(huì)波及到主機(jī)損傷，如緊固螺絲斷裂等。
四、勵(lì)磁系統(tǒng)改進(jìn)對(duì)策
我公司球磨機(jī)用同步電機(jī)損壞頻繁的主要原因如上述三條，其對(duì)策主要為：
1、主電路：采用無續(xù)流二極管的新型三相橋式半控整流電路（圖6所示），線路簡潔、可靠，通過設(shè)計(jì)合理選配滅磁電阻RF，分級(jí)整定KQ的開通電壓，當(dāng)電機(jī)在異步驅(qū)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，使KQ在較低電壓下便開通，電動(dòng)機(jī)具有良好的異步驅(qū)動(dòng)特性，有效地消除了原勵(lì)磁屏在電機(jī)異步暫態(tài)過程中所存在的脈振，滿足帶載起動(dòng)及再整步的要求；而當(dāng)電機(jī)在同步運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，KQ在過電壓情況下才開通，既起到保護(hù)元器件的作用，又使電機(jī)在正常同步運(yùn)行時(shí)，KQ不會(huì)誤導(dǎo)通。
2、投勵(lì)環(huán)節(jié)改進(jìn)：電機(jī)在起動(dòng)及再整步過程中，按照“準(zhǔn)角強(qiáng)勵(lì)磁整步”的原則設(shè)計(jì)。就物理概念而言，系指電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)入臨界滑差（即原來所謂的“亞同步”），按照電機(jī)投勵(lì)瞬間在轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生的磁場與定子繞組產(chǎn)生的磁場互相吸引力最大（即定子磁場的N極與投勵(lì)后轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的S極相吸，定子磁場的S極與投勵(lì)后轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的N極相吸）。在準(zhǔn)角時(shí)投入強(qiáng)勵(lì)，使吸力進(jìn)一步加大，這樣電機(jī)進(jìn)入同步便輕松、快速、平滑、無沖擊。投勵(lì)時(shí)的滑差大小，可通過數(shù)字式功能開關(guān)設(shè)定；對(duì)電機(jī)滑差大小的檢測(cè)，是根據(jù)裝置回路內(nèi)測(cè)取的轉(zhuǎn)子電壓波形，經(jīng)采樣后取得Uf，通過變換整形，變成方波，再經(jīng)過光電隔離，輸入電腦系統(tǒng)，最后準(zhǔn)確投勵(lì)。
改造后電機(jī)起動(dòng)及投勵(lì)過程的波形見圖7
為使電機(jī)運(yùn)行中勵(lì)磁電壓不致過高、過低或失控，在控制電路中設(shè)有1K、2K、3K功能開關(guān)。其中1K用來設(shè)定勵(lì)磁電壓的上限，它既作為設(shè)定勵(lì)磁裝置輸出直流電壓的上限，又作為電機(jī)起動(dòng)及再整步投強(qiáng)勵(lì)的設(shè)定值；2K用來設(shè)定電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁電壓；3K用來設(shè)定勵(lì)磁電壓的下限。投勵(lì)時(shí)，首先按1K強(qiáng)勵(lì)設(shè)定值運(yùn)行1秒鐘，然后自動(dòng)移至正常勵(lì)磁所設(shè)定的位置上。選用的LZK-3型裝置面板上有薄膜面板開關(guān)，按動(dòng)上升鍵或下降鍵，可以在1K及3K所設(shè)定范圍內(nèi)調(diào)整勵(lì)磁電壓大小。
由于全部采用數(shù)字化開關(guān)及電腦控制，使裝置性能穩(wěn)定。完全消除采用電位器控制時(shí)存在的諸多弊端。
3、失步保護(hù)裝置：其基本原理是利用同步電動(dòng)機(jī)失步時(shí)，在其轉(zhuǎn)子回路產(chǎn)生不衰減交變電流分量的特征，通過測(cè)取轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路交變電流信號(hào)，并對(duì)其波形特征進(jìn)行智能分析，快速、準(zhǔn)確判斷電機(jī)是否失步。對(duì)于各類失步，不管其滑差大小，裝置均能準(zhǔn)確動(dòng)作。根據(jù)具體情況，動(dòng)作于滅磁、再整步，或啟動(dòng)后備保護(hù)環(huán)節(jié)動(dòng)作于跳閘。而電機(jī)未失步，則不管其振蕩多大，裝置均不誤動(dòng)作。
其中圖8（a）、（b）、（c）勵(lì)磁回路已出現(xiàn)不衰減的交變電流信號(hào)，電機(jī)已失步，失步保護(hù)環(huán)節(jié)應(yīng)快速及時(shí)動(dòng)作；圖8（d）是同步振蕩，電機(jī)未失步，失步保護(hù)環(huán)節(jié)應(yīng)不誤動(dòng)作。對(duì)某些舊電機(jī)或已受暗傷的電機(jī)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子回路開路，此時(shí)勵(lì)磁回路電流突然下降至零，失步保護(hù)環(huán)節(jié)就應(yīng)快速動(dòng)作。本系統(tǒng)能根據(jù)勵(lì)磁回路電流波形準(zhǔn)確快速地分析電機(jī)是否已失步。
失步保護(hù)所取信號(hào)，是從串接在勵(lì)磁回路中的分流器上測(cè)取不失真的毫伏信號(hào)。此信號(hào)經(jīng)放大變換后輸入電腦系統(tǒng)，由電腦系統(tǒng)直接分析，并做出判斷輸出。
4、失步后帶載自動(dòng)再整步：正常運(yùn)轉(zhuǎn)中的同步電動(dòng)機(jī)，經(jīng)裝置檢測(cè)，判斷確認(rèn)已失步后，立即動(dòng)作于滅磁、異步驅(qū)動(dòng)、帶載再整步。
LZK-3型綜合控制器中的滅磁環(huán)節(jié)，是采用斷勵(lì)續(xù)流滅磁，即電機(jī)失步后，立即停發(fā)觸發(fā)脈沖，勵(lì)磁控制繼電器LCJ吸合，斷開勵(lì)磁接觸器控制回路及勵(lì)磁主回路。待整流主橋路可控硅關(guān)斷后，LCJ釋放，電機(jī)進(jìn)入異步驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。
電機(jī)一旦失步進(jìn)入異步運(yùn)行，必須改善電機(jī)的異步驅(qū)動(dòng)特性。在電機(jī)處于異步運(yùn)行狀態(tài)情況下，裝置自動(dòng)使KQJ繼電器處于釋放狀態(tài)，通過KQJ的常閉接點(diǎn)，使KQ可控硅在很低電壓下便開通，以改善電機(jī)的異步驅(qū)動(dòng)特性（圖9所示）。
同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子回路感應(yīng)出很高的電壓，此電壓會(huì)直接危及電機(jī)轉(zhuǎn)子的繞組絕緣，因此勵(lì)磁裝置要及時(shí)地在主機(jī)起動(dòng)過程中串接適當(dāng)?shù)臏绱烹娮琛?BR> 該勵(lì)磁裝置起動(dòng)滅磁回路中晶閘管KQ導(dǎo)通電壓采用高、低通電壓分級(jí)整定，保證主機(jī)良好的異步驅(qū)動(dòng)性能，如圖9所示。主機(jī)起動(dòng)時(shí)，通過電阻R7、R8、穩(wěn)壓管DW3分壓限幅將轉(zhuǎn)子兩端感應(yīng)的高電壓轉(zhuǎn)換為低電壓信號(hào)Uf，再經(jīng)RC（不在圖中）濾波、過零比較器處理、光電耦合器隔離后送至單片機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)檢測(cè)到該信號(hào)和合閘接觸器動(dòng)作信號(hào)后，使繼電器KM1處于釋放狀態(tài)，KQ在很低電壓（約12V）下便導(dǎo)通，轉(zhuǎn)子回路的正向電流經(jīng)KQ、滅磁電阻RF流過，反向電流經(jīng)二極管ZQ、RF流過，保證了正反向電流的對(duì)稱性，使主機(jī)起動(dòng)平穩(wěn)。當(dāng)主機(jī)起動(dòng)結(jié)束進(jìn)入同步后，微機(jī)自動(dòng)讓繼電器KM1、KM3動(dòng)作，KQ導(dǎo)通電壓轉(zhuǎn)入高通值（約250V）運(yùn)行，KQ自動(dòng)關(guān)斷。
為避免KQ因過電壓設(shè)定值太低或?qū)ê笥捎谡麟妷狠^高使整流電壓波形無過零點(diǎn)等原因關(guān)不斷，或因運(yùn)行中由于某種原因誤導(dǎo)通，造成RF長時(shí)間通電發(fā)熱燒壞，在裝置內(nèi)設(shè)有KQ誤導(dǎo)通檢測(cè)電路。若KQ未導(dǎo)通，在KQ與RF回路中，直流勵(lì)磁電壓全部降在KQ上，RF兩端無過電壓，處于冷態(tài)；一旦出現(xiàn)KQ導(dǎo)通后，直流勵(lì)磁全部降落在RF上，繼電器KM2線圈得電吸合，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，電腦系統(tǒng)接收到KQ誤導(dǎo)通信號(hào)后，先停發(fā)200ms脈沖，使整流電路轉(zhuǎn)入失控狀態(tài)，KQ在電流波形過零點(diǎn)自然關(guān)斷。若關(guān)不斷，電腦指令繼電器KM4（不在圖中）動(dòng)作，通過觸點(diǎn)接通報(bào)警回路，電鈴響起，并在液晶面板上使用漢字顯示“KQ誤導(dǎo)通”，提請(qǐng)現(xiàn)場值班人員檢查處理。
經(jīng)改造后，電機(jī)在起動(dòng)過程，轉(zhuǎn)子電流If波形曲線趨向平滑，KQ兩端的電壓U1一直為零，無任何尖端和毛刺，說明滅磁晶閘管導(dǎo)通非常及時(shí)，起動(dòng)回路特性很好。投勵(lì)后U1自動(dòng)轉(zhuǎn)為正常勵(lì)磁電壓，KQ已自動(dòng)關(guān)斷。
當(dāng)供電系統(tǒng)出現(xiàn)“自動(dòng)重合閘”、“備用電源自切”或“人工切換電源”時(shí)，將出現(xiàn)電能輸送渠道的短暫中斷。為防止電源恢復(fù)瞬間可能造成的“非同期沖擊”，由防沖擊檢測(cè)環(huán)節(jié)送給本裝置一對(duì)接點(diǎn)FCJ。電腦接收到FCJ接點(diǎn)信號(hào)后，將同樣動(dòng)作于滅磁、異步驅(qū)動(dòng)、帶載再整步。
5、后備保護(hù)環(huán)節(jié)：在同步電機(jī)或勵(lì)磁裝置出現(xiàn)再整步不成功、電機(jī)起動(dòng)后或失步后長時(shí)間不投勵(lì)、電機(jī)在投勵(lì)后拉不進(jìn)同步、起動(dòng)時(shí)間過長或熔斷器、可控硅、二極管、整流變壓器損壞等故障，使電機(jī)無法正常運(yùn)行時(shí)；為保證電機(jī)及勵(lì)磁裝置安全，裝置中特設(shè)了一個(gè)后備保護(hù)環(huán)節(jié)，動(dòng)作于跳閘停機(jī)。后備保護(hù)動(dòng)作跳閘后，控制面板上留有“后備保護(hù)動(dòng)作”信號(hào)，也便于分析和記錄。
6、可控硅誤導(dǎo)通檢測(cè)：設(shè)計(jì)時(shí)采取了對(duì)KQ可控硅的開通電壓實(shí)行分級(jí)整定，即電機(jī)在起動(dòng)過程及失步后的異步驅(qū)動(dòng)暫態(tài)過程中，為改善電機(jī)的異步驅(qū)動(dòng)特性，使KQ在很低電壓下便開通；而當(dāng)電機(jī)進(jìn)入同步后，KQ開通電壓設(shè)定值較高，主要是為了保護(hù)電機(jī)，保護(hù)可控硅、二極管，防止過電壓，因此，僅在出現(xiàn)過電壓情況下開通。
為避免KQ可控硅因過電壓設(shè)定值太低，或開通后關(guān)不斷，造成滅磁電阻RF長時(shí)間通電而過熱，裝置內(nèi)設(shè)有KQ誤導(dǎo)通檢測(cè)裝置，若KQ未導(dǎo)通，在KQ與RF回路，直流勵(lì)磁電壓全部降落在KQ上，在滅磁電阻RF兩端無電壓，滅磁電阻RF處于冷態(tài)；一旦出現(xiàn)KQ導(dǎo)通后，直流電壓降落在滅磁電阻上，裝置內(nèi)繼電器RFJ線圈得電吸合（見圖9），其接點(diǎn)信號(hào)輸入電腦系統(tǒng)，電腦接收到KQ導(dǎo)通信號(hào)（即RFJ接點(diǎn)信號(hào)）后，對(duì)于因過電壓引起的導(dǎo)通，電腦系統(tǒng)指令其過電壓消失后自動(dòng)關(guān)斷。對(duì)因電壓設(shè)定值太低造成的KQ誤導(dǎo)通，或?qū)ê箨P(guān)不斷，電腦指令控制報(bào)警繼電器BXJ閉合，通過其接點(diǎn)接通報(bào)警回路，并控制面板上“KQ誤導(dǎo)通”信號(hào)指示燈亮，發(fā)出聲光信號(hào)提請(qǐng)操作人員檢查處理。
7、失控檢測(cè)系統(tǒng)：由于外部因素，如觸發(fā)脈沖回路斷線或接觸不良，造成脈沖丟失，控制回路同步電源缺相或消失，主回路元件損壞（如熔斷器熔斷）造成主回路三相不平衡、缺相運(yùn)行，但未造成電機(jī)失步（若失步，則由失步再整步回路或后備保護(hù)環(huán)節(jié)處理），裝置能及時(shí)檢測(cè)到，若10秒鐘后故障仍未消除，裝置就控制報(bào)警繼電器BXJ閉合，通過其接點(diǎn)，接通報(bào)警回路，并控制面板上的“失控”信號(hào)指示燈亮，發(fā)出聲光信號(hào)。
失控或缺相檢測(cè)，基本原理是利用電機(jī)進(jìn)入同步后的正常運(yùn)行情況下，對(duì)直流勵(lì)磁電壓波形特征進(jìn)行分析，圖10是幾種典型的勵(lì)磁電壓波形，圖10（a）、（b）為正常運(yùn)行，圖10（c）為缺相運(yùn)行，圖10（d）為失控運(yùn)行。
當(dāng)控制器檢測(cè)到電機(jī)出現(xiàn)失步、勵(lì)磁裝置出現(xiàn)KQ可控硅誤導(dǎo)通、失控或由控制器后備保護(hù)環(huán)節(jié)動(dòng)作于電機(jī)跳閘時(shí)，控制器面板上分別備有各自的指示燈。按復(fù)歸按鈕，指示燈復(fù)位。其中KQ可控硅誤導(dǎo)通、失控，除有燈光信號(hào)外，電腦還控制報(bào)警繼電器吸合，由BXJ接點(diǎn)接通音響報(bào)警回路。按復(fù)位按鈕，報(bào)警繼電器BXJ復(fù)位。
五、技術(shù)改造后的效果
1.同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁裝置改造后，在異步驅(qū)動(dòng)過程中平滑、快速，完全消除了采用老式勵(lì)磁屏在電機(jī)異步暫態(tài)過程中所存在的脈振，滿足了帶載起動(dòng)及再整步的要求；其投勵(lì)按照“準(zhǔn)角強(qiáng)勵(lì)整步”的原則設(shè)計(jì)，具有強(qiáng)勵(lì)磁整步的功能，電機(jī)拉入同步的過程平滑、快速、可靠，大大減小了對(duì)電機(jī)的沖擊，也確保了同步電機(jī)的安全可靠運(yùn)行；其先進(jìn)完善可靠的帶勵(lì)失步、失勵(lì)失步保護(hù)系統(tǒng)，也保證了同步電動(dòng)機(jī)在發(fā)生帶勵(lì)失步和失勵(lì)失步時(shí)，快速動(dòng)作，保護(hù)電機(jī)，使電機(jī)免受損傷。這一技術(shù)改造措施，使我公司6KV高壓同步電動(dòng)機(jī)及勵(lì)磁屏故障率、維修量顯著降低，經(jīng)過3年運(yùn)行考驗(yàn)，受到基層維護(hù)人員的一致好評(píng)和充分肯定。
2.由于采用了先進(jìn)的電腦控制技術(shù)，所有控制過程均自動(dòng)處理，面板采用新型薄膜按鍵，具有完整、直觀的信號(hào)顯示系統(tǒng)，當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)失步，再整步后備保護(hù)跳閘、勵(lì)磁出現(xiàn)失控、裝置是否運(yùn)行正常等均有信號(hào)指示；核心部件同步電動(dòng)機(jī)綜合控制器也能指示自身是否發(fā)生故障，且具有不停機(jī)不減載，不損傷電機(jī)的情況下從容在線更換的功能，使整個(gè)操作更方便，性能也更穩(wěn)定可靠，有利于運(yùn)行操作人員的使用和監(jiān)控。
3.由于交流電網(wǎng)上的主要負(fù)荷是異步電機(jī)和配電變壓器等感性負(fù)載，它們都需要從電網(wǎng)吸收無功功率。根據(jù)同步電機(jī)的性質(zhì)（容性負(fù)載），如使其工作在過勵(lì)狀態(tài)，將滯后的無功功率發(fā)送給電網(wǎng)，可改善系統(tǒng)電網(wǎng)的功率因數(shù)。選用的LZK3型勵(lì)磁裝置設(shè)置了閉環(huán)恒功率因數(shù)調(diào)節(jié)，通過功率因數(shù)變送器，將主機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，經(jīng)過輸入/輸出板處理后給電腦系統(tǒng)采樣參數(shù)與設(shè)定數(shù)值進(jìn)行比較后，使用軟件實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)，這樣不管電機(jī)負(fù)載如何變化，勵(lì)磁裝置都能自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)，保持恒功率因數(shù)運(yùn)行，減少電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子、整流變壓器的損耗，與老式勵(lì)磁裝置相比真正意義上實(shí)現(xiàn)了同步電動(dòng)機(jī)的最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
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