無刷同步電動機微機勵磁裝置過勵報警故障處理

(河南能源化工集團 安化公司，河南 安陽 455133)

?

無刷同步電動機微機勵磁裝置過勵報警故障處理

許江鑫

(河南能源化工集團 安化公司，河南 安陽 455133)

介紹了6 kV、3 300 kW無刷同步電動機在運行過程中微機勵磁裝置多次出現過勵限制報警的故障現象，通過對靜態勵磁系統和旋轉勵磁系統進行排查，發現了故障問題并進行了處理。

無刷同步電動機 ； 勵磁裝置 ； 過勵限制 ； 處理方法

0 前言

河南能源化工集團安化公司主要產品乙二醇，年生產能力為20萬t，其外圍配套項目九龍站6 kV高壓室和凈化PSA高壓配電室，分別帶有5臺3 300 kW水煤氣壓縮機和3臺1 800 kW氫氣壓縮機，在生產運行過程中，凈化6 kV、3 300 kW水煤氣無刷同步電動機微機勵磁裝置多次發生過勵限制報警故障，一旦出現報警故障，勵磁系統控制柜只能調節為手動恒定的勵磁電流調節，才能消除報警故障，無法實現雙閉環勵磁調節方式，所以就無法保證同步電機出現的超額運行及輕載運行的穩定性，對設備的安全運行造成一定的隱患。

1 無刷勵磁同步機出現故障的排查及測試

1.1靜態勵磁裝置的排查和測試情況

①在水煤氣壓縮機停機狀態下，斷開勵磁裝置雙路AC380 V輸入電源。利用萬用表測量功率單元內的三相整流橋模塊-V1，絕緣柵雙極晶閘管模塊-V2、-V3，檢查確認各二極管及絕緣柵雙極型晶體管參數正常。其中二極管的測試方法較為簡單，檢查絕緣柵雙極晶閘管的好壞時，首先將萬用表撥在R×10 kΩ檔位，用黑表筆接絕緣柵雙極晶閘管的集電極，紅表筆接絕緣柵雙極晶閘管的發射極，此時萬用表的指針在零位，此時用手指同時觸及一下柵極和集電極，這時絕緣柵雙極晶閘管被觸發導通，萬用表的指針擺向阻值較小的方向，并能保持住指示在某一位置，然后再用手指同時觸及一下柵極和發射極，這時絕緣柵雙極晶閘管被阻斷，萬用表的指針回零，即可判斷絕緣柵雙極晶閘管完好。②用萬用表測試其它電器元件，檢查、測試好壞。③排除硬件故障的情況后，恢復勵磁柜系統的交流供電電源，檢查人機界面的觸控面板有無故障報警信號，然后進入靜態勵磁系統操作顯示主畫面，對各配置參數進行核對，檢查參數有無改動或丟失情況。④將微機勵磁裝置上調試/工作位置打到調試位置，靜態勵磁開始工作，調試到手動控制模式，用控制柜上增磁、減磁按鈕開關，分別進行增磁和減磁試驗，檢查勵磁電流表的指示是否正常。

1.2旋轉勵磁系統的檢查和測試情況

①旋轉勵磁系統主要有選裝整流盤體、主控制模塊、整流功率模塊、啟動功率模塊、電阻模塊。主控模塊是整流器的核心控制器，是完成電動機投勵，輸出觸發脈沖，開通功率模塊并控制啟動模塊對啟動電阻的投入與切除。整流功率模塊是整流器的整流器件，將交流勵磁機發出的交流電經整流向主電機轉子繞組提供勵磁。啟動功率模塊在電機異步驅動過程中，投入啟動電阻，改善主電機異步驅動力矩，實現電機平穩迅速無脈振啟動，并通過控制模塊完成，啟動電阻的自動退出，無刷同步機旋轉勵磁系統電氣原理圖如圖1所示。

由圖1可知，靜態勵磁裝置輸出的勵磁電流供給同步電機同軸安裝的交流勵磁機的定子勵磁繞組，同步機在異步啟動過程中，交流勵磁機通過自身的旋轉電樞式結構，使轉子電樞切割定子磁場，產生三相對稱交流電，經過硅整流管整流后送入同步電機的轉子勵磁繞組上，作為同步機的勵磁電流。圖1中的主控制模塊是核心控制器，該模塊電子器件采用環氧樹脂全密封結構；啟動模塊是由二極管和可控硅反并聯組成，用于電機異步啟動過程中投入和切除8個滅磁電阻的裝置；3塊三相半控橋功率模塊由三組完全相同的可控硅和二極管串聯組成，啟動模塊和整流模塊的觸發脈沖主要由主控模塊供給。在檢查之前，首先辦理好各種檢修工作票及做好安全措施后，打開現場勵磁機的后蓋，用萬用表按順序依次測試各模塊的各項參數。

2 旋轉勵磁系統各模塊的測試數據

主控模塊、整流模塊、啟動模塊的測試情況如下。

2.1主控模塊的測試

主控模塊的電阻測量數據如表1所示。

表1 主控模塊的電阻測量數據

2.2整流模塊和啟動模塊的測試

整流模塊、啟動模塊可控硅(T1、T2、T3、T4)測量數據均大于0.5 MΩ，測試時應解開轉子處接線，紅筆代表陽極，黑筆代表陰極。

其中可控硅T1、T2、T3分別與二極管D1、D2、D3組成三個整流模塊(ZL)。可控硅T4和二極管D4組成一個起動模塊(QD)。

在序號1、2、3測量時，如果讀數有問題應解開交流勵磁機輸入至整流盤接線(A、B、C)，再次分別測量確認問題所在。整流模塊、啟動模塊二極管(D1、D2、D3、D4)的測量數據讀數均為0.28 V，測試時應解開轉子處接線，紅筆代表陽極，黑筆代表陰極。

序號1、2、3測量時如有問題應解開交流勵磁機輸入至整流盤接線(A、B、C)，再次分別測量確認問題所在。

通過以上對各模塊的可控硅、二極管的測量，可以確認元件的好壞。

2.3滅磁電阻的測試

滅磁電阻常規的安裝方式是安裝在轉子支架上面，由8個電阻串聯組成，電阻一端接啟動模塊的中心接線柱，另一端接2#母排，并在靠近2#母排端取一個電阻作為采樣信號，連接到主控模塊9#端子，通過短接L1、L2，用500 V搖表測量L1對地絕緣，測試時應>5 MΩ為正常值。

3 無刷勵磁同步機檢查結果

通過以上的測試方法，在逐個測試過程中發現B相整流模塊的可控硅阻值偏差較大，隨即對整流模塊的門極接線進行檢查，發現門極引腳根部出現松動情況，并且出現輕微裂紋痕跡，導致同步機在運行過程中B相觸發脈沖丟失。此時整流橋的輸出電壓波形出現缺相情況，從而使整流橋的輸出勵磁電壓平均值減小，因此運行的同步機在恒定的負荷下運行，勵磁電流的突然減小必將引起同步機定子電流的增大和功率因數稍微滯后。同步電動機的勵磁系統為了保證電機功率因數保持超前，就強制勵磁系統輸出一個較高的電流值，同時旋轉整流后的轉子勵磁電流也會增大，從而抑制了電機定子電流的增大，保證了電機不至于失步。在靜態勵磁系統發出強勵信號時，也啟動了強勵計時，如果在計時時間里電機恢復正常，則系統不會報任何故障，如果強勵時間到，觸發脈沖沒有恢復，則這時靜態勵磁系統就會鎖定可控硅的初始觸發角，同時在勵磁柜觸摸屏上顯示過勵限制故障。

4 無刷勵磁同步機檢查結果的處理方法

通過上述檢查結果已經清楚地判斷出是整流模塊的故障后，需要用相同型號的整流功率模塊進行更換，并對其它整流模塊的可控硅門極進行檢查、接線緊固后，恢復勵磁機后蓋，進行通電試運行，在空載運行下，讓電機運行1 h，密切觀察勵磁機和電機電流變化情況，一切平穩運行后對同步電動機進行帶負荷運行，在運行過程中，觀察勵磁電壓、勵磁電流、電機定子電流數據，未發現異常情況。

5 總結

從同步電動機勵磁柜報故障的情況，通過故障分析及處理，從中得到了許多無刷勵磁系統的知識及各種模塊的檢測方法，同步電動機在停車檢修過程中，不僅要檢查電機外部器件，還要檢查旋轉整流部分，特別是對各個模塊的接線、引腳等薄弱環節進行細致的檢查，因為這些模塊的接線都在旋轉整流盤上隨電機一直在旋轉運行，不斷受到旋轉離心力的作用，難免出現接線松動及接線柱老化受損等情況，一旦出現過勵等故障情況，電機的定子電流會首先增大，造成高溫發熱情況，這樣對同步機的定子線圈的絕緣危害很大，另外過勵對勵磁機的勵磁繞組和同步機的轉子繞組也有一定的危害作用，因此在無刷勵磁同步機的日常維護過程中，旋轉勵磁機內各模塊的維護和保養尤為重要。

深圳先進院研發出新型低成本雙碳鉀離子電池技術

近日，中國科學院深圳先進技術研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳及其研究團隊成功研發出了一種新型高性能、低成本雙碳鉀離子電池。

鋰離子電池已廣泛應用于便攜式電子設備、儲能設備等領域。但隨著鋰離子電池逐漸應用于智能手機、電動汽車等領域，鋰的需求量逐年快速增長，而鋰的全球儲量又十分有限且分布不均，造成原材料價格上漲迅猛，嚴重制約了我國低成本、高性能儲能器件領域的快速發展。鉀元素由于具有和鋰相似的物理化學性質，且其儲量豐富，成本低廉，且與鈉相比具有更低的氧化還原電位，使得基于鉀離子的二次電池體系受到廣泛關注。此外，近年來，雙碳電池由于其正負極都采用環保廉價的石墨材料，具有成本低廉、工作電壓高等優勢，受到業界廣泛關注。

結合鉀離子電池與雙碳電池各自的優點，唐永炳及其團隊成員季必發、張帆等人成功研發出一種新型高性能、低成本、環保友好的雙碳鉀離子電池。該電池采用中間相碳微球為負極，膨脹石墨作為正極；電解液采用廉價易得的六氟磷酸鉀作為鉀鹽電解質溶于有機溶劑中。其反應機理為：充電時，電解液中的鉀離子運動到中間相碳微球負極表面，并嵌入石墨層中，同時六氟磷酸根陰離子插層到正極石墨中；放電時，鉀離子從負極石墨層中脫出，同時正極石墨中的六氟磷酸根脫嵌回到電解液中。

研究表明，該新型廉價雙碳鉀離子電池的放電中值電壓高達4.5 V，單個紐扣電池就能同時點亮兩顆LED燈，并且電池充放電循環100圈后，容量幾乎沒有衰減，使得其可以滿足高電壓器件的要求。相對于現有傳統鋰離子電池技術，該新型電池將大幅降低生產成本，還具有環保友好、安全性高、能量密度相對較高等優點，因此在大規模可再生清潔能源儲存、通訊備用電源等領域具有廣泛的應用前景。

2017-03-27

許江鑫(1986-)，男，助理工程師，從事電氣管理與維修工作，電話：18238567828，E-mail：xujiangxin86@163.com。

TQ050.7

：B

：1003-3467(2017)07-0041-03