一种实用的同步电动机微机励磁

谢娓侠，岳 强

（临汾热电有限公司，山西 临汾 041000）

1 同步电机在起动过程中需解决的问题

（1）同步电机在起动时可控硅整流桥没有导通，此时，转子绕组相当于开路，同步电机定子投入电源时，在励磁绕组中会产生过电压，其值可能达到额定励磁电压的十几倍，严重时会损坏转子绝缘，烧毁电机，为此必须解决电机在启动过程中所遇到的转子过压、转子绕阻开路问题。

（2）同步电机在起动时不能过早加入励磁电流，否则，电机在启动过程中会产生“堵转”现象。同步电机不仅不能启动，还会引起同步电机定子电流急剧增加，对电网电压造成很大冲击，严重时会烧毁电机，为此，必须解决电机在启动过程中转子何时投励的问题。

（3）同步电机异步起动时，起励电阻的大小直接影响着电机的起动。起励电阻过大，起动时，转子内感应电流小，在转子上产生的起动力矩小，拉入同步时间长，定子过流时间长，容易损坏定子。起励电阻过小，电机起动时转子电流过大，容易损坏转子。经实验，起励电阻一般为电机转子电阻的6~8倍。

2 SAVR-2000型微机励磁的逻辑功能

2.1 同步电机的启动过程

见图1，同步电机启动时，首先给定子投入电源，在保证转子不开路时，同步电机转子绕组中感应出交流电压，此电压在转子内部产生交流电流，其电流在定子旋转磁场的作用下，产生力矩使转子旋转。同步电机异步起动接近同步转速后，励磁装置投入方向一定的励磁电流，从而在电机转子上产生同步转矩，将电机牵入同步转速。同步电机起动至投入励磁前的这段时间内，三相可控硅整流桥没有触发脉冲，处于阻断状态。同步电机起动过程中，转子励磁绕组感应出交流电压，当转子电压为正半波，开始时，感应交流电压未到起励过电压控制板整定电压值,可控硅SCR7和SCR8没有导通，感应电流是通过电阻Rfd1，R1，R2可变电阻W1及电阻R4，R5，可变电阻W2和放电电阻Rfd2回路，这样外接电阻远远大于转子励磁绕组的直流电阻，励磁绕组相当于开路起动，感应电压急剧上升，当感应电压瞬时值上升至起动过电压起动控制板整定值时，此时可调电阻W1和W2的电压等于稳压管的稳压值和逆止二极管正向压降及可控硅的控制极和阴极间的压降，可控硅SCR7和SCR8就触发导通，短接了电阻 R1，R2，R4，R5和可变电阻 W1，W2，同步电动机转子励磁绕组从相当于开路变为只接入放电电阻Rf1，Rf2，此时，感应电压峰值大大减弱，电动机起动力矩增大，直至此半波结束，当转子电压负半波时，可控硅 SCR7，SCR8由于反向电压而自动关闭，续流二极管D2导通，电动机转子只接入放电电阻 Rf1，Rf2起动，这样周而复始，电动机在起动力矩作用下，转速慢慢增加，直至亚同步转速，励磁电流投入后，电动机起动过程结束。

同步电机起动完结后，可控硅 SCR7，SCR8没有关断而这时三相可控整流桥交流侧电源出现B相为正，A相或C相为负时，放电电阻Rfd1和可控硅SCR7被熄灭线短接。可控硅SCR7没有电流流过而自动关闭。等到三相可控桥交流侧电源换相，即B相交流电源从正变到负，流经可控硅SCR8和放电电阻Rfd2的电流也从正转到负，当电流减少到可控硅SCR8维持电流以下，可控硅SCR8自动关闭。图1中从B相SCR7-K的连线称为熄灭线。

图1 同步电机的启动过程

图1中按钮为起动过电压控制板的测试按钮，按下AN5，电阻R1，R2与R3并联；R4，R5与R6并联。由于R3和R6阻值较小，相对增加了可变电阻W1和W2的压降，测试时，调节装置在较低的整流电压下，可控硅SCR7，SCR8导通，电压表指示值为零。松开AN5，熄灭线将可控硅SCR7和SCR8关闭，电压表回到原来的整流值。

结合以上分析，同步电机的起动过程同异步电机启动一样，但其转子内电流的变化同异步电机不一样。也就是说，同步电机启动时，在励磁电流到来之前，转子速度变化是由慢—快—慢—快的过程，转子速度变化的快慢取决于转子内电流正负半波电流的大小变化，如果在异步加速过程中因机械过重或启动回路电阻增大等原因，会引起同步电机的转子转速达不到亚同步，投不进励磁，造成定子过流，则启励失败。

2.2 SAVR-2000装置励磁控制逻辑

同步电机励磁控制逻辑主要包括：电动机的启动条件、投入励磁电流的条件、停机灭磁条件、启动失败条件和励磁电流失控保护条件。

（1）电动机的启动条件是电动机定子开关闭合、6 kV开关闭合、电动机开始启动，励磁装置开始进入开机流程，同时在励磁装置面板上还有现地开机和现地停机操作按钮，在励磁装置软件内，将开机令和现地开机信号，停机令和现地停机信号并联使用。

（2）同步电机励磁装置投入励磁条件有两个：一个条件是滑差（同步电机的滑差就是同步电机启动时，转子的频率与定子中旋转磁场频率差）小于2.5Hz，同时满足顺极性条件；另一个是定子电流小于整定值，同时定子电源投入后延时5 s。该装置投入励磁条件通过面板把手可以选择。

（3）同步电压停机灭磁逻辑为电动机定子电源分开。对于励磁装置而言，其远方开机令或现地开机令为0，其远方停机令或现地停机令为1，励磁装置投入逆变灭磁，励磁电流衰减为0，励磁装置回到等待状态，为电动机下一次启动作准备。

（4）启动失败保护逻辑为电动机定子电源开关闭合后，延时10 s后，励磁装置输出励磁电流仍然小于30 A，电动机仍处于异步运行状态，励磁装置输出励磁保护信号，作用于跳开电动机定子电源开关，电动机运行中止。

（5）励磁电流失控保护逻辑为当励磁装置作为励磁电流闭环调节时，励磁电流测量值和给定值之间差值大于30 A，且其时间超过2 s，励磁装置即判断励磁电流失控，电动机处于失磁状态或励磁过流状态，励磁装置输出励磁保护信号，作用于跳开电动机电源开关，电动机运行中止。

3 常见异常及故障处理

3.1 电动机失去励磁电流

现象：励磁装置输出电流到零。

在正常条件下，功率桥的输出电流维持在给定值不变。如果电流值低于额定值10%（30 A）就作为故障对待。

励磁装置失磁可能有两种原因：一是由功率柜元件损坏或快熔熔断；二是励磁电流丢失。

处理方法：电动机停机后，检查励磁装置功率桥输出信号及励磁电源，必要时做励磁装置小电流试验。

3.2 励磁装置过流

现象：励磁装置输出电流失控。

在正常条件下，功率桥的输出电流维持在给定值不变。如果电流值长时间超过励磁电流整定值10%（30 A），就作为故障对待。

励磁装置过流原因可能为：一是功率柜元件发生击穿；二是励磁主回路发生短路。

处理方法：电动机停机后，检查励磁装置功率桥输出信号及励磁电源，必要时做励磁装置小电流试验。

3.3 电动机无法启动

现象：正常开机时，励磁装置没有输出电流。

处理方法：应重点检查下列项目：①6 kV开关触点信号是否正确送给励磁装置？②启动过程中，励磁装置是否有滑差信号输出？③改变投励方式，重新启动电动机，是否成功？④功率桥交直流开关是否投入？⑤励磁变压器工作电源是否投入？

随着计算机技术的成熟，防磁、抗振、容错、高速、准确、大内存、多接口、可靠等多功能的实现，微机励磁系统越来越显示出它的实力。加之电子工业的发展，可控硅整流元器件的功率越来越大，解决发热问题指日可待，微机励磁前景广阔。