同步電動機旋轉整流器故障分析與處理

于洪乾 張俊華 馬會茹 嚴榮強 谷亞岐

（萬華化學（寧波）有限公司，浙江 寧波 315812）

旋轉整流器作為無刷勵磁同步電動機的一個重要部件，其作用是將交流勵磁機產生的三相交流電經整流輸出直流對主電機轉子進行勵磁使得轉子轉速與定子旋轉磁場轉速保持一致，即達到同步運行。

同步機運行期間旋轉整流器與主電機保持同步運轉，因而其內部模塊安裝、電氣連線螺栓壓接等均需采取特殊的緊固措施。元件固定不牢、接線松動或虛接、二極管及晶閘管極性弄反等均會引起旋轉整流器內部模塊失效引起同步機故障。一旦同步機發生故障將導致生產裝置減產或停車，嚴重時甚至會導致產業鏈中斷。

旋轉整流器作為同步電動機的重要組成部分，其性能好壞直接決定同步電動機運行可靠性。研究旋轉整流器故障及內部模塊正確的維護保養方法對同步機可靠運行顯得尤為必要。

1 旋轉整流器原理

1.1 同步電動機

無刷勵磁同步電動機由主電機、交流勵磁機、旋轉整流器、靜態勵磁裝置四部分組成。其中前兩部分由電機廠生產，后兩部分由勵磁供應商配套提供。兩臺故障壓縮機選用驅動設備為 TAW2800-18/2600型無刷勵磁同步電動機（如圖1所示），配套勵磁系統為WLK-03SC型無刷靜態勵磁裝置。

圖1 同步電動機

同步電動機通過調節勵磁電流可以在超前功率因數下運行，有利于改善電網的功率因數，其運行穩定性也比較高。另外同步電動機一般是在過勵狀態下運行，其過載能力比相應的異步電動機大。因而大型工業生產中同步電動機應用非常廣泛，如大型鼓風機、水泵、球磨機、壓縮機、軋鋼機等。

1.2 旋轉整流器

旋轉整流器由盤體、控制模塊、整流功率模塊、起動功率模塊、電阻模塊（起動電阻或滅磁電阻）構成。旋轉整流器及各單元模塊實物如圖2所示。

圖2 旋轉整流器

各單元模塊具體功能如下：

1）控制模塊是整流器的核心控制部件，完成電機起動投勵，輸出觸發脈沖，開通功率模塊，并控制起動模塊對起動電阻的投入與切出。

2）整流功率模塊是整流器件，將交流勵磁機發出的交流電經過整流向主電機轉子繞組提供直流勵磁。

3）起動功率模塊：在電機異步驅動過程中，投入起動電阻并通過控制模塊完成起動電阻的自動退出。

4）起動電阻模塊：改善主電機異步驅動力矩，實現電機的平穩迅速無脈振起動，實物如圖3所示。

旋轉整流器主回路原理圖如圖4所示。整流回路采用三相半控橋式整流控制方式。整流功率模塊、起動功率模塊、起動電阻模塊主要性能參數見表1。

圖3 交流勵磁機

圖4 旋轉整流器原理圖

表1 單元模塊參數表

2 故障分析與處理

2.1 故障現象描述

2014年12月31日某壓縮機主備同步電動機在正常加載運行期間旋轉整流器先后發生異常。

故障現象描述如下：

1）a機電機起動勵磁不投勵，主機電流不下降，打開旋轉整流器發現控制模塊燒壞冒煙且伴有黑色液體滲出。

2）b機加載運行期間現場勵磁柜報旋轉整流器缺相報警，報警畫面如圖5所示。

圖5 勵磁柜故障報警

2.2 旋轉整流器缺相報警

當旋轉整流器內部發生失控、缺相等故障時，從靜態勵磁電流中檢測出相應頻率的交流諧波分量，以此來間接地判斷旋轉整流器缺相故障。旋轉整流器缺相時，電機及靜態勵磁的工況相應要變化。在負載不變時要保持功率因素正常，必須增大靜態勵磁電流；保持靜態勵磁電流不變時，功率因素將變為滯后。正常勵磁電壓波形如圖6所示，當旋轉整流器缺相時勵磁電壓波形如圖7所示。

圖6 正常勵磁電壓波形

圖7 缺相勵磁電壓波形

2.3 故障排查與分析

故障發生后現場人員配合廠方技術人員開展排查分析。

1）經現場解體檢查發現：a機旋轉盤起動模塊TD晶閘管擊穿，B相整流模塊3kGZ晶閘管擊穿，控制模塊KZMK燒毀，密封裂口，有黑煙冒出。B相整流模塊TDR2快熔上的交流勵磁機B相電源線接到B相3kGZ晶閘管陰極上（未區分好陰陽極，應接至3kGZ晶閘管陽極），B相3kGZ晶閘管陰極到轉子正極L1連線虛接松動。B相電源通過B相晶閘管觸發極GC引到控制模塊Bg，燒毀控制模塊致其失效；B相晶閘管觸發極因有大電流流過引起晶閘管損壞。更換新的控制模塊、3kGZ及TD晶閘管，電機起動運行正常。

2）b機旋轉盤A相整流模塊1kGZ晶閘管誤裝為二極管（晶閘管與二極管混淆使用），并且陰陽極裝反；TDR1快速熔斷器熔斷開路。B相無法工作引起報旋轉整流器缺相故障。更換新的晶閘管及熔斷器，電機起動運行正常。

3 經驗與體會

通過現場旋轉整流器解體檢查情況來看，本次故障發生的主要原因在于現場維護人員對旋轉整流器控制原理、接線方式及元器件原理、結構等認識不足，缺乏相應的專業維保技能。

1）a機故障是由于現場維護人員在做單元模塊參數檢測工作后沒有依據原理圖而僅憑個人理解進行接線，因接線不當導致部分模塊失效或燒毀，旋轉整流器無法正常工作。

2）b機故障是由于現場維護人員在做單元模塊參數檢測時發現A相整流模塊TDR1晶閘管參數不滿足表1要求后在進行備件選用時誤將二極管備件當做晶閘管進行替換（二極管與晶閘管均為平板式結構，從外觀結構看非常相似，不注意區分容易混淆弄錯），整流功率模塊如圖8所示。另外因工作疏忽未注意二極管極性導致反裝，最終導致A相整流單元無法正常工作，旋轉整流器缺相報警。

圖8 整流功率模塊

旋轉整流器維護保養需嚴格按照廠方提供的《勵磁系統維護作業書》要求開展工作。該故障發生與現場維護人員知識技能密切相關。通過該事件可以歸納總結出三點經驗教訓（關鍵控制點）供同行借鑒分享：

1）在單元模塊參數檢測拆接線過程中需嚴格參照旋轉整流器原理圖并及時做好標記。此舉可避免接線問題導致模塊失效事件發生。現場實際接線錯綜復雜，不能僅憑經驗或個人認知。

2）在元件選用時需了解二極管與晶閘管原理與結構，在實際應用時做好區分并根據現場情況做好標記。

3）二極管與晶閘管等含極性元件安裝時需嚴格分清極性，避免極性弄反導致元件失效引起故障發生。

4 結論

本文通過對同步電動機旋轉整流器進行故障分析、對策解決與經驗分享，為同行業旋轉整流器維護保養提供借鑒與幫助，避免類似事件再次發生。

[1] 中國核工業電機運行技術開發公司. 勵磁系統維護作業書[Z]. 2012.

[2] 中國核工業電機運行技術開發公司. WLK系列無刷同步電動機勵磁資料匯編[Z]. 2007.