一種實用的同步電動機微機勵磁

謝娓俠，岳 強

（臨汾熱電有限公司，山西 臨汾 041000）

1 同步電機在起動過程中需解決的問題

（1）同步電機在起動時可控硅整流橋沒有導通，此時，轉子繞組相當于開路，同步電機定子投入電源時，在勵磁繞組中會產生過電壓，其值可能達到額定勵磁電壓的十幾倍，嚴重時會損壞轉子絕緣，燒毀電機，為此必須解決電機在啟動過程中所遇到的轉子過壓、轉子繞阻開路問題。

（2）同步電機在起動時不能過早加入勵磁電流，否則，電機在啟動過程中會產生“堵轉”現象。同步電機不僅不能啟動，還會引起同步電機定子電流急劇增加，對電網電壓造成很大沖擊，嚴重時會燒毀電機，為此，必須解決電機在啟動過程中轉子何時投勵的問題。

（3）同步電機異步起動時，起勵電阻的大小直接影響著電機的起動。起勵電阻過大，起動時，轉子內感應電流小，在轉子上產生的起動力矩小，拉入同步時間長，定子過流時間長，容易損壞定子。起勵電阻過小，電機起動時轉子電流過大，容易損壞轉子。經實驗，起勵電阻一般為電機轉子電阻的6~8倍。

2 SAVR-2000型微機勵磁的邏輯功能

2.1 同步電機的啟動過程

見圖1，同步電機啟動時，首先給定子投入電源，在保證轉子不開路時，同步電機轉子繞組中感應出交流電壓，此電壓在轉子內部產生交流電流，其電流在定子旋轉磁場的作用下，產生力矩使轉子旋轉。同步電機異步起動接近同步轉速后，勵磁裝置投入方向一定的勵磁電流，從而在電機轉子上產生同步轉矩，將電機牽入同步轉速。同步電機起動至投入勵磁前的這段時間內，三相可控硅整流橋沒有觸發脈沖，處于阻斷狀態。同步電機起動過程中，轉子勵磁繞組感應出交流電壓，當轉子電壓為正半波，開始時，感應交流電壓未到起勵過電壓控制板整定電壓值,可控硅SCR7和SCR8沒有導通，感應電流是通過電阻Rfd1，R1，R2可變電阻W1及電阻R4，R5，可變電阻W2和放電電阻Rfd2回路，這樣外接電阻遠遠大于轉子勵磁繞組的直流電阻，勵磁繞組相當于開路起動，感應電壓急劇上升，當感應電壓瞬時值上升至起動過電壓起動控制板整定值時，此時可調電阻W1和W2的電壓等于穩壓管的穩壓值和逆止二極管正向壓降及可控硅的控制極和陰極間的壓降，可控硅SCR7和SCR8就觸發導通，短接了電阻 R1，R2，R4，R5和可變電阻 W1，W2，同步電動機轉子勵磁繞組從相當于開路變為只接入放電電阻Rf1，Rf2，此時，感應電壓峰值大大減弱，電動機起動力矩增大，直至此半波結束，當轉子電壓負半波時，可控硅 SCR7，SCR8由于反向電壓而自動關閉，續流二極管D2導通，電動機轉子只接入放電電阻 Rf1，Rf2起動，這樣周而復始，電動機在起動力矩作用下，轉速慢慢增加，直至亞同步轉速，勵磁電流投入后，電動機起動過程結束。

同步電機起動完結后，可控硅 SCR7，SCR8沒有關斷而這時三相可控整流橋交流側電源出現B相為正，A相或C相為負時，放電電阻Rfd1和可控硅SCR7被熄滅線短接。可控硅SCR7沒有電流流過而自動關閉。等到三相可控橋交流側電源換相，即B相交流電源從正變到負，流經可控硅SCR8和放電電阻Rfd2的電流也從正轉到負，當電流減少到可控硅SCR8維持電流以下，可控硅SCR8自動關閉。圖1中從B相SCR7-K的連線稱為熄滅線。

圖1 同步電機的啟動過程

圖1中按鈕為起動過電壓控制板的測試按鈕，按下AN5，電阻R1，R2與R3并聯；R4，R5與R6并聯。由于R3和R6阻值較小，相對增加了可變電阻W1和W2的壓降，測試時，調節裝置在較低的整流電壓下，可控硅SCR7，SCR8導通，電壓表指示值為零。松開AN5，熄滅線將可控硅SCR7和SCR8關閉，電壓表回到原來的整流值。

結合以上分析，同步電機的起動過程同異步電機啟動一樣，但其轉子內電流的變化同異步電機不一樣。也就是說，同步電機啟動時，在勵磁電流到來之前，轉子速度變化是由慢—快—慢—快的過程，轉子速度變化的快慢取決于轉子內電流正負半波電流的大小變化，如果在異步加速過程中因機械過重或啟動回路電阻增大等原因，會引起同步電機的轉子轉速達不到亞同步，投不進勵磁，造成定子過流，則啟勵失敗。

2.2 SAVR-2000裝置勵磁控制邏輯

同步電機勵磁控制邏輯主要包括：電動機的啟動條件、投入勵磁電流的條件、停機滅磁條件、啟動失敗條件和勵磁電流失控保護條件。

（1）電動機的啟動條件是電動機定子開關閉合、6 kV開關閉合、電動機開始啟動，勵磁裝置開始進入開機流程，同時在勵磁裝置面板上還有現地開機和現地停機操作按鈕，在勵磁裝置軟件內，將開機令和現地開機信號，停機令和現地停機信號并聯使用。

（2）同步電機勵磁裝置投入勵磁條件有兩個：一個條件是滑差（同步電機的滑差就是同步電機啟動時，轉子的頻率與定子中旋轉磁場頻率差）小于2.5Hz，同時滿足順極性條件；另一個是定子電流小于整定值，同時定子電源投入后延時5 s。該裝置投入勵磁條件通過面板把手可以選擇。

（3）同步電壓停機滅磁邏輯為電動機定子電源分開。對于勵磁裝置而言，其遠方開機令或現地開機令為0，其遠方停機令或現地停機令為1，勵磁裝置投入逆變滅磁，勵磁電流衰減為0，勵磁裝置回到等待狀態，為電動機下一次啟動作準備。

（4）啟動失敗保護邏輯為電動機定子電源開關閉合后，延時10 s后，勵磁裝置輸出勵磁電流仍然小于30 A，電動機仍處于異步運行狀態，勵磁裝置輸出勵磁保護信號，作用于跳開電動機定子電源開關，電動機運行中止。

（5）勵磁電流失控保護邏輯為當勵磁裝置作為勵磁電流閉環調節時，勵磁電流測量值和給定值之間差值大于30 A，且其時間超過2 s，勵磁裝置即判斷勵磁電流失控，電動機處于失磁狀態或勵磁過流狀態，勵磁裝置輸出勵磁保護信號，作用于跳開電動機電源開關，電動機運行中止。

3 常見異常及故障處理

3.1 電動機失去勵磁電流

現象：勵磁裝置輸出電流到零。

在正常條件下，功率橋的輸出電流維持在給定值不變。如果電流值低于額定值10%（30 A）就作為故障對待。

勵磁裝置失磁可能有兩種原因：一是由功率柜元件損壞或快熔熔斷；二是勵磁電流丟失。

處理方法：電動機停機后，檢查勵磁裝置功率橋輸出信號及勵磁電源，必要時做勵磁裝置小電流試驗。

3.2 勵磁裝置過流

現象：勵磁裝置輸出電流失控。

在正常條件下，功率橋的輸出電流維持在給定值不變。如果電流值長時間超過勵磁電流整定值10%（30 A），就作為故障對待。

勵磁裝置過流原因可能為：一是功率柜元件發生擊穿；二是勵磁主回路發生短路。

處理方法：電動機停機后，檢查勵磁裝置功率橋輸出信號及勵磁電源，必要時做勵磁裝置小電流試驗。

3.3 電動機無法啟動

現象：正常開機時，勵磁裝置沒有輸出電流。

處理方法：應重點檢查下列項目：①6 kV開關觸點信號是否正確送給勵磁裝置？②啟動過程中，勵磁裝置是否有滑差信號輸出？③改變投勵方式，重新啟動電動機，是否成功？④功率橋交直流開關是否投入？⑤勵磁變壓器工作電源是否投入？

隨著計算機技術的成熟，防磁、抗振、容錯、高速、準確、大內存、多接口、可靠等多功能的實現，微機勵磁系統越來越顯示出它的實力。加之電子工業的發展，可控硅整流元器件的功率越來越大，解決發熱問題指日可待，微機勵磁前景廣闊。