一種實用的同步電動機微機勵磁

謝娓俠，岳 強

（臨汾熱電有限公司，山西 臨汾 041000）

1 同步電機在起動過程中需解決的問題

（1）同步電機在起動時可控硅整流橋沒有導通，此時，轉子繞組相當于開路，同步電機定子投入電源時，在勵磁繞組中會產生過電壓，其值可能達到額定勵磁電壓的十幾倍，嚴重時會損壞轉子絕緣，燒毀電機，為此必須解決電機在啟動過程中所遇到的轉子過壓、轉子繞阻開路問題。

（2）同步電機在起動時不能過早加入勵磁電流，否則，電機在啟動過程中會產生“堵轉”現象。同步電機不僅不能啟動，還會引起同步電機定子電流急劇增加，對電網電壓造成很大沖擊，嚴重時會燒毀電機，為此，必須解決電機在啟動過程中轉子何時投勵的問題。

（3）同步電機異步起動時，起勵電阻的大小直接影響著電機的起動。起勵電阻過大，起動時，轉子內感應電流小，在轉子上產生的起動力矩小，拉入同步時間長，定子過流時間長，容易損壞定子。起勵電阻過小，電機起動時轉子電流過大，容易損壞轉子。經實驗，起勵電阻一般為電機轉子電阻的6~8倍。

2 SAVR-2000型微機勵磁的邏輯功能

2.1 同步電機的啟動過程

見圖1，同步電機啟動時，首先給定子投入電源，在保證轉子不開路時，同步電機轉子繞組中感應出交流電壓，此電壓在轉子內部產生交流電流，其電流在定子旋轉磁場的作用下，產生力矩使轉子旋轉。同步電機異步起動接近同步轉速后，勵磁裝置投入方向一定的勵磁電流，從而在電機轉子上產生同步轉矩，將電機牽入同步轉速。同步電機起動至投入勵磁前的這段時間內，三相可控硅整流橋沒有觸發(fā)脈沖，處于阻斷狀態(tài)。同步電機起動過程中，轉子勵磁繞組感應出交流電壓，當轉子電壓為正半波，開始時，感應交流電壓未到起勵過電壓控制板整定電壓值,可控硅SCR7和SCR8沒有導通，感應電流是通過電阻Rfd1，R1，R2可變電阻W1及電阻R4，R5，可變電阻W2和放電電阻Rfd2回路，這樣外接電阻遠遠大于轉子勵磁繞組的直流電阻，勵磁繞組相當于開路起動，感應電壓急劇上升，當感應電壓瞬時值上升至起動過電壓起動控制板整定值時，此時可調電阻W1和W2的電壓等于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值和逆止二極管正向壓降及可控硅的控制極和陰極間的壓降，可控硅SCR7和SCR8就觸發(fā)導通，短接了電阻 R1，R2，R4，R5和可變電阻 W1，W2，同步電動機轉子勵磁繞組從相當于開路變?yōu)橹唤尤敕烹婋娮鑂f1，Rf2，此時，感應電壓峰值大大減弱，電動機起動力矩增大，直至此半波結束，當轉子電壓負半波時，可控硅 SCR7，SCR8由于反向電壓而自動關閉，續(xù)流二極管D2導通，電動機轉子只接入放電電阻 Rf1，Rf2起動，這樣周而復始，電動機在起動力矩作用下，轉速慢慢增加，直至亞同步轉速，勵磁電流投入后，電動機起動過程結束。

同步電機起動完結后，可控硅 SCR7，SCR8沒有關斷而這時三相可控整流橋交流側電源出現B相為正，A相或C相為負時，放電電阻Rfd1和可控硅SCR7被熄滅線短接?？煽毓鑃CR7沒有電流流過而自動關閉。等到三相可控橋交流側電源換相，即B相交流電源從正變到負，流經可控硅SCR8和放電電阻Rfd2的電流也從正轉到負，當電流減少到可控硅SCR8維持電流以下，可控硅SCR8自動關閉。圖1中從B相SCR7-K的連線稱為熄滅線。

圖1 同步電機的啟動過程

圖1中按鈕為起動過電壓控制板的測試按鈕，按下AN5，電阻R1，R2與R3并聯(lián)；R4，R5與R6并聯(lián)。由于R3和R6阻值較小，相對增加了可變電阻W1和W2的壓降，測試時，調節(jié)裝置在較低的整流電壓下，可控硅SCR7，SCR8導通，電壓表指示值為零。松開AN5，熄滅線將可控硅SCR7和SCR8關閉，電壓表回到原來的整流值。

結合以上分析，同步電機的起動過程同異步電機啟動一樣，但其轉子內電流的變化同異步電機不一樣。也就是說，同步電機啟動時，在勵磁電流到來之前，轉子速度變化是由慢—快—慢—快的過程，轉子速度變化的快慢取決于轉子內電流正負半波電流的大小變化，如果在異步加速過程中因機械過重或啟動回路電阻增大等原因，會引起同步電機的轉子轉速達不到亞同步，投不進勵磁，造成定子過流，則啟勵失敗。

2.2 SAVR-2000裝置勵磁控制邏輯

同步電機勵磁控制邏輯主要包括：電動機的啟動條件、投入勵磁電流的條件、停機滅磁條件、啟動失敗條件和勵磁電流失控保護條件。

（1）電動機的啟動條件是電動機定子開關閉合、6 kV開關閉合、電動機開始啟動，勵磁裝置開始進入開機流程，同時在勵磁裝置面板上還有現地開機和現地停機操作按鈕，在勵磁裝置軟件內，將開機令和現地開機信號，停機令和現地停機信號并聯(lián)使用。

（2）同步電機勵磁裝置投入勵磁條件有兩個：一個條件是滑差（同步電機的滑差就是同步電機啟動時，轉子的頻率與定子中旋轉磁場頻率差）小于2.5Hz，同時滿足順極性條件；另一個是定子電流小于整定值，同時定子電源投入后延時5 s。該裝置投入勵磁條件通過面板把手可以選擇。

（3）同步電壓停機滅磁邏輯為電動機定子電源分開。對于勵磁裝置而言，其遠方開機令或現地開機令為0，其遠方停機令或現地停機令為1，勵磁裝置投入逆變滅磁，勵磁電流衰減為0，勵磁裝置回到等待狀態(tài)，為電動機下一次啟動作準備。

（4）啟動失敗保護邏輯為電動機定子電源開關閉合后，延時10 s后，勵磁裝置輸出勵磁電流仍然小于30 A，電動機仍處于異步運行狀態(tài)，勵磁裝置輸出勵磁保護信號，作用于跳開電動機定子電源開關，電動機運行中止。

（5）勵磁電流失控保護邏輯為當勵磁裝置作為勵磁電流閉環(huán)調節(jié)時，勵磁電流測量值和給定值之間差值大于30 A，且其時間超過2 s，勵磁裝置即判斷勵磁電流失控，電動機處于失磁狀態(tài)或勵磁過流狀態(tài)，勵磁裝置輸出勵磁保護信號，作用于跳開電動機電源開關，電動機運行中止。

3 常見異常及故障處理

3.1 電動機失去勵磁電流

現象：勵磁裝置輸出電流到零。

在正常條件下，功率橋的輸出電流維持在給定值不變。如果電流值低于額定值10%（30 A）就作為故障對待。

勵磁裝置失磁可能有兩種原因：一是由功率柜元件損壞或快熔熔斷；二是勵磁電流丟失。

處理方法：電動機停機后，檢查勵磁裝置功率橋輸出信號及勵磁電源，必要時做勵磁裝置小電流試驗。

3.2 勵磁裝置過流

現象：勵磁裝置輸出電流失控。

在正常條件下，功率橋的輸出電流維持在給定值不變。如果電流值長時間超過勵磁電流整定值10%（30 A），就作為故障對待。

勵磁裝置過流原因可能為：一是功率柜元件發(fā)生擊穿；二是勵磁主回路發(fā)生短路。

處理方法：電動機停機后，檢查勵磁裝置功率橋輸出信號及勵磁電源，必要時做勵磁裝置小電流試驗。

3.3 電動機無法啟動

現象：正常開機時，勵磁裝置沒有輸出電流。

處理方法：應重點檢查下列項目：①6 kV開關觸點信號是否正確送給勵磁裝置？②啟動過程中，勵磁裝置是否有滑差信號輸出？③改變投勵方式，重新啟動電動機，是否成功？④功率橋交直流開關是否投入？⑤勵磁變壓器工作電源是否投入？

隨著計算機技術的成熟，防磁、抗振、容錯、高速、準確、大內存、多接口、可靠等多功能的實現，微機勵磁系統(tǒng)越來越顯示出它的實力。加之電子工業(yè)的發(fā)展，可控硅整流元器件的功率越來越大，解決發(fā)熱問題指日可待，微機勵磁前景廣闊。