無刷勵磁同步電動機異常振動故障分析

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(泰豪沈陽電機有限公司，遼寧沈陽 110024)

0 引言

我公司為鞍礦生產的TMW3000-30/2900無刷同步電動機共二臺，一臺在現場使用完全正常，另外一臺出現故障。具體故障如下：電機起動異步運行時正常，當通過交流勵磁機及旋轉整流盤投勵牽入電步時，電機出現了異常嚴重的振動。技術服務人員在現場多次處理未找出具體故障原因，只好返廠處理。電機返廠后，進行了空載試驗，電機異步起動后一切正常，無振動現象，投勵后電機立即出現了嚴重的振動(擺動)，與在客戶現場情況完全相同，這一點排除了現場電源問題(后期測試中，在故障情況下再次做了異步起動及投勵牽入同步試驗，發現在投勵后同步機定子電流迅速回落，這是正常的，說明轉子繞組已經投勵)。而通過測速探頭返到測速表上的轉速并沒有提高，也就是沒有牽入同步轉速；此時，站在底板上感到了電機強烈的振動，手摸同步機定子有強烈的振動和擺動感。電機名牌數據：型號：TMW3000-30/2900;額定電壓：6 000V;額定電流：336A;額定轉速：200rpm;勵磁電壓：147V;勵磁電流：250A;技術條件：1EY.282.043;出廠日期：2007年2月;出廠編號：07T0001。

1 故障分析及排除過程

因電機除旋轉整流盤為其它公司生產，主機及交流勵磁機均為我公司產品，決定采用排除法去逐步找出故障原因，并首先確認旋轉整流盤是否存在問題，之后逐級排除。

1.1 旋轉整流盤無故障排除方法及過程

用一臺TMW1950-30/2600(07T0707)無刷勵磁同步電動機做旋轉整流盤落地試驗，該電機勵磁電流與上述故障電機接近。為此，決定在做完1 950kW電機本機的旋轉整流盤落地試驗后，如電機投勵牽入同步運行正常無振動，再用同樣的方法利用1 950kW電機對上述故障電機旋轉整流盤做落地試驗。試驗得出1 950kW電機投勵運行完全正常，示波器8個通道(交流勵磁機輸入、輸出，旋轉整流盤輸出，電動機定子輸入)顯示各電壓、電流波形也非常良好。說明兩個旋轉整流盤都沒有問題，排除了旋轉整流盤的問題。故障必然發生在電機或交流勵磁機本體。

1.2 排除交流勵磁機故障的可能性

圖1 交流勵磁機電樞繞組的三相交流感應開路電壓波形

圖2 線電壓與相電壓關系圖

1.3 在故障電機上測試旋轉整流盤輸出的直流開路電壓波形

將交流勵磁機與旋轉整流盤聯接線接好，斷開旋轉整流盤與主機勵磁繞組的聯接線，并將旋轉整流盤的輸出線接到盤外圓的兩個測試鋁箔圈上，用項1.2同樣的方法在旋轉狀態下測試旋轉整流盤輸出的直流開路電壓波形見圖3，其波形為標準的二極管、晶閘管整流后電壓脈動一高一低連續波形。但從長段波形圖上發現固定的周期上，總有一個突發的尖波峰出現。經分析，這個波峰是每隔72個二極管波峰或72個晶閘管波峰出現一次，而三相交流正弦波整流合成后每個周期就出現六個二極管或六個晶閘管波峰，72個波峰相當于12個周期，而勵磁機為24極，旋轉一周正好是12個如上周期，也就是說機組每旋轉一周就出現一個異常波峰，而旋轉整流盤直流開路電壓輸出信號是由盤外所繞的鋁箔傳遞的，鋁箔繞制時必然存在一條接縫，分析認為正是這條接縫引起了每旋轉一周產生一個異常跳變的電壓波峰。因些認為旋轉整流盤輸出的波形完全正常。這也同時說明，旋轉整流盤及其之前的交流勵磁機應該沒有問題。

圖3 旋轉整流盤輸出的直流開路電壓波形

1.4 利用交流阻抗電壓測試法測試電動機磁極繞組

斷開旋轉整流盤與主機轉子繞組的連線，在靜止狀態下進行測試。利用自偶調壓器將110V低壓交流電送給磁極繞組的兩根引線，然后用交流電壓表首先分半測試兩組磁極繞組的兩個交流電壓值(每組15個磁極繞組)，結果發現，其中一組為51V，另外一組為59V，說明51V那組繞組存在短路點。一種可能是匝間短路，另一種可能是磁極繞組間短路。如按照59V那組計算，每個磁極應分壓3.93V，如此，有故障的那組磁極比正常值低約兩個磁極的電壓值。如真是匝間短路絕對不會是一匝或幾匝短路，應是多匝多磁極短路，這種可能微乎其微。所以最大的可能是兩磁極間在磁極根部繞組發生短路，如有一處短路，正好減小兩個磁極電壓值。經對51V那組繞組分段逐級測試，發現其中兩個繞組分壓值為0，檢查發現，其中一個磁極繞組根部有一匝線向外鼓出與另一繞組根部短接，該故障點會導致主機兩磁極處于短路狀態(電機磁路不均布)，轉子實際上相當于28極電機轉子，而定子仍為30極，定轉子極數的不同及電機磁路不均布引發了電機的異常振動。

1.5 排除故障點試運行

將上面發現的故障點絕緣處理并排除后，電機異步起動及投勵牽入同步運行一切正常。

2 結語

經過對本臺無刷勵磁同步電動機異常振動原因的排查處理，可以總結出：當該類電機在未投勵磁時電機運行無振動現象，而在輸入了勵磁電壓時產生異常振動時，可以確定的是勵磁系統出現了問題，而影響勵磁系統的環節較多，從這一故障現象的排查過程也給我們一些啟示，電機投勵時出現的問題時，故障點多數應發生在勵磁繞組及其相關的部分上，應優先排查。