同步电动机旋转整流器故障分析与处理

于洪乾 张俊华 马会茹 严荣强 谷亚岐

（万华化学（宁波）有限公司，浙江 宁波 315812）

旋转整流器作为无刷励磁同步电动机的一个重要部件，其作用是将交流励磁机产生的三相交流电经整流输出直流对主电机转子进行励磁使得转子转速与定子旋转磁场转速保持一致，即达到同步运行。

同步机运行期间旋转整流器与主电机保持同步运转，因而其内部模块安装、电气连线螺栓压接等均需采取特殊的紧固措施。元件固定不牢、接线松动或虚接、二极管及晶闸管极性弄反等均会引起旋转整流器内部模块失效引起同步机故障。一旦同步机发生故障将导致生产装置减产或停车，严重时甚至会导致产业链中断。

旋转整流器作为同步电动机的重要组成部分，其性能好坏直接决定同步电动机运行可靠性。研究旋转整流器故障及内部模块正确的维护保养方法对同步机可靠运行显得尤为必要。

1 旋转整流器原理

1.1 同步电动机

无刷励磁同步电动机由主电机、交流励磁机、旋转整流器、静态励磁装置四部分组成。其中前两部分由电机厂生产，后两部分由励磁供应商配套提供。两台故障压缩机选用驱动设备为 TAW2800-18/2600型无刷励磁同步电动机（如图1所示），配套励磁系统为WLK-03SC型无刷静态励磁装置。

图1 同步电动机

同步电动机通过调节励磁电流可以在超前功率因数下运行，有利于改善电网的功率因数，其运行稳定性也比较高。另外同步电动机一般是在过励状态下运行，其过载能力比相应的异步电动机大。因而大型工业生产中同步电动机应用非常广泛，如大型鼓风机、水泵、球磨机、压缩机、轧钢机等。

1.2 旋转整流器

旋转整流器由盘体、控制模块、整流功率模块、起动功率模块、电阻模块（起动电阻或灭磁电阻）构成。旋转整流器及各单元模块实物如图2所示。

图2 旋转整流器

各单元模块具体功能如下：

1）控制模块是整流器的核心控制部件，完成电机起动投励，输出触发脉冲，开通功率模块，并控制起动模块对起动电阻的投入与切出。

2）整流功率模块是整流器件，将交流励磁机发出的交流电经过整流向主电机转子绕组提供直流励磁。

3）起动功率模块：在电机异步驱动过程中，投入起动电阻并通过控制模块完成起动电阻的自动退出。

4）起动电阻模块：改善主电机异步驱动力矩，实现电机的平稳迅速无脉振起动，实物如图3所示。

旋转整流器主回路原理图如图4所示。整流回路采用三相半控桥式整流控制方式。整流功率模块、起动功率模块、起动电阻模块主要性能参数见表1。

图3 交流励磁机

图4 旋转整流器原理图

表1 单元模块参数表

2 故障分析与处理

2.1 故障现象描述

2014年12月31日某压缩机主备同步电动机在正常加载运行期间旋转整流器先后发生异常。

故障现象描述如下：

1）a机电机起动励磁不投励，主机电流不下降，打开旋转整流器发现控制模块烧坏冒烟且伴有黑色液体渗出。

2）b机加载运行期间现场励磁柜报旋转整流器缺相报警，报警画面如图5所示。

图5 励磁柜故障报警

2.2 旋转整流器缺相报警

当旋转整流器内部发生失控、缺相等故障时，从静态励磁电流中检测出相应频率的交流谐波分量，以此来间接地判断旋转整流器缺相故障。旋转整流器缺相时，电机及静态励磁的工况相应要变化。在负载不变时要保持功率因素正常，必须增大静态励磁电流；保持静态励磁电流不变时，功率因素将变为滞后。正常励磁电压波形如图6所示，当旋转整流器缺相时励磁电压波形如图7所示。

图6 正常励磁电压波形

图7 缺相励磁电压波形

2.3 故障排查与分析

故障发生后现场人员配合厂方技术人员开展排查分析。

1）经现场解体检查发现：a机旋转盘起动模块TD晶闸管击穿，B相整流模块3kGZ晶闸管击穿，控制模块KZMK烧毁，密封裂口，有黑烟冒出。B相整流模块TDR2快熔上的交流励磁机B相电源线接到B相3kGZ晶闸管阴极上（未区分好阴阳极，应接至3kGZ晶闸管阳极），B相3kGZ晶闸管阴极到转子正极L1连线虚接松动。B相电源通过B相晶闸管触发极GC引到控制模块Bg，烧毁控制模块致其失效；B相晶闸管触发极因有大电流流过引起晶闸管损坏。更换新的控制模块、3kGZ及TD晶闸管，电机起动运行正常。

2）b机旋转盘A相整流模块1kGZ晶闸管误装为二极管（晶闸管与二极管混淆使用），并且阴阳极装反；TDR1快速熔断器熔断开路。B相无法工作引起报旋转整流器缺相故障。更换新的晶闸管及熔断器，电机起动运行正常。

3 经验与体会

通过现场旋转整流器解体检查情况来看，本次故障发生的主要原因在于现场维护人员对旋转整流器控制原理、接线方式及元器件原理、结构等认识不足，缺乏相应的专业维保技能。

1）a机故障是由于现场维护人员在做单元模块参数检测工作后没有依据原理图而仅凭个人理解进行接线，因接线不当导致部分模块失效或烧毁，旋转整流器无法正常工作。

2）b机故障是由于现场维护人员在做单元模块参数检测时发现A相整流模块TDR1晶闸管参数不满足表1要求后在进行备件选用时误将二极管备件当做晶闸管进行替换（二极管与晶闸管均为平板式结构，从外观结构看非常相似，不注意区分容易混淆弄错），整流功率模块如图8所示。另外因工作疏忽未注意二极管极性导致反装，最终导致A相整流单元无法正常工作，旋转整流器缺相报警。

图8 整流功率模块

旋转整流器维护保养需严格按照厂方提供的《励磁系统维护作业书》要求开展工作。该故障发生与现场维护人员知识技能密切相关。通过该事件可以归纳总结出三点经验教训（关键控制点）供同行借鉴分享：

1）在单元模块参数检测拆接线过程中需严格参照旋转整流器原理图并及时做好标记。此举可避免接线问题导致模块失效事件发生。现场实际接线错综复杂，不能仅凭经验或个人认知。

2）在元件选用时需了解二极管与晶闸管原理与结构，在实际应用时做好区分并根据现场情况做好标记。

3）二极管与晶闸管等含极性元件安装时需严格分清极性，避免极性弄反导致元件失效引起故障发生。

4 结论

本文通过对同步电动机旋转整流器进行故障分析、对策解决与经验分享，为同行业旋转整流器维护保养提供借鉴与帮助，避免类似事件再次发生。

[1] 中国核工业电机运行技术开发公司. 励磁系统维护作业书[Z]. 2012.

[2] 中国核工业电机运行技术开发公司. WLK系列无刷同步电动机励磁资料汇编[Z]. 2007.