《电工技术》期刊精选——西门子同步电机无刷励磁系统改造

西门子同步电机无刷励磁系统改造

    孙富

    (中化泉州石化有限公司,福建泉州362103)

    [摘要] 针对西门子励磁系统存在的不足，提出改造办法。介绍WKLF-402型无刷同步电机励磁装置的组成和功能。

    关键词 励磁 同步电机 调节器

    0 引言

    某单位氮氢压缩机组同步电机是20世纪70年代西门子产品，容量为3650kW，投入运行近40年。近年来,经常发生旋转器件损坏造成的电机起动不成功，且旋转励磁部分结构复杂，运行维护工作量大，器件老化后无法及时提供备品备件，价格也昂贵。为此，采用国产设备对原无刷同步电机励磁系统进行改造。更多资讯尽在中国电工网。

    1 原励磁系统存在问题及原因分析

    原励磁系统电气原理图如图1所示。虚框内为旋转励磁部分，安装在与电机一起转动的整流盘上，其工作原理为交流励磁机电枢输出经三相全桥整流后，经投励晶闸管T1，输出至同步电机转子，达到投励目的。晶闸管T2、T3及触发模块M2构成起动电路，电机异步起动过程中转子感应电流正负半波分别流经T2、T3与转子形成回路。二极管D7、D8与电阻串联并在电机转子上作为停机灭磁。触发模块M1、触发模块M2分别为投励晶闸管T1、起动晶闸管T2、T3提供触发信号。

 M1—投励晶闸管T1触发模块；M2—起动晶闸管T2、T3触发模块

    图1原励磁系统电气原理图

    经分析，发现旋转励磁部分存在以下设计缺陷。

    （1）起动晶闸管T2、T3触发模块M2只有一个开通电压，其整定值为主机额定励磁电压加200V，不能完全满足电机起动要求，导致电机起动末期有脉振现象，转矩存在不对称性，牵入力矩减小。在电机运行过程中，由于触发模块M2老化，起动晶闸管可能存在误导通现象，造成电机失磁而跳闸。

    （2）触发模块M1没有滑差检测环节，不能实现顺极性投励，只能通过内部限流电阻提供投励晶闸管T1的触发信号,达到投励目的。

    （3）由于主回路投励晶闸管T1散热面积有限，易造成直流侧电流大而引起的投励晶闸管T1发热的电流瓶颈现象。

    另外，静态励磁装置由分立器件组成，通过电位器和调压器来调节励磁电流，稳定性差，没有闭环调节，调试维护工作量大。

    2 改造办法

    针对上述问题，选用北京前锋科技有限公司WKLF-402型无刷同步电机励磁装置（以下简称WKLF-402）对原励磁系统进行改造。

    （1）旋转励磁系统由主电路和控制电路组成。主电路包括三相半控桥式整流电路和起动电路，主电路电气图如图2所示。起动电路由起动晶闸管-V7、二极管-V8及起动电阻R1、R2组成。该电路取消了直流回路投励晶闸管，解决了由于直流侧电流大而引起的投励晶闸管过热的电流瓶颈现象，同时避免了由于投励晶闸管的损坏导致的电机失磁现象，并且任意一个功率组件损坏都不会导致电机立即失磁。

 图2WKLF-41旋转励磁部分电气原理图

    控制电路核心为主控模块ZK42，由交流励磁机电枢提供工作电源，控制三相半控桥式整流电路及起动电路的工作。在电机异步起动和再整步异步驱动过程中，-V7导通阀值为低定值（十几伏），使起动电阻R1、R2能可靠接入，保证转子感应电流正负半波对称，使电机异步起动和再整步过程平稳快速。ZK42设有转差投励和零压计时投励检测环节，实现顺极性准角投励，消除牵入同步过程中的振荡，减小对电机的冲击。投励完成后，-V7导通阀值被设定为高定值，使起动电阻退出电路以避免长时带电发热。当转子电路出现过电压时，起动电路重新接入电机转子电路，吸收过电压，保护主桥。ZK42设有防止电机运行中起动电路误开通的检测环节，即通过逻辑控制-V7关断。

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