同步电动机励磁系统常见故障分析作者：陆业志本文结合KGLF11型励磁装置，对其在运行中的常见故障进行分析。
1 常见故障分析(1)开机时调节6W，励磁电流电压无输出。
原因分析：励磁电流电压无输出，肯定是晶闸管无触发脉冲信号，而六组脉冲电路同时无触发脉冲很可能是移相插件接触不良，或者同步电源变压器4T损坏，造成没有移相给定电压加到六组脉冲电路的1V1基极回路上，从而六组脉冲电路无脉冲输出导致晶闸管不导通。
(2)励磁电压高而励磁电流偏低。
原因分析：这是个别触发脉冲消失或是个别晶闸管损坏的缘故。
个别触发脉冲消失可能是脉冲插件接触不良。
另外图1中三极管1V1、单极晶体管2VU及小晶闸管9VT损坏，或者是电容2C严重漏电或开路。
如果主回路中晶闸管1VT～6VT中有某一个开路或是触发极失灵，同样会导致输出励磁电流偏低的现象。
(3)合励磁电路主开关时，励磁电流即有输出。
原因分析：这是由于图1所示脉冲电路中的三极管1V1集电极-发射极之间漏电，即使移相电路还未送来正确的控制电压，也会导致1C充电到2VU导通的程度。
2VU即输出触发使小晶闸管9VT导通，2C经9VT放电而发出脉冲令1VT、3VT、6VT之一触发导通，使转子励磁电路中流过直流电流。
(4)同步电动机起动时，励磁不能自行投入。
原因分析：励磁不能自行投入。
肯定是自动投励通道电路中断或工作不正常，因此可能是投励插件与插座间接触不良，或是图2所示投励电路中的三极管3V1、单结晶体管4VU工作不正常，电容5C漏电、电位器W′损坏。
另外是移相插件同样有接触不良现象，或者是图3所示移相电路的小晶闸管10VT损坏等等。
(5)运行过程中励磁电流电压上下波动。
原因分析：引起励磁电流电压输出不稳的原因很多，主要有1)脉冲插件可能存在接触不良，造成个别触发脉冲时有时无。
2)图1所示脉冲电路的电位器4W松动，使三极管1V1电流负反馈发生变化，造成放大器工作点不稳定，从而影响晶闸管主回路输出的稳定性。
另外，如果电容2C漏电或单结晶体管2VU及三极管1V1性能不良，也会引起触发脉冲相位移动。
3)图3所示移相电路的电位器6W松动或接触不良，将会使移相控制电压Ed间歇性消失，引起励磁电流电压输出大幅度波动。
另外，如果稳压管7VS、8VS损坏，都会使Ey随电网电压波动而波动，使Ed输出波动，造成晶闸管主回路直流输出不稳。
(6)励磁装置输出电压调不到零位。
原因分析：图3所示移相电路中电阻18R虚焊，阻值增大或减少，会引起Ed-Ec≠0，使励磁输出电压无法调到零位。
总之，同步电动机晶闸管励磁装置的故障虽然多种多样，但大致可分为励磁不稳、励磁大幅度下降甚至失电压。
这些故障大部分是由于插件引起的。
2 日常维修中注意事项(1)由于励磁装置采用强迫风冷，电柜内灰尘必须经常清除，以防止灰尘积附过多造成短路。
清扫灰尘一般采用吸尘或吹拭的方法，而对吹不掉的附着物可用干净的油刷扫去，但切勿碰坏元件、线路或使元件互碰。
清尘工作一般由上而下进行。
(2)插件松动会严重影响励磁装置的正常工作，处理方法是：一般可在励磁装置通电预试时用手轻敲插件拉手，一旦插件有松动，必然会引起输出上下波动。
如果是元件虚焊引起的松动，当然要加焊牢固。
而对于插件插座引起的松动，我们可以在插件的插入部分铜箔上拉一层薄锡，这样既可防止铜箔氧化，又可增加插件与插座接触的紧固程度。
(3)对于元件损坏的更换，新元件原则上要符合原设计的元件参数要求。
但对于某些元件，如电容元件，可用电容容量相同而耐压高一些的电容更换，又如稳压二极管，亦可用功率稍大而稳压值相同的稳压二极管更换。
这样可降低元件的损坏频率，减少故障的出现。
(4)对于难以判断的故障，我们采用示波器来检查各脉冲波形与直流输出情况。
这样可较为准确地检查出故障部位。
另外，我们还可以采用同规格插件替换验证的检查方法进行检修。
同步发电机是电力系统以及工业生产中的重要元件其励磁装置的性能直接影响同步发电机运行的可靠性和稳定性目前国内生产的同步电动机励磁装置大多数采用模拟控制电路这种控制电路存在硬件多控制板数量多接线复杂可靠性差等缺点对于现场人员使用和维护都造成了一定困难微机控制技术的发展为解决以上问题提供了技术支持我公司从80 年代起研制并生产了大量的微机控制整流设备特别是在晶闸管的控制技术上有比较丰富的经验针对励磁装置中存在的一些问题我公司采取微机控制技术并且吸取了现有励磁设备的精华其中包括1972 年原机械工业部电器工业管理局的统一设计的技术关键和同步发电机失步保护和带载自动再整步技术精华研制出了新型微机控制同步发电机晶闸管励磁装置该装置具有控制集成度高控制精度高运行可靠性高稳定性好现场使用和维护方便等优点微机控制同步发电机励磁装置分为HRKLF11 和HRKLF12 两个系列11系列供拖动非冲击性负载的同步发电机恒定励磁用12 系列供有冲击性负载的同步发电机按负荷自动调节励磁维持无功电流恒定之用该装置均具有失步保护和带载自动再整步功能适用于200-10000KW 同步发电机配套1 控制电路采用MCS-89C51 系列单片微机控制控制板集成度高,软件中有丰富的设备自检功能2 具有良好的失步保护功能和带载自动再整步功能3 全压起动时起动至亚同步转速顺极性投入励磁使电机牵入同步运行4 同步发电机起动和停车时自动灭磁以免感应过电压击穿设备5 可手动调节励磁电流电压进行功率因数调整6 本设备所带放电电阻RF 阻值为所配用的同步发电机转子励磁绕组直流电阻的10 倍其长期允许电流为同步发电机额定励磁电流的按负荷自动调整励磁基本保持同步发电机无功电流恒定2 具有零励磁保护功能本装置的主电路包括整流变压器三相半控整流桥阻容灭磁环节和起动环节等控制电路主要由单片机MCS-8751 励磁电流调节器电流给定与反馈环节投全压和投励环节失步检测环节强励环节无功补偿环节微机触发环节和自检环节等组成以上控制电路主要集成到一块控制板上具有同步发电机的起动正常励磁失步检测和保护强励自动关桥以及无功补偿等功能下面分别介绍各部分组成和原理1 三相半控整流电路整流变压器将交流380V 电源电压降至励磁所需的电压其二次输出线电压为U21每个主桥晶闸管及整流二极管在一个电周期360 度内轮流导通120 度晶闸管由其相应的触发插件提供的触发脉冲开通整流二极管为自然换流整流桥直流输出电压为Ud 1.35 U21(1+cos )/2式中U21 整流变压器二次侧线电压V晶闸管的控制角Ud 0.3-1.2UfeUfe 电机额定满载励磁电压2 阻容灭磁环节阻容灭磁的任务是关断主桥晶闸管停止主桥向电机输出励磁电压和电流输出励磁电压和电流采用阻容灭磁不仅灭磁速度快而且关桥可靠下列情况下阻容灭磁动作1 电机发生带励失励失步时阻容灭磁动作关断主桥使电机转入异步运行失步源消失后实现带载自动再整步2 当电机发生断电失步时阻容灭磁动作关断主桥电机励磁绕组储存的磁场能量经附加电阻RF 及电容C10 和C11 衰减当励磁电流lf 由额定值Ife 衰减到0.368Ife 时实现断电失步再整步3 当电机正常或事故停机时阻容灭磁动作关断主桥避免在下一次开机时因主桥未关断而误投励电容C10 由交流26OV 电源经单相全波整流充电至34OV 左右当灭磁插件发出灭磁脉冲后灭磁晶闸管KP4 开通C10 上予充电压反向加于主桥两端为保证主桥可靠关断CM1 容量的选择应保证施加反压的时间大于主桥晶闸管的热态关断时间在施加反压的同时C10 经电机励磁绕组向C11 放电当Vc10 Vc11 时流过KP4 的电流近似为零KP4 自动关断3 起动环节主要技术要求l 在电机投励前的整个异步起动过程中当励磁绕组有正向感应电压时起动晶闸管 KP5 应可靠开通以便附加电阻 RF 在有正负半周感应电压时均能接入励磁绕组使电机获得良好的对称起动特性而投入正常励磁后KP5应可靠关断并转入高开通值高开通值应保证电机在正常励磁强励及灭磁时不误开通以避免长期接入附加电阻而烧毁在电机励磁绕组出现过电压时KP5 应开通对励磁绕组起过电压保护作用2 起动控制回路中的R21 选择满足高开通值外并应满足正常运行时的热稳定要求工作原理在电机半压起动油开关闭合后J1-2 闭合此时WHK2 4 闭合在未投励时此时R21 与R22 并联并联后阻值较低R23//RW21 回路可分得较高电压因R21 阻值较高R23//RW21 分得电压就低KP5 就需在较高主桥电压下开通改变R21 R22阻值可获得所需的KP5 高低开通值4 励磁电流调节器电流调节器由运算放大器U302B 组成的比例积分放大器和二极管限幅环节组成电流给定由电位器POT 构成电流反馈由ID 输入电流调节器的输出值经过电阻R235 和R236 分压后送给模数转换器A/D0804 经过转换后的数字量输入到微机去控制晶闸管的触发角为了把电流限制在某个最大允许值电流调节器具有限流功能即电流截止功能调节电位器RW35 可以调节限流值调节电位器RW37 R334 和C311 可以改变电流调节环的比例积分参数调节环的输出电压与移相角之间存在着非线性关系为了使得操作人员调节方便使励磁电压或电流能够线性跟踪电位器的给定变化在单片机控制程序中设置了非线性校正环节5 投全压和投励环节同步发电机在整个起动过程中其转子感应交变电压的频率是随着转子的加速而变化的转速越高感应交变电压的频率就越低电机刚起动瞬间转子感应电压频率与定子回路频率f1 相同为50HZ 而达到任一转差S 时的转子感应电压频率f 为 f=fl S=50S当同步发电机加速至同步转速的90 时转差s 0.1 投入全压当同步发电机加速至亚同步时同步转速的95 转差S 0.05 顺极性投励此时转子感应电压频率为f=50 0.05=2.5 周一个周期时间为T l/f=l/2.5 0.4 秒电机进入亚同步转速时投励环节接收到频率为2.5Hz 的转子感应电压信号后顺极性感应电流方向与励磁电流方向相同发出脉冲去触发主回路晶闸管从而投入励磁将同步发电机牵入同步运行6 触发脉冲形成与放大环节触发脉冲的形成与放大电路的原理为由单片机P1 口发出120 度电角度方波送入与门74LS08 的一个输入端与门另一端输入高频的脉冲列FO 其输出端即输出120 度的宽脉冲列然后经过上拉电阻加以放大输出此信号接入脉冲变压器的原边脉冲变压器的副边接入晶闸管的门极和阴极7 强励环节当定子回路三相交流电压降至某一百分比如80 时进行突出强励强励时间为10 秒8 无功补偿环节仅HRKLF12 型用拖动冲击负载的同步发电机当负载增加仍为恒定励磁时其输出无功电流减少超过额定负载时减少得更为严重甚至变为从电网吸取感性无功电流这不利于电机运行和电网电压的稳定冲击负载的大型同步电动机对电网影响大需要按照电机负载的大小自动调节励磁HRKLF12 型设备用无功补偿插件检测同步发电机定子回路有功电流信号用来在负载增加时实现自动增磁使冲击负载的同步发电机以输出较稳定的无功电流运行此环节由二极管开关式相敏桥和双T 滤波器组成9 装置运行状况检测与显示该装置具有微机自动检测功能且有数字显示各种状态在设备启动和运行过程中微机能自动检测设备状况当有故障出现时会自动停机且显示表示故障种类代码如快熔熔断器熔断后显示7 数字显示如表5.1 所示。
