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(chǎn)的TMW3000-30/2900無刷同步電動機共二臺，一臺在現(xiàn)場使用完全正常，另外一臺出現(xiàn)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(zhuǎn)整流盤投勵牽入電步時，電機出現(xiàn)了異常嚴重的振動。技術(shù)服務(wù)人員在現(xiàn)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(xiàn)象，投勵后電機立即出現(xiàn)了嚴重的振動(擺動)，與在客戶現(xiàn)場情況完全相同，這一點排除了現(xiàn)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(fā)現(xiàn)在投勵后同步機定子電流迅速回落，這是正常的，說明轉(zhuǎn)子繞組已經(jīng)投勵)。而通過測速探頭返到測速表上的轉(zhuǎn)速并沒有提高，也就是沒有牽入同步轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)：型號：TMW3000-30/2900;額定電壓：6 000V;額定電流：336A;額定轉(zhuǎn)速：200rpm;勵磁電壓：147V;勵磁電流：250A;技術(shù)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(zhuǎn)整流盤為其它公司生產(chǎn)，主機及交流勵磁機均為我公司產(chǎn)品，決定采用排除法去逐步找出故障原因，并首先確認旋轉(zhuǎn)整流盤是否存在問題，之后逐級排除。

1.1 旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)整流盤都沒有問題，排除了旋轉(zhuǎn)整流盤的問題。故障必然發(fā)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(yīng)開路電壓波形

圖2 線電壓與相電壓關(guān)系圖

1.3 在故障電機上測試旋轉(zhuǎn)整流盤輸出的直流開路電壓波形

將交流勵磁機與旋轉(zhuǎn)整流盤聯(lián)接線接好，斷開旋轉(zhuǎn)整流盤與主機勵磁繞組的聯(lián)接線，并將旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)狀態(tài)下測試旋轉(zhuǎn)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(xù)波形。但從長段波形圖上發(fā)現(xiàn)固定的周期上，總有一個突發(fā)的尖波峰出現(xiàn)。經(jīng)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(xiàn)一次，而三相交流正弦波整流合成后每個周期就出現(xiàn)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(zhuǎn)一周正好是12個如上周期，也就是說機組每旋轉(zhuǎn)一周就出現(xiàn)一個異常波峰，而旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)一周產(chǎn)生一個異常跳變的電壓波峰。因些認為旋轉(zhuǎn)整流盤輸出的波形完全正常。這也同時說明，旋轉(zhuǎn)整流盤及其之前的交流勵磁機應(yīng)該沒有問題。

圖3 旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)整流盤與主機轉(zhuǎn)子繞組的連線，在靜止狀態(tài)下進行測試。利用自偶調(diào)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(jié)果發(fā)現(xiàn)，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(yīng)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(yīng)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(fā)生短路，如有一處短路，正好減小兩個磁極電壓值。經(jīng)對51V那組繞組分段逐級測試，發(fā)現(xiàn)其中兩個繞組分壓值為0，檢查發(fā)現(xiàn)，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(dǎo)致主機兩磁極處于短路狀態(tài)(電機磁路不均布)，轉(zhuǎn)子實際上相當于28極電機轉(zhuǎn)子，而定子仍為30極，定轉(zhuǎn)子極數(shù)的不同及電機磁路不均布引發(fā)了電機的異常振動。

1.5 排除故障點試運行

將上面發(fā)現(xiàn)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(jié)語

經(jīng)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(jié)出：當該類電機在未投勵磁時電機運行無振動現(xiàn)象，而在輸入了勵磁電壓時產(chǎn)生異常振動時，可以確定的是勵磁系統(tǒng)出現(xiàn)了問題，而影響勵磁系統(tǒng)的環(huán)節(jié)較多，從這一故障現(xiàn)象的排查過程也給我們一些啟示，電機投勵時出現(xiàn)的問題時，故障點多數(shù)應(yīng)發(fā)生在勵磁繞組及其相關(guān)的部分上，應(yīng)優(yōu)先排查。