有關無刷勵磁同步電動機的啟動失敗問題討論

吳建中

摘要：無刷勵磁同步電機是當前一種新型的電機，其在無電刷滑環結構方面也具有顯著的優勢，并且還具有可靠性等的特點。然而無刷勵磁同步電動機的勵磁結構比較復雜，容易造成同步電動機啟動失敗和運行異常。基于此，本文通過實例對無刷勵磁同步電動機的啟動失敗問題進行討論。

關鍵詞：啟動；無刷勵磁同步電機；故障

某無刷勵磁同步電動機空載試車，啟動中伴隨有劇烈振動和巨大聲響，電機轉速達到額定轉速的一半左右時不再加速，啟動持續長達15秒后電動機微機保護裝置的啟動超時動作跳閘。后經多次啟動，故障依然存在，且故障現象相同。本文由此進行相關論述。

一、無刷勵磁同步電機啟動失敗故障查找和解決

啟動電機前進行盤車無異常，電機處于單機試車，機械負載也不會影響到電機轉子加速。查同步電動機的電源電壓，啟動前10kV系統電壓為10.3kV，整個啟動過程系統電壓最低9.5kV，電源電壓滿足電機的啟動條件，不影響電機的啟動。對同步電動機進行檢查，測量電機定子繞組相間、對地絕緣為1000MΩ，電機轉子繞組對地絕緣500MΩ均正常。電機轉子繞組直阻0.4Ω，滅磁電阻2.0Ω，符合設計要求。檢查旋轉整流器的整流模塊時，發現使用萬用表二極管檔測量A相的晶閘管已經擊穿，其他B、C相晶閘管以及A、B、C相的二極管都正常。更換擊穿的晶閘管，并按照廠家的技術要求做了相應的調試試驗記錄。

檢修之后，啟動同步電動機時，電機平穩加速并且很快進入亞同步狀態，勵磁投勵之后電機順利的進入同步運行狀態，電機的整個啟動過程中振動和聲音均正常。

靜態小電流通電試驗接線示意圖：采用三相調壓器模擬交流勵磁機，為旋轉整流盤提供工作電源。為了使整流橋輸出為小電流，在滅磁電阻支路中串聯一電燈BD2，在整流橋輸出至電機轉子回路中串聯一電燈BD1（旋轉整流盤單獨測試時，可不接電機轉子繞組，電燈直接連至整流橋輸出正、負極上）。下述試驗時，三相調壓器副邊線電壓調至40V～100V（不超過交流勵磁機的額定輸出電壓，一般可從小到大逐步試驗）。

自動投勵性能檢測，合刀閘K1，經10～12秒左右，BD1燈亮，整流橋電壓波形為全波整流波形。

KQ開通、關斷性能檢測，電機啟動期間，KQ應導通，旋轉整流盤投勵后，KQ應由導通轉為關斷。

K1斷開后，將二極管D1按試驗接線圖與C（或A、或B）相可控硅并聯，合刀閘K1，BD2、BD1燈全為半亮，整流橋波形為失控波形，經10～12秒左右，控制模塊自動投勵，BD1由半亮轉為亮，BD2由半亮轉為滅，整流橋波形為全波整流波形。用短接線短接二極管ZQ的兩端，BD2、BD1燈轉為半亮，整流橋波形為失控波形。

二、無刷勵磁同步電機啟動失敗原因分析

該同步電動機采用異步直接啟動，依靠安裝在轉子磁極上的鼠籠導條產生異步轉矩，當定子繞組接入電網后，在氣隙中產生旋轉磁場，轉子的鼠籠導條中產生感應電流，此電流與旋轉磁場相互作用產生異步轉矩，使轉子轉動并加速。待機組轉速達到亞同步轉速時，將勵磁繞組通入直流電流，使轉子產生勵磁磁場，定子磁場與轉子磁場相互吸引而產生同步轉矩，把轉子牽入同步。因此，同步電動機的啟動過程分為靜止加速到亞同步轉速的異步啟動過程和從亞同步轉速加速到同步轉速的牽入過程。

在異步啟動過程中，勵磁繞組不允許直接通入勵磁電流，否則會增加定子繞組的損耗和發熱，嚴重時會產生堵轉和劇烈振動；但勵磁繞組也不允許開路，因為啟動瞬間和低轉速時，可能在勵磁回路中產生高電壓破壞勵磁繞組絕緣。隨著轉子轉速的升高，勵磁回路中的電壓逐漸降低，接近亞同步轉速時，電壓已降到很低。這時才允許將勵磁繞組通入勵磁電流，所以異步啟動過程中，必須將勵磁繞組短路。

在異步啟動過程中，存在著由鼠籠導條產生的異步轉矩Mz和勵磁繞組閉合產生的反向單軸轉矩Mp。將鼠籠導條所產生的異步轉矩與單軸轉矩相加，即得異步啟動過程中的合成轉矩M。當勵磁回路中沒有串電阻或串入的電阻太小時，電動機的合成轉矩將在轉差率S=0.5時產生最小轉矩Mmin。如果負載阻力矩大于或等于電動機最小合成轉矩Mmin時，電動機停在額定轉速一半的附近不能繼續加速。為了限制單軸轉矩對啟動的不利影響，往往在勵磁繞組中串入3—l0倍于勵磁繞組電阻的附加電阻來限制單軸轉矩。由于本次故障中旋轉整流器的晶閘管擊穿，使得電機異步啟動時附加電阻RF被旁路短接，勵磁繞組閉合后產生的單軸轉矩沒有加以限制，才使得電機轉速達到一半時啟動轉矩變小造成啟動失敗。

三、小結

綜上所述，本文對一起無刷勵磁同步電機啟動失敗的故障進行查找和解決，并對其啟動失敗的原因進行了分析。無刷勵磁的旋轉整流器由電力電子元件組成且容易損壞，使用單位應準備充足的備件，同時要特別注意旋轉整流器故障后產生的單軸轉矩的不利影響，以免造成啟動失敗。

參考文獻：

[1]張常在.自并勵在同步發電機勵磁系統的應用[J].中國電力教育，2010（S1）.

[2]劉業勝.無刷勵磁系統旋轉二極管監測方法及其適用性分析[J].電工技術，2010（03）.

（作者單位：廣東茂化建集團有限公司）