同步電動機常見故障的原因分析與維修方法

李會吉 張 軍

(山東晉煤明水化工集團有限公司 山東章丘250204)

1 電機制造

同步電動機在出廠前雖然都進行了各項出廠試驗，并且也全部檢驗合格，但在運輸、安裝、試運行過程中，由于各種原因會造成電機各部位的連接螺栓松動，引起電機故障。螺栓松動引起的主要故障：①電機啟動瞬間，轉子啟動繞組環形短路而引發環連接部位打火；②轉子勵磁繞組線圈串聯接頭處產生裂紋、開焊，局部過熱烤焦絕緣；③轉子磁極的燕尾楔松動而退出；④轉子線圈絕緣損傷；⑤風葉裂斷。

處理方法：①電機在試車前，先將電機的護罩拆開，對電機轉子線圈固定螺栓、電機轉子啟動繞組環形短路環螺栓、電機轉子風葉固定螺栓等進行全面的檢查、緊固；②每年的計劃檢修時，都應對上述部位進行檢查、緊固。

2 電機安裝

電機振動的主要原因：①安裝過程中，電機與設備的對中(平行對中和角度對中)不合格；②設備的管道配置不合理，造成設備、電機整體振動，嚴重時還會造成設備整體基礎下沉。

處理方法：①電機與被驅動設備之間的傳動軸必須精確對中，否則會引起振動，撓性聯軸器平行對中最大偏差應≤0.05 mm，剛性連軸器最大偏差應≤0.025 mm，角度對中最大偏差應≤0.05 mm；②必須嚴格按設計要求對設備進行配管，不允許隨意改動。

3 勵磁

(1)目前所用老式的半控橋或全控橋可控硅勵磁裝置，由于啟動時采集不到滑差信號，大部分采用計時投勵，投勵角度不合理，電機每次啟動均受到一定的損傷。半控橋式勵磁裝置主電路如圖1所示。

圖1 半控橋式勵磁裝置主電路

因電機在啟動過程中存在滑差，將在轉子線圈內感應一交變電勢，其正半波通過ZQ形成回路產生+If， 而其負半波則通KQ及RF回路產生-If。半控橋式勵磁裝置電機啟動時轉子回路波形如圖2所示。

圖2 半控橋式勵磁裝置電機啟動時轉子回路波形

由于電路的不對稱，形成+If與-If電流不對稱，定子電流也因此而強烈脈動，電機將遭受脈振轉矩強烈振動，甚至在整個車間內都可聽到電機啟動過程中發出的強烈振動聲，并持續至電機啟動結束才消失，電機啟動過程所受強烈脈振是電機損傷的重要原因之一。電機啟動過程中定子實際啟動與理想啟動電流波形如圖3所示。

圖3 定子實際啟動與理想啟動電流波形

全控橋式勵磁裝置主電路如圖4所示。

圖4 全控橋式勵磁裝置主電路

對于全控橋式勵磁裝置的主電路，滑差隨電機啟動過程減小，轉子線圈內感應電勢逐步減小，當轉速達到一半以上時，勵磁回路感應電流負半波通路將處于時通時斷狀態，同樣形成+If與-If電流不對稱，由此同樣會形成脈振轉矩，造成電機產生強烈振動而使電機受損。

無論是全控橋式還是半控橋式勵磁裝置，電機啟動過程中，投勵時往往可聽到沉悶的沖擊聲，且投勵電流越大，聲音越響。其原因是勵磁裝置投勵時選擇極不合理的“轉子位置角”，這種沖擊同樣會損傷電機并逐步累積，發展成電機的內部故障。有些企業常采用降低勵磁電流的方法來減輕對電機的沖擊，待電機啟動結束后，再將勵磁電流調至正常值。實際上，通過改善啟動回路及投勵時合理選擇轉子位置角，啟動過程中的脈振和投勵沖擊現象完全可以消除。

(2)老式可控硅勵磁裝置失步保護裝置不靈敏，使電機不斷受到失步危害的損害。老式可控硅勵磁裝置采用GL型反時限繼電器“兼作失步保護”，而電機“過負荷”與電機“失步”是完全不同的兩個概念。通過分析電機失步時的暫態過程，現場試驗及實拍電機失步的暫態波形，可以充分證明：使用過負荷繼電器兼作失步保護，當電機失步時，它不能動作，有的雖能動作，但動作時延大大加長，實際上起不到保護作用。同步電機的失步故障分失勵失步、帶勵失步和斷電失步。

失勵失步是由于勵磁系統的種種原因使同步電動機的勵磁繞組失去直流勵磁或嚴重欠勵磁，使同步電動機失去靜態穩定，滑出同步。電機發生失勵失步時，丟轉不明顯，負載基本不變，定子電流過流不大，電機無異常聲音，GL型繼電器往往拒動或動作時間大大延遲。失勵失步一般不易被值班人員及時發現，待發現電機冒煙時，電機已失步了相當長時間，并已造成了電機或勵磁裝置的損傷或損壞。

電機的失勵失步，大多不當場損壞電機，而是造成電機的內部暗傷，經常出現電機冒煙后停機檢查，但又查不出原因，電機還能再投入運行。失勵失步主要會引起電機轉子繞組，尤其是啟動繞組(阻尼條)的過熱、變形、開焊，甚至波及到定子繞組端部。電機失勵失步時，在轉子回路還會產生高電壓，造成勵磁裝置主回路元件損壞，引起滅磁電阻發熱，嚴重時甚至造成整臺勵磁裝置燒毀事故。

帶勵失步是由于供電線路遭受雷擊，避雷器動作；大機組或機組群啟動，相鄰母線短路等引起母線電壓大幅度波動；負載突增(如壓縮機憋壓)；運行中，電機短時間欠勵磁或失勵磁(如接插件接觸不良)引起失勵失步，從失勵失步過渡到帶勵失步，電機啟動過程中勵磁系統過早投勵等原因所引起。

電機在帶勵失步時，勵磁系統雖仍有直流勵磁，但勵磁電流及定子電流(包絡線)強烈脈動，電機亦遭受強烈脈振，有時甚至產生電氣共振和機械共振。帶勵失步大多引起電機產生疲勞效應，造成電機內部暗傷，并逐步積累和發展。帶勵失步所造成電機損傷的主要表現：定子繞組綁線崩斷，導線變酥，線圈表面絕緣層被振傷(線圈兩面呈不均勻的鋸齒狀，嚴重時會因絕緣損壞而造成定子鐵芯擊穿)，并逐步由過熱而烤焦、燒壞，甚至發展成短路；轉子勵磁繞組接頭處產生裂紋，出現過熱、開焊、絕緣烤焦；鼠籠條(啟動繞組)斷裂，與端環連接部位開焊、變形；轉子磁極的燕尾楔松動而退出；電刷滑環松動；定子鐵芯松動，運行中噪聲增大；嚴重時甚至發生斷軸事故。由于電機和主機是同軸運行，電機的強烈脈振同樣會波及到主機而損傷主機，如緊固螺絲斷裂等。

斷電失步是由于供電系統自動重合閘ZCH裝置或備用電源自動投入BZT裝置動作及人工切換電源，使交流電機供電電源輸送渠道短暫中斷而導致，其對電機的危害是非同期沖擊。這種沖擊的大小與系統容量、線路組抗、電源中斷時間、負載性質，特別是與電源重新恢復瞬間的電氣分離角有關。所以這種沖擊有可能使電機當場損壞，也有可能根本察覺不到。

(3)針對勵磁屏技術性能太差所導致的同步機故障率高的現象的技改措施:①對原配置的老式勵磁裝置進行改造；②新增設備全部采用新型勵磁控制設備。

4 結語

采取改進措施后，電機啟動過程平穩、快速，并且徹底消除了電機啟動過程中振動聲；同步電機故障率大大降低，確保了生產裝置穩定運行。