某廠高壓同步電動機勵磁系統淺析

摘 ? ?要：勵磁系統是高壓同步機的核心組成部分，勵磁系統性能的好壞直接影響到電機運行的可靠性、安全性和穩定性。本文主要分析高壓同步機勵磁系統的結構、原理及運行維護相關事宜。

關鍵詞：高壓同步機;勵磁系統

中圖分類號：TM341 ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1004-7344（2019）03-0068-02

1 ?同步機及勵磁系統簡介

（1）同步電動機的轉子旋轉速度與定子繞組所產生的旋轉磁場的速度是一致的，所以稱為同步電動機。同步電動機的優點：過載能力強、功率因數高、轉速恒定以及轉矩受電源電壓影響小等。同步電動機的轉子轉速與磁極對數、電源頻率之間滿足n=60f/p。轉速n決定于電源頻率，所以當電源頻率一定時，其轉速不變，是個恒定值，且與負載無關。

（2）勵磁系統是同步電動機的核心組成部分。同步電機勵磁電源是指采用三相不可控整流橋將降壓后的交流電變為脈動的直流，然后用濾波電容將其濾波為較平滑的直流電壓，根據同步電動機的輸出電壓的變化，將所采集的反饋量與相應的給定值比較后，執行數字PID算法單片控制的通斷實現連續可調的脈沖電壓的一種電源。

（3）無刷勵磁是目前石油石化行業廣泛采用的勵磁技術，因取消了碳刷和滑環相關結構，杜絕了因碳刷和滑環接觸不良，碳刷長期磨損而出現的各類故障，使得無刷勵磁同步電動機維護量大大減小，像石油、化工、煤礦等行業應用日趨廣泛，是同步電機應用的發展趨勢。

2 ?無刷勵磁系統的構成

（1）勵磁系統由靜態勵磁裝置和旋轉整流器兩部分組成。

（2）靜態勵磁裝置一般設置在變電所，為勵磁機提供直流勵磁電源，同時也對同步電機提供相應的保護。完成勵磁系統的增減磁控制和報警功能。該勵磁系統采用全數字化控制技術，具有遠方通訊功能，以適應無人值守的工業現場要求。

（3）旋轉整流器由盤體、控制模塊、整流功率模塊、啟動功率模塊和啟動電阻構成（圖1）。安裝在電機轉子上。控制模塊是整流器的核心部件，它來完成電機的啟動。整流功率模塊屬于整流器件之一，包含于整流器當中，整流交流電，從而將勵磁電源提供給轉子繞組。在對功率模塊啟動時，其啟動過程中要將啟動電阻投入進去，從而對電機中的異步驅動力矩進行有效完善，確保電機啟動的穩定性。

3 ?勵磁系統的原理

3.1 ?無刷勵磁的原理

勵磁機的定子由靜態勵磁裝置供電，勵磁機轉子繞組與電動機轉子同軸。旋轉的勵磁機轉子繞組發出三相交流電，該三相交流電經整流后供給同步電動機的轉子繞組，產生勵磁電流。調節交流發電機的定子的勵磁電流，就可改變同步電動機勵磁繞組的勵磁電流。這種由勵磁發電機轉子發電，整流器在旋轉狀態下進行整流供給同步電動機轉子勵磁的方式，即為無刷勵磁。

3.2 ?旋轉勵磁系統工作原理

（1）旋轉勵磁系統由主回路和控制回路組成。

（2）主回路主要包括兩種電路，分別為啟動回路和三相半控橋式電路，具體如圖3所示，其中整流電路主要由整流模塊構成，數量為三個，具體如圖2所示，其主要涉及以下幾種工作模式，首先是截止狀態，主要是電機在啟動和異步再整步時出現，其次是投勵后變為整流狀況，回路啟動時由于啟動誤開，導致啟動回路出現關斷情況，以上幾種狀態模式能夠實現自動化的切換。

（3）在回路啟動過程中，主要由兩部分組成，一種是啟動電阻RF，另外一種是KQg旋轉功率模塊，但是主要由控制模塊來實施控制。在異步再整步和電氣啟動時，KQg模塊通常保持導通狀態，電阻啟動會與電機轉子回路進行連接，從而確保主電機能夠穩定啟動，在電機平穩運行過程中，KQg模塊中的可控硅會實現一種關斷狀態，導致啟動電阻RF退出回路，從而防止其出現發熱和發電情況，如果轉子回路發生過電壓情況，則其峰值超過KQg導通高定值時，啟動電阻重新接入電機轉子回路，通過電阻吸收過電壓。在旋轉勵磁系統中，啟動電阻、整流功率模塊及啟動模塊均安裝于旋轉整流盤上，便于維護檢修。控制模塊控制三相半控整流電路的工作狀況，在電機啟動和再整步過程中迅速、準確捕捉到滑差，把握時機進行投勵，使沖擊減到最小。

3.3 ?勵磁裝置工作原理

（1）主機系統：包括A＼B兩套微機系統，互為備用，可實現無擾動切換。每套系統都有控制處理器，CPU主機板是勵磁系統的控制中心，它接受從電機定子側傳送過來的信息，進行相應的計算及邏輯處理，產生結果控制勵磁電流輸出。

（2）勵磁系統的投勵控制：由靜態勵磁裝置和旋轉勵磁系統共同配合完成。靜態勵磁裝置投用后，主電機這時還未投勵。交流勵磁裝置投勵為旋轉勵磁系統的控制模塊提供了工作電源，旋轉勵磁系統的滑差檢測和啟動控制電路即投入工作。隨著主電機轉速的變化，滑差越來越小，當滑差小于控制模塊的整定值（轉速不小于95%額定值）即到亞同步狀態時，控制模塊輸出觸發脈沖信號，控制回路可控硅導通，給主電機投入勵磁電流。

（3）同步電機勵磁系統應具有自動滅磁功能：在啟動同步電機時，主要采用異步啟動方式，其中存在的定子繞組會以旋轉方式產生磁場，而旋轉場會切割轉子，使得交變電壓在轉子繞組中出現感應，一旦回路放掉沒有進行有效操作，則會導致人身安全和轉子繞組受到不同程度的傷害，所以，要積極應用自動滅磁，從而防止轉子繞組出現被擊穿情況。

4 ?某廠勵磁裝置優缺點分析

4.1 ?主要優點

（1）供電可靠性較高：勵磁裝置主電源采用雙回路電源，雙電源來自不同變壓器所帶的母線段。雙路電源互為備用，可實現自動切換，切換時間小于80ms。勵磁控制系統采用交直流電源雙路供電，當任一路電源消失時，另一路電源仍可保證本裝置正常工作。

（2）電路采用全數字化雙微機系統，一套工作，一套熱備用。故障時可自動無擾動切換至備用系統，也可手動切換。微機監控系統采用漢化觸摸屏人機界面，觀察直觀，操作方便。可隨時查看及修改相關參數，事件記錄中記載先關故障信息，便于分析解決問題。

（3）生產使用過程中維護方便。因取消了滑環碳刷相關結構部件，杜絕了碳刷打火、磨損等現象的出現，維護量大大減少。控制回路采用三相半控橋式整流電路，能滿足長周期運行要求。微機插件故障時可在不停機，不減載的情況下更換故障部件，維護簡單方便。

（4）勵磁系統具有旋轉整流器故障檢測功能，有較完善的保護功能。

（5）欠勵、過勵時報警并自動調節至正常功能。

4.2 ?缺 點

（1）同步電機在應用時，難以進行直接性的滅磁，因此需要利用回路方式實施滅磁，但是周期比較長。

（2）電機轉子電壓與電流在測量過程中不能直接實施。

（3）旋轉電器元件安裝在轉子上，要能承受較大的離心力。

（4）故障檢測及報警技術有待在生產實踐中考量。

5 ?勵磁系統的維護

勵磁系統的維護分靜態勵磁柜和旋轉整流部分兩部分進行，均需結合機組的大中修進行必要的檢查和處理。

（1）靜態勵磁裝置的維護：由于采用全數字控制技術，維護工作相對簡單，一般結合機組的檢修進行相應的檢查和處理。主要內容包括：清掃勵磁柜內部元器件灰塵，對電氣接線端子、連接處進行緊固，重點檢查繼電器、接觸器及CPU控制板有無明顯的腐蝕銹蝕現象，及時處理或更換。

（2）旋轉整流器的維護：對快速熔斷器、啟動電阻、各功率模塊進行檢查測試，檢查傳感器各項技術指標是否正常。電器元器件進行除塵和清掃，各接線端子進行緊固。啟動電阻應根據廠方技術要求定期進行更換，保證其正常工作。

6 ?結束語

以上簡單分析了某廠微機勵磁裝置的相關知識。同步電動機在生產運行過程中，不可避免的會受到各種干擾，可能造成同步機失去同步或者設備不同程度的受損。勵磁系統應能正確識別故障類型，進行相應地報警或者跳閘處理。電動機在短暫失步的情況下，勵磁系統應能可靠再整步，以保證系統連續可靠運行。勵磁系統的事故處理能力以及再整步的性能是否可靠，能否滿足生產運行的實際需求，有待在后續生產實踐中進行考證，也是我們在以后工作中需關注的重點。

參考文獻

[1]《無刷同步電動機智能全數字勵磁系統的研究》.武漢科技大學信息科學與工程研究院.

收稿日期：2018-12-13

作者簡介：邢小彥，維修保運部，電氣工程師。