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（武汉钢铁股份有限公司烧结厂，武汉430083） [摘要] 结合同步电机失步运行的一个典型案例，分析电机失步运行的过程及特点，并对控制系统存在的设计缺陷进行改进，以防同步电机失步后不能及时停运。 关键词 同步电机 失步运行 励磁 0引言 带刷励磁同步电机的启动过程是异步启动过程：启动开始时，转子励磁绕组直流电源不投入，定子绕组在转子启动绕组中感应出交变电流，产生的转矩拖动转子不断加速，在转子转速达到一定值时，给转子励磁绕组投入直流电源，转子加速自行牵入同步状态。在实际工作中，除了采取将同步电机定子绕组直接并入电网的启动方式外，为减少启动对电网的冲击和对设备的损伤，通常会采取降压启动方式。如果同步电机受到外部扰动时，无法克服传动系统因此而发生的振荡，那么电机将会失步运行，设备的可靠连续运行将得不到保障。更多资讯尽在中国电工网。 1系统介绍 某厂2台带刷励磁同步电机采用定子回路串电抗器的降压启动方式，励磁电源采用KGFL-2型同步电机励磁装置，具有顺极性投励和失步自动再整步的功能。主控系统自成系统，与上位机通过点对点方式实现通信，通信内容主要包括电机定子侧电压互感器二次电压、定子侧单相电流互感器二次电流、励磁给定与反馈等模拟量信号，以及降压启动、全压启动、励磁装置准备好、励磁故障等开关量信号。同步电机控制系统示意图如图1所示。 2故障分析 2.1事故描述 带刷励磁电机自投运以来，出现过2次失步运行。 第1次，在负载发生变化时，没有及时调整励磁电流，造成功率因数严重滞后，电机定子绕组温度不断升高，当电机定子绕组温度超过保护整定值时跳闸停机。事后抽芯检查，发现电机转子绕组轻微变色。 第2次，主控系统PLC“死机”，转子励磁绕组直流电源断电，定子主回路的断路器因接收不到分闸信号而无法自动分断，最后被迫在配电柜上进行强行分断停机。电机运行时振动加大，停机后检查发现电机本体温度高，励磁系统的灭磁电阻发热并散发出异味，解体电机检查发现转子铜条上有不同程度的鼓包，启动绕组间连接用铜质叠片烧损多处。 2.2事故类型 常见的电机失步分为断电失步、带励失步和失励失步【1】，上述事故则是由同步电机失励失步运行造成的。失励失步是指，励磁回路出现异常，造成转子失去励磁电流或转子磁场减弱，从而导致电磁转矩小于之前同步状态时的转矩，由于转子负载瞬时不变，因此此时转子开始减速，电机滑出同步运行区域，转子中感应出交变电流产生的磁场与定子磁场共同作用产生的电磁转矩拖动电机以低于同步转速的速度继续运转。 2.3过程分析 在异步运行过程中，无论是转子直流电源全部失去还是处于弱磁状态，电机绕组都不会形成短路或开路，转子电流会通过直流励磁装置的灭磁回路形成通路，如图2所示。当G2端极性为正时(负半波)，转子励磁绕组感应出的交变电流通过G2—Rfd2—GZ—Rfd1—G1—转子绕组形成回路；反之，在G2端极性为负时（正半波），转子励磁绕组感应出的交变电流将通过G1—Rfd1—R2—R5—W—R3—R4—W—Rfd2—G2—转子绕组形成回路。 （1）稳定失步过程中，转子绕组正、负半波电流不对称。当励磁装置欠磁运行时，转子绕组除了产生直流分量外，还产生交变电流分量。G2端极性为正时，回路中的二极管GZ将电阻短接，晶闸管关断，仅Rfd1和Rfd2得到压降。G1端极性为正时，R2、R5、W和R3、R4、W承担压降，并且阻值很大，相当于开路，转子感应电压迅速攀升。当稳压管VDW、反向截止二极管VD的电压和与电位器W所承担电压间的压差升到7KGZ和8KGZ的触发导通电压值时，7KGZ和8KGZ导通，R2、R5、W和R3、R4、W被短接，感应电压急速上升的趋势被抑制。转子绕组感应电势和电流波形如图3所示。由于电流分流器串于回路中，因此所带的单向直流电流表的指针呈规则性摆动。 （2）同步电机异步运行时，在转子绕组里感应出频率为sf1的正弦交变电流，该电流建立起以滑差频率相对于转子脉动的单相旋转磁场。根据电机学基础理论【2】，该旋转磁场可分解为波幅恒定、转速为同步转速（此时频率为sf1）、旋转方向完全相反的2个旋转磁场。正向旋转磁场与定子旋转磁场在空间上相对静止，相互交链产生恒定的异步电磁转矩。反向旋转磁场与定子旋转磁场在空间上无法保持相对静止，它相对于转子的转速为-sn1，相对于定子的转速则为n－sn1，也即n1(1－2s)，因此在定子绕组中感应产生频率为f1(1－2s)的交变电流。这个电流和基频电流叠加建立的定子磁场和转子单向脉动磁场共同作用产生的交变异步转矩，是导致失步后电机出现振动、定子电流增大的重要原因。 |
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