摘要：同步電動(dòng)機(jī)其具有溫度低、運(yùn)行穩(wěn)定、輸出功率大等一系列優(yōu)點(diǎn)，特別是能向電網(wǎng)發(fā)送無(wú)功功率，支持電網(wǎng)電壓，提高功率因數(shù)。已在水利、排灌、化工等各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用。但是，長(zhǎng)期以來(lái)發(fā)生同步電動(dòng)機(jī)及其勵(lì)磁裝置損壞事故屢見(jiàn)不鮮。由于同步電動(dòng)機(jī)的頻繁損壞。直接影響安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、連續(xù)及穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重影響單位的經(jīng)濟(jì)效益。本文闡述同步電動(dòng)機(jī)頻繁損壞的根本原因不在電動(dòng)機(jī)本身，而在分立元件勵(lì)磁裝置技術(shù)性能太差。針對(duì)分立元件勵(lì)磁裝置技術(shù)性能的缺陷，提出切實(shí)可行，行之有效的改造技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：同步電動(dòng)機(jī) 勵(lì)磁裝置 損壞 脈振 失步

一、同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生的問(wèn)題

甘肅景電管理局一、二期工程共有同步電動(dòng)機(jī)63臺(tái)，其中2240KW同步電動(dòng)機(jī)24臺(tái);2000KW同步電動(dòng)機(jī)16臺(tái);1400KW同步電動(dòng)機(jī)23臺(tái)。經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，同步電動(dòng)機(jī)損壞主要表現(xiàn)在：定子繞組端部綁線崩斷，絕緣蹭壞，連接處開(kāi)焊;導(dǎo)線在槽口處及端點(diǎn)斷裂，齒壓板松動(dòng)，進(jìn)而引起短路;轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組接頭處產(chǎn)生裂紋，開(kāi)焊;短路環(huán)開(kāi)焊;局部過(guò)熱烤焦絕緣;轉(zhuǎn)子磁級(jí)的燕尾楔松動(dòng)，退出;轉(zhuǎn)子線圈絕緣損傷;起動(dòng)繞組籠條斷裂;電刷滑環(huán)松動(dòng);風(fēng)葉裂斷;定子鐵芯松動(dòng)，運(yùn)行中噪聲增大等故障。

按照電機(jī)的正常使用壽命(指線圈)應(yīng)在 20年左右，一般電機(jī)運(yùn)行所帶負(fù)載及溫升等主要技術(shù)指標(biāo)均在額定值以下，因此電機(jī)的正常使用壽命還應(yīng)更長(zhǎng)些。但據(jù)統(tǒng)計(jì)所損壞的同步電動(dòng)機(jī)，運(yùn)行時(shí)間大多在10年以下，有的僅運(yùn)行2～3年;有的電動(dòng)機(jī)剛大修好，投入運(yùn)行不到半年又再次嚴(yán)重?fù)p壞。電機(jī)損壞率高，人們一般認(rèn)為是電動(dòng)機(jī)制造質(zhì)量問(wèn)題，把問(wèn)題歸結(jié)到電機(jī)制造廠。為此多家電機(jī)制造廠，在制造工藝中對(duì)某些環(huán)節(jié)、部位進(jìn)行加強(qiáng)措施，但效果并不顯著，電機(jī)損壞事故仍不斷出現(xiàn)。

多年來(lái)，我們通過(guò)對(duì)本單位同步電動(dòng)機(jī)及勵(lì)磁裝置運(yùn)行長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)、分析和研究，到許多廠家和單位了解同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況，對(duì)大量調(diào)查研究數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析;對(duì)電機(jī)損壞現(xiàn)象作技術(shù)分析研究;對(duì)電機(jī)的起動(dòng)過(guò)程、投勵(lì)過(guò)程、滅磁過(guò)程、正常運(yùn)行中的各種典型狀態(tài)波形進(jìn)行攝片，對(duì)所攝波形特征進(jìn)行分析;上述各項(xiàng)分析研究結(jié)果表明

導(dǎo)致電機(jī)損壞的原因不在電機(jī)本身，其根本原因在電動(dòng)機(jī)外部，是電動(dòng)機(jī)所配勵(lì)磁裝置只能滿足一般基本使用功能，其技術(shù)性能很差所致。

1、目前所用的可控硅勵(lì)磁裝置，電機(jī)每次起動(dòng)均受損傷

甘肅景電管理局一期工程同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁裝置主電路為橋式半控勵(lì)磁裝置，其主電路(圖l)所示。

圖1半控橋式勵(lì)磁裝置主回路

圖2使用半控橋式勵(lì)磁裝置電機(jī)起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子回路波形

電機(jī)在起沖過(guò)程中，存在滑差，在轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)將感應(yīng)一交變電勢(shì)，其正半波通過(guò)Z Q形成回路，產(chǎn)生+if;而其負(fù)半波則通KQ及RF回路，產(chǎn)生-if，如(圖-2)所示。由于電路的不對(duì)稱，形成+if與-if電流不對(duì)稱，定子電流也因此而強(qiáng)烈脈動(dòng)，電機(jī)將遭受脈振轉(zhuǎn)矩強(qiáng)烈振動(dòng)，甚至在整個(gè)廠房?jī)?nèi)都可以聽(tīng)到電機(jī)起動(dòng)過(guò)程發(fā)出的強(qiáng)烈振動(dòng)聲。這種聲音一直持續(xù)到電機(jī)起動(dòng)結(jié)束才消失，電機(jī)起動(dòng)過(guò)程所受強(qiáng)烈脈振是電機(jī)損傷的重要原因之一。電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中定子電流及轉(zhuǎn)子電流變化波形如(圖-3)及(圖-2)所示。

圖3電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中定子電流波形

甘肅景電管理局二期工程同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁裝置主電路是全控橋(圖-4)，隨著電機(jī)起動(dòng)過(guò)程滑差減小，轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)感應(yīng)電勢(shì)逐步減小，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到50%以上時(shí)，勵(lì)磁回路感應(yīng)電流負(fù)半波通路不暢，將處于時(shí)通時(shí)斷，似通非通狀態(tài)，同樣形成+if與-if電流不對(duì)稱，由此同樣形成脈振轉(zhuǎn)矩，造成電機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，損壞電機(jī)。

圖4全控橋式勵(lì)磁裝置主回路

無(wú)論是全控橋，還是半控橋，電機(jī)起動(dòng)過(guò)程投勵(lì)時(shí)往往聽(tīng)到一聲沉悶的沖擊聲，且起動(dòng)投勵(lì)時(shí)投勵(lì)電流越大，聲音越響。一般可用減小勵(lì)磁電流的方法來(lái)減輕電機(jī)的沖擊，待電機(jī)起動(dòng)結(jié)束后，方將勵(lì)磁調(diào)正常。這是由于目前所用的可控硅勵(lì)磁裝置投勵(lì)時(shí)所選擇的“轉(zhuǎn)子位置角”極不合理。這種沖擊，同樣使電機(jī)遭受損傷。

由于可控硅勵(lì)磁裝置本身存在的上述缺陷，使電機(jī)在每次起動(dòng)過(guò)程中均遭受強(qiáng)烈脈振，在投勵(lì)時(shí)遭受沖擊損傷，但并不是一次就使電機(jī)當(dāng)場(chǎng)損壞，而是每次啟動(dòng)都使電機(jī)產(chǎn)生疲勞效應(yīng)，造成電機(jī)內(nèi)部暗傷，并逐步累積，發(fā)展成電機(jī)的內(nèi)部故障。

上述電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中所出現(xiàn)的脈振，投勵(lì)時(shí)受的沖擊，是由于勵(lì)磁裝置起動(dòng)回路及投勵(lì)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)不合理所造成，通過(guò)改善起動(dòng)回路及投勵(lì)時(shí)合理選擇轉(zhuǎn)子位置角，起動(dòng)過(guò)程中的脈振和投勵(lì)沖擊現(xiàn)象完全可以消除。

2、分立元件可控硅勵(lì)磁裝置無(wú)可靠的失步保護(hù)裝置，使電機(jī)不斷受到失步危害損壞。

分離元件可控硅勵(lì)磁裝置采用GL型反時(shí)限繼電器或用DL繼電器組成的定時(shí)限過(guò)流保護(hù)兼作失步保護(hù)，而電機(jī)“過(guò)負(fù)荷”與電機(jī)“失步“是完全不同的兩個(gè)概念，通過(guò)分析電機(jī)失步時(shí)的暫態(tài)過(guò)程，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及實(shí)拍的電機(jī)失步暫態(tài)波形，可以充分證明：用過(guò)負(fù)荷繼電器兼作失步保護(hù)，當(dāng)電機(jī)失步時(shí)，它不能動(dòng)作，有的雖能動(dòng)作，但動(dòng)作時(shí)延大大加長(zhǎng)，實(shí)際上起不到保護(hù)電機(jī)作用。

同步電機(jī)的失步事故可分為三類：即欠勵(lì)失步、過(guò)勵(lì)失步和斷電失步。

欠勵(lì)失步是由于勵(lì)磁系統(tǒng)的種種原因，使同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組失去直流勵(lì)磁或嚴(yán)重欠勵(lì)磁，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)滯后旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)很大角度(圖5-a)使同步電動(dòng)機(jī)失去靜態(tài)穩(wěn)定，滑出同步。電動(dòng)機(jī)發(fā)生欠勵(lì)失步時(shí)，丟轉(zhuǎn)不明顯，負(fù)載基本不變，定子電流過(guò)流不大，電機(jī)無(wú)明顯異常聲音，GL型繼電器往往拒動(dòng)或動(dòng)作時(shí)間大大加長(zhǎng)。欠勵(lì)失步一般不能被值班人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)，待發(fā)現(xiàn)電機(jī)冒煙時(shí)，電機(jī)已失步了相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間，并已造成了電機(jī)或勵(lì)磁裝置的損傷損壞。

電機(jī)的欠勵(lì)失步，大多不當(dāng)初損壞電機(jī)，而是造成電機(jī)設(shè)備的內(nèi)部暗傷，經(jīng)常出現(xiàn)電機(jī)冒煙后，查不出毛病，電機(jī)還能再投入運(yùn)行。但線棒的絕緣已受了很大的損傷。

欠勵(lì)失步主要會(huì)引起電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組，尤其是起動(dòng)繞組(阻尼條)的過(guò)熱、變形、開(kāi)焊，甚至波及到定子繞組端部。電機(jī)欠勵(lì)失步時(shí)在轉(zhuǎn)子回路還會(huì)產(chǎn)生高電壓，造成勵(lì)磁裝置主回路元件損壞，引起滅磁電阻發(fā)熱。嚴(yán)重時(shí)甚至造成整臺(tái)勵(lì)磁裝置燒壞事故。

過(guò)勵(lì)失步，是由于勵(lì)磁裝置故障或調(diào)節(jié)不當(dāng)?shù)仍蛟斐蓜?lì)磁電流增大，電機(jī)在過(guò)勵(lì)失步時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)雖仍有直流勵(lì)磁，但勵(lì)磁電流及定子電流都很大并且產(chǎn)生強(qiáng)烈脈振，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)超前旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)很大角度(圖5-b),有時(shí)甚至產(chǎn)生電磁共振和機(jī)械共振。過(guò)勵(lì)失步大多引起電機(jī)產(chǎn)生疲勞效應(yīng)，引起電機(jī)內(nèi)部暗傷，并逐步積累和發(fā)展。過(guò)勵(lì)失步所造成電機(jī)損傷主要表現(xiàn)在：定子繞組綁線崩斷，導(dǎo)線變酥，線圈表面絕緣層被振傷，并逐步由過(guò)熱而烤焦、燒壞，甚至發(fā)展成短路;轉(zhuǎn)子環(huán)連接部位開(kāi)焊變形;轉(zhuǎn)子磁極的燕尾楔松動(dòng)，退出;電刷滑環(huán)松動(dòng);定了鐵芯松動(dòng)。運(yùn)行中噪聲增大;嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)斷軸事故。由于電機(jī)和水泵是同軸運(yùn)行，電機(jī)的強(qiáng)烈脈振，同樣會(huì)波及到水泵損傷，如緊固螺絲斷裂等。

斷電失步是由于供電系統(tǒng)自動(dòng)重合閘ZCH裝置或備用電源自動(dòng)BZT裝置動(dòng)作，及人工切換電源，使交流電機(jī)供電電源輸送渠道短暫中斷而導(dǎo)致。它對(duì)電機(jī)的危害是非同期沖擊。這種沖擊的大小，與系統(tǒng)容量，線路組抗，電源中斷時(shí)間、負(fù)載性質(zhì)，特別是與電源重新恢復(fù)瞬間的電氣分離角有關(guān)。所以這種沖擊有可能使電機(jī)當(dāng)場(chǎng)損壞，也有可能根本感覺(jué)不到。這種運(yùn)行狀態(tài)是最為危險(xiǎn)的。

3、分離元件可控硅勵(lì)磁裝置，控制部分技術(shù)性能太差，同樣影響電動(dòng)機(jī)使用壽命。

在多年使用可控硅勵(lì)磁裝置中感到，勵(lì)磁裝置故障率太高，經(jīng)常出現(xiàn)起動(dòng)可控硅KQ誤導(dǎo)通，插件接觸不良，脈沖丟失，三相電流丟波缺相，不平衡，勵(lì)磁電流、電壓不穩(wěn)定，甚至直接引起電機(jī)失勵(lì)等故障，這是由于該勵(lì)磁裝置的控制部分存在很多缺陷，電機(jī)運(yùn)行的可靠性也因此得不到保障，它同樣是引起電機(jī)損傷的重要原因。

改造的勵(lì)磁裝置在技術(shù)上的主要特點(diǎn)

改造后電機(jī)在異步驅(qū)動(dòng)過(guò)程中平滑、快速，完全消除采用老式勵(lì)磁屏在電機(jī)異步暫態(tài)過(guò)程中所存在的脈振，滿足帶載起動(dòng)及再整步的要求。

投勵(lì)按照“準(zhǔn)角強(qiáng)勵(lì)整步”的原則設(shè)計(jì)，并具有強(qiáng)勵(lì)磁整步的功能，電機(jī)拉入同步的過(guò)程平滑、快速、可靠。

具有先進(jìn)完善的過(guò)勵(lì)失步，欠勵(lì)失步保護(hù)系統(tǒng)，保證電機(jī)發(fā)生過(guò)勵(lì)失步和欠勵(lì)失步時(shí)，快速動(dòng)作，以免電機(jī)受損傷。

水利(青海鋁廠39臺(tái);陜西交口抽渭管理局8臺(tái);永登水泥廠10臺(tái);景電管理局43臺(tái))等行業(yè)幾百臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)上廣泛應(yīng)用。即有6KV(10KV)高壓同步電動(dòng)機(jī)，也有380V低壓同步電動(dòng)機(jī);所改造的勵(lì)磁裝置有全控橋式勵(lì)磁裝置，也有半控橋式勵(lì)磁裝置;特別在水利行業(yè)受到廣大用戶及許多專家的一致好評(píng)和充分肯定。