主抽同步电机励磁系统改进的应用

主抽同步电机励磁系统改进的应用

发布时间：2021-12-07T09:09:27.722Z 来源：《当代电力文化》2021年25期 作者： 周朱葛

[导读] 宝武集团八钢公司股份炼铁厂烧结分厂四台主抽风机采用5300kW同步电动机拖动

周朱葛

宝武集团八钢公司股份炼铁厂烧结分厂新疆乌鲁木齐830022摘要：

宝武集团八钢公司股份炼铁厂烧结分厂四台主抽风机采用5300kW同步电动机拖动，其励磁装置为早期产品，其在设计上为插件结构，性能极不稳定，不易调节，导致电机故障频繁。我们通过实际运行分析同步电机运行存在的问题，选择合理地励磁控制装置，在原励磁柜

的基础上进行系统改进，有效地确保了主抽风机的正常运行。

关键词：励磁装置、励磁、同步电机引 言：

同步电机因功率因数高，运行效率高，稳定性好，转速恒定的优点广泛的应用于集团内部的烧结风机，空压机，引风机等大中型拖动电机场合。同步电机虽然有比异步电机功率因数高效率高，运动惯量小的动态特性。但同步电动机转子需外加励磁，所以同步电机的高

效、稳定运行很大程度上取决于其配套的励磁控制装置。随着科技的进步和电力电子技术的不断发展，一些新的技术逐渐应用在励磁控制

屏上。一些旧的励磁装置随着器件的老化和设计局限性的因素，不能满足高效、安全生产的需要，因此选择一款先进的励磁装置尤为必

要。

1、当前励磁系统存在的问题

针对八钢公司股份炼铁厂烧结分厂主抽风机励磁屏现有问题进行分析，原励磁装置存在的几个主要问题：①原有的老旧励磁系统应用大量的模拟器件，使用老化，使得励磁调节精度降低，调节响应速度变慢。

②原励磁装置使电机在启动时受冲击：同步电机启动过程，转子内嵌阻尼绕组，当同步电机启动时，定子三相高压得电产生旋转磁场，阻尼绕组感应磁场形成类鼠笼结构异步启动，转子励磁线圈此时被灭磁电阻短接用以保护励磁线圈，当转速达到亚同步状态励磁调节器断

开灭磁电阻投入励磁电流，强励拖到同步运行。在励磁投励时由于模拟器件和设计问题投励的控制不好，造成震动冲击。

③原励磁装置无可靠的失步保护装置：同步电机失步故障有三类，失励失步、带励失步、断电失步。

失励失步：是由于同步电机励磁绕组失去直流励磁或严重欠励使同步电机失去静态稳定，异步运行，将引起电动机转子绕组发热变形，开

焊，转子回路还会产生高电压，引起灭磁电阻发热，严重时可以造成整台励磁装置故障。

带励失步：由于电机启动过程中过早投励，运行时电机短时间欠励或失励而造成的失步，从失励失步过渡到带励失步。带励失步时励磁电

流及定子电流产生强烈脉动，使电机剧烈振动，引起电机内部暗伤，导致电机故障。

断电失步：是由于供电系统的原因使交流电机电源短暂中断导致失步。对电机的冲击较大，这种冲击的大小与系统容量、线路阻抗、电源

中断时间，负载性 质，特别是与电源重新恢复瞬间的电气分离角度有关，这种冲击有可能使电机 当场损坏，也有可能造成暗伤。

④原励磁装置控制部分技术性能差：原励磁装置经常出现启动可控硅误导通，出现带励失步，查检接触不良，脉冲丢失，三相电流失波、

缺相，不平衡，励磁不稳定。从而电机运行的可靠性得不到保证。

⑤原励磁装置插件式结构，复杂度高出问题的概率大，且随着时间的推移维护成本越来越高、维护难度越来越大

⑥原励磁设计为单通道双桥励磁，在设计冗余和热备用上有缺陷

2、根据现有问题进行励磁系统改造

综合分析以上因素结合同步电动机的使用特点，选择先进可靠的励磁装置在原有励磁柜的基础上进行改进，既节约的设备成本有有效提高了同步电机的作业率。

由于原励磁励装置不能很好的保证电机正常运行，本着降低改造经济成本和时间成本要求，充分利用原配电屏固有结构只将原插件励磁装置拆除，换成两套MC-4200全数码励磁控制器，作为主从式控制结构，更换原有整流桥，并新增一套整流桥组成双控双桥热备用的

励磁系统，不仅增加的系统的稳定性，也降低了因控制器问题停机的风险，双控双桥互为热备用，可以在不停机的基础上更换备件。

3、改造后的励磁技术性能

励磁控制装置改造后，目前工况良好，现从以下几个方面向大家介绍改造后的同步电机励磁控制装置的主要技术性能：①励磁控制器全数码化、高可靠性：

主控单元采用高性能的数码控制单元实现全交流采样技术，可将原有励磁装置的操作逻辑电路，机械或电子的电压整定机构等都进行了简化或取消。

②速断快、抗干扰性能：

16通道模拟量采集均为每周期（每 20 毫秒）128 点高速交流直接采样，并通过快速 傅立叶变换（FFT）计算各电参数基波参数值，信号测量不受工业现场干扰影响。

采用多处理器系统、哈佛结构、并行处理技术、多级流水线、高速DSP内核，数据处理速度和精度大大提高。

③多功能：

PID调节、非线性最优LOEC、线性最优NEC、模糊逻辑FLEC等控制方式可选。 ④启动平稳：

采用准角顺极性过零自动投励，强励整步，电机启动平稳、迅速、无冲击。启运行安全

同步电动机异步起动时，在转子回路里感应出一个交变的感应电流，如下图所示。该感应电流通过起动电阻转化为电压信号，该电压信号

经过隔离后，送入主控制单元，经过进一步的整形后变为方波，测量感应电流、电压的频率，即转差率，也即测量出转子的转

速。

⑤最佳投励时刻的确定 当电动机的转速超过某一转速时，对于降压起动的同步电动机，由主控单元发出控制信号，切除降压电抗器，投入全压使电机加速起动，当电动机的转速达到给定的投励转速时主控单元发出投励信号进行投励。

⑥准确选择投励角

一般励磁装置采用的是顺极性末尾投励，此时转子感应电流的方向与投入励磁后所产生的直流励磁电流If的方向相反，使If只有小部分甚至不能立即送入励磁绕组；MC-4000系列励磁控制器则采用的是接近于反极性的末尾投励。使投励后的直流励磁电流较快地送入励磁

绕组。在电机空载起动时，投励角的选择虽不具有重要性，但起动负载较重，在再整步时，特别是对转动惯量大，失步时稳态滑差小的机

组就具有重要的作用，投励角的选择不当就会造成整步或再整步的失败。

失步保护及不减载自动再整步功能：当电机失步时，可在不停机、不减载的情况下自动再整步或跳闸停机。⑦运行方式多选

可选择手动运行，手动运行为恒触发角运行，自动运行为恒励磁电流运行、恒无功运行、恒功率因数运行可选。⑧同步电动机的失步检测及其保护

改造后励磁装置专门设计了失步监测及其保护环节。在励磁装置中，主控单元对转子电流和定子电流、功率因数和无功功率的变化进行监测，并考虑延时以躲过同步振荡，判定是否有失步发生。如果发生失步，则在软、硬件的控制下，按用户的要求选择再整步方式或

跳闸停机方式。

⑨低压强励

改造后磁装置在电网跌落时，起动强励环节，本设备改变了以往设备继电强励的方式，改为根据电压跌落的情况提供不同的强励倍数，最大限度的利用了主控单元的强励功能，有效的提高了同步电动机的静态稳定性，避免失步。

⑩主要保护功能

为了保证电动机的安全稳定运行，励磁装置采用全面的保护功能，所有限制保护功能的定值和时间均能在现场进行设定。

系统自检功能含存储器校验、电源检测、可控硅故障等，当有故障发生时，发硬件故障信号，同时本通道退出运行。对于双通道系统，备用通道自投。

4、结束语

改造后励磁控制装置实际运行正常，系统稳定，保护可靠，每次启动都平稳、快捷、启动成功率达到100%，有效解决了过去励磁系统对电机运行的威胁，现场使用情况良好，由此可见改造后的励磁控制器励磁控制系统适应当前控制系统的发展趋势，具有陷阱完善的技术性

能，具有广泛的推广性。

主要参考文献：

1.《同步电动机启动与控制》［M］李春林，何义，-北京：电子科技出版社，1992

2.《电机控制与拖动》［M］金茂春，魏家轼，-北京：电子科技出版社，1994 3.《同步电动机全数码励磁装置原理及使用说明》（V2.1.4 版）