三相半控橋式勵磁裝置在高壓同步電動機上的應用

孫明山

濟鋼煉鐵廠，山東 濟南 250101

1 概述

1.1 現場概況

濟鋼3#120m2燒結機主抽風機采用一臺TD4000-6，額定功率為4000kW的高壓同步電動機。其定子額定電壓10kV，額定電流265A；轉子直流勵磁定電壓78V，勵磁電流258A。同步電動機由于其具有一系列優點，特別是轉速穩定、單機容量大、能向電網發送無功功率，支持電網電壓，在濟鋼煉鐵廠已得到廣泛應用。同步電動機擔負著生產的重任，其一旦停機或故障，將嚴重影響連續生產，特別嚴重的電機設備事故將導致停產時間的延長，造成我廠燒結礦產量的嚴重損失，建廠以來發生同步電動機及其勵磁裝置損壞事故也屢見不鮮。為了穩定生產我們決定選用一種故障率低，運行效果比較理想的勵磁裝置來輔助該電動機運行。

1.2 勵磁選型

勵磁控制系統按主回路控制方式分為半控、全控橋勵磁兩種。全控橋式勵磁裝置采用逆變滅磁，可靠性低，穩定性差；電機運行時滅磁電阻長期發熱；不停機不能更換控制組件；停機要保正控制回路不失電。半控斷勵續流滅磁或阻容滅磁，可靠性高；系統可以利用半控橋式主電路的結構特點，實現不停機更換勵磁控制插件；線路相對簡潔可靠。所以本臺同步電動機配套使用的勵磁裝置選用主回路采用無續流二極管三相半控橋式電路。良好的啟動控制回路，保證電機啟動時無脈振，并使電機在失步后的再整步過程中有良好的再整步特性。即使在少有的控制插件故障、冷卻風機單元、滅磁單元故障時，仍可保證電機穩定同步運轉。本裝置由外部可靠的直流220V供電，裝置內設有經交流整流后的直流后備電源，當外部直流電源失電時，直流后備電源會無延時地自動投入工作。自投產以來此勵磁裝置運行穩定，保證了電動機安全起動及運行。

2 工作原理

圖1 啟動控制回路原理圖

該勵磁裝置的主要部分就是啟動控制回路，如圖1所示，該勵磁裝置啟動控制回路由圖中所示控制電路組成。在同步電動機異步啟動階段，無論在電壓的正負半周期內,電阻R都能可靠的接入控制回路內，大小由控制回路來選定，因此使我們的高壓同步電動機啟動具有對稱性和再整步特性。當電動機同步運行后，電路根據需要就會切斷電阻R，防止其誤通帶來危害。

在電動機的異步啟動過程中，繞組兩端的電動勢達到投全壓值時，勵磁裝置根據信號接通投全壓單元。同時在整個啟動過程中電阻R都需要保持接通狀態，防止電動機的脈震。這就要求KG在投勵前處于低通值，保證在低電壓下也能導通；投勵后轉換為高通值，作為轉子的過壓保護。

該勵磁裝置即使遇到主晶閘管觸發脈沖完全消失，仍可保持同步電機的穩定同步運行，在遇冷卻風機及其它勵磁故障時，允許裝置繼續工作，此時裝置會發出報警信號，用戶可在線排除故障，時間以不超過半小時為宜。

3 故障處理

勵磁裝置能否正常可靠運行，除本身質量外，與其相關聯的供電系統、電機性能、現場環境、等在一定條件下都會成為勵磁裝置難以正常運行的重要影響因素。下面介紹兩起該勵磁裝置運行中的出現的故障案例：

1）運行中，勵磁電流比正常值低了

故障現象：勵磁裝置正常運行過程中，勵磁電流減小，勵磁電壓約有升高，電機運轉正常，沒有報警和其它異常。原因分析：根據歐姆定律I=U/R，勵磁電壓Uf基本恒定條件下，引起勵磁電流If減小的原因是勵磁輸出回路電阻R增大了。經過檢查發現電動機電刷彈簧松動、壓力不足，有的電刷磨損變形，減小了與滑環的有效接觸面積，使得勵磁電流降低，處理后正常。

2）電機啟動投勵后，功率因素表指示異常

故障現象：勵磁裝置儀表盤上裝功率因數表，合高壓斷路器功率因數表指針滯后滿偏，投勵后指針應從滯后擺向超前，但有時發現投勵后指針嚴重滯后。原因分析：電機的電子電壓、經PT線引入～100V至勵磁柜，定子電流經CT變換成～5A也引入勵磁柜，兩者直接送入功率因數表端子。當接線錯位就會出現投勵后，功率因數表指示異常。停機換線后指示正常。

3）有勵磁電流，沒有勵磁電壓

故障現象：電機啟動、停機滅磁都正常，但運行過程中勵磁裝置只有勵磁電流指示，沒有勵磁電壓指示。原因分析：由勵磁裝置原理可知，勵磁電流表指針所需信號從分流器兩端獲取，勵磁電壓表指示所需信號從啟動回路兩端獲取。由于有電流指示，說明主橋回路工作正常，有電壓輸出。電機啟動正常，說明啟動時，啟動回路暢通。滅磁正常，說明停機滅磁時啟動回路附加電阻R能正常發揮滅磁功能。分析此情況，更換勵磁電壓表，故障依舊；排查中發現KG燒毀，更換后正常。

4 運行分析

該勵磁裝置自投用以來運行穩定，沒有出現裝置故障引起的停機事件，總結有以下幾個優點：

1）主回路采用無續流二極管三相半控橋式電路，良好的啟動控制回路，保證電機啟動時無脈振，并使電機在失步后的再整步過程中有良好的再整步特性。即使在少有的控制插件故障、冷卻風機單元、滅磁單元故障時，仍可保證電機穩定同步運轉，并可在不停機、不減載條件下更換故障部件；

2）具有自動投全壓功能；

3）具有阻容快速滅磁系統。關橋時間不大于500μs，關橋速度快，可避免系統重合閘時對電機的非周期沖擊，并可加速備用電源的自投，以及在短路時加速電機短路電流的衰減。

5 結論

該勵磁裝置應用以來保障了濟鋼煉鐵廠3#120m2燒結機主抽風機同步電動機的有序運轉，同時也減少了電動機對電網的影響，保障了我廠電氣設備的正常運行，穩定了燒結礦的質量及產量，為我廠創造了極大的經濟效益。

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