同步電動(dòng)機(jī)是發(fā)電廠(chǎng)及其它工業(yè)生產(chǎn)中的重要?jiǎng)恿υO(shè)備，廣泛用于拖動(dòng)發(fā)電廠(chǎng)球磨機(jī)、大容量泵與風(fēng)機(jī)等輔機(jī)設(shè)備，同時(shí)能向電網(wǎng)發(fā)送無(wú)功功率，支持電網(wǎng)電壓，提高電網(wǎng)功率因數(shù)。國(guó)內(nèi)、外許多電機(jī)制造公司擁有大型同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和成功應(yīng)用的事例。因此大容量同步電動(dòng)機(jī)安全、可靠運(yùn)行對(duì)保持電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定至關(guān)重要，直接影響工礦企業(yè)機(jī)械設(shè)備的安全、可靠運(yùn)行。

    同步電動(dòng)機(jī)定子繞組通入三相交流電建立定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)是通過(guò)勵(lì)磁系統(tǒng)向轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁繞組中通入直流電流建立，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)伴隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)依靠?jī)烧呦嗷プ饔眠_(dá)到同步轉(zhuǎn)速。同步電動(dòng)機(jī)可靠、穩(wěn)定運(yùn)行主要取決于電機(jī)啟動(dòng)、負(fù)荷變化及停機(jī)等過(guò)程中的勵(lì)磁控制。當(dāng)前，絕大多數(shù)的同步電動(dòng)機(jī)采用全可控硅勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由于勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)統(tǒng)有時(shí)沒(méi)有及時(shí)與負(fù)載的變化協(xié)調(diào)一致，造成定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在失步狀態(tài)下相互作用，致使電機(jī)遭受強(qiáng)烈脈振和沖擊作用，因此應(yīng)采取行之有效的措施加以完善。

                                石家莊同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)如圖所示

    1、勵(lì)磁系統(tǒng)缺陷所造成的主要危害

    供給同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流的電源及其附屬設(shè)備統(tǒng)稱(chēng)為勵(lì)磁系統(tǒng)。同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)主要由勵(lì)磁功率單元、勵(lì)磁控制單元兩部分構(gòu)成。勵(lì)磁系統(tǒng)的技術(shù)性能對(duì)同步電動(dòng)機(jī)的安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行息息相關(guān)。

    1.1、對(duì)電網(wǎng)所造成的危害

    同步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中，若勵(lì)磁系統(tǒng)缺陷，造成勵(lì)磁電壓降低，使得同步電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力降低，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩小于負(fù)荷制動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，進(jìn)入失步狀態(tài)。由于此時(shí)同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電壓并未消失，同步電動(dòng)機(jī)的定子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可能與相應(yīng)電網(wǎng)電壓在大小或相位上不同而發(fā)生振蕩，兩者夾角在0°至360°之間周期性變化。

    同步電動(dòng)機(jī)失步后，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在啟動(dòng)繞組和勵(lì)磁繞組中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)、電流，產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩，電機(jī)進(jìn)入異步運(yùn)行狀態(tài)；又因?yàn)閯?lì)磁電壓并沒(méi)有退出，在異步運(yùn)行期間，產(chǎn)生交變轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和定子電流都發(fā)生振蕩，嚴(yán)重時(shí)可能引起同步電動(dòng)機(jī)與電網(wǎng)之間發(fā)生電氣共振，可能造成局部電網(wǎng)崩潰，與大電網(wǎng)的解列。

    另外，一些工業(yè)領(lǐng)域，常見(jiàn)大量同步電動(dòng)機(jī)集中運(yùn)行，這種情況對(duì)同步電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，有較大的啟動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)險(xiǎn)。在用電高峰，電網(wǎng)穩(wěn)定性差， 同步電動(dòng)機(jī)因啟動(dòng)電流高和功率因數(shù)很低可能造成局部電網(wǎng)電壓惡化降低，使得過(guò)載能力差的同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)入失步狀態(tài)，加劇局部電網(wǎng)的惡化、崩潰。

    1.2、對(duì)同步電動(dòng)機(jī)所造成的危害

    勵(lì)磁系統(tǒng)缺陷會(huì)造成同步電動(dòng)機(jī)定子繞組端部變形、絕緣損壞、過(guò)熱、可能惡化短路；定子鐵芯松動(dòng)、運(yùn)行噪音增大；轉(zhuǎn)子繞組接頭裂紋、開(kāi)焊、過(guò)熱、絕緣損壞；轉(zhuǎn)子磁極槽楔松動(dòng)退出；聯(lián)軸器或大軸的軸銷(xiāo)部位裂紋，或惡化斷軸。

    2、同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)缺陷的成因及改善措施

    2.1、投勵(lì)方式、投勵(lì)時(shí)刻選擇不當(dāng)對(duì)電機(jī)的影響

    如果勵(lì)磁系統(tǒng)有缺陷，同步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中在并車(chē)投勵(lì)瞬間經(jīng)常發(fā)出沉悶的沖擊聲，電機(jī)遭受沖擊。

    發(fā)生上述現(xiàn)象的原因是由于勵(lì)磁系統(tǒng)的“并車(chē)投勵(lì)電路”存在缺陷。它所選定投勵(lì)方式為：投勵(lì)時(shí)刻由靜態(tài)勵(lì)磁柜控制。在同步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)之初，未通入勵(lì)磁電流之前，電機(jī)為異步啟動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)電機(jī)為“異步電動(dòng)機(jī)”狀態(tài)，隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升，轉(zhuǎn)差率下降，定子電流隨著轉(zhuǎn)子電流下降而降到某一數(shù)值，加上一定的時(shí)限延遲，由靜態(tài)勵(lì)磁柜進(jìn)行投勵(lì)，旋轉(zhuǎn)整流盤(pán)便將勵(lì)磁電流送入勵(lì)磁繞組，沒(méi)有檢測(cè)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)差率和投勵(lì)瞬間轉(zhuǎn)子空間角度選擇合適與否，就盲目投勵(lì)并車(chē)。此時(shí)，勵(lì)磁繞組外部通入的直流勵(lì)磁電流與轉(zhuǎn)子繞組自身感應(yīng)的交變電流方向相反，在此瞬間，勵(lì)磁繞組總的合成電流很小，導(dǎo)致勵(lì)磁系統(tǒng)并車(chē)投勵(lì)性能存在缺憾，使電機(jī)遭受這種損傷。另外，這種投勵(lì)方式由于勵(lì)磁電流整定值是經(jīng)驗(yàn)值，有一定的誤差，造成長(zhǎng)時(shí)間不能及時(shí)投勵(lì)，使得電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，或投勵(lì)時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速?zèng)]有接近定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速，造成投勵(lì)后電機(jī)處于失步狀態(tài)。這是同步電動(dòng)機(jī)損壞的一個(gè)主要因素。

    其解決措施是改善投勵(lì)方式，利用轉(zhuǎn)子上安裝的旋轉(zhuǎn)整流盤(pán)的控制電路通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)差率，選擇合適的投勵(lì)瞬間和相應(yīng)的轉(zhuǎn)子空間角度來(lái)控制投勵(lì)時(shí)刻，使得投勵(lì)瞬間勵(lì)磁繞組所通入的直流勵(lì)磁電流與轉(zhuǎn)子感應(yīng)的電流方向相同，使投勵(lì)后的直流勵(lì)磁電流較快送入勵(lì)磁繞組。這樣確保成功投勵(lì)，并在將轉(zhuǎn)子牽入同步過(guò)程中，電機(jī)沒(méi)有遭受沖擊，啟動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)、可靠、快速。

    2.2、異步啟動(dòng)回路及啟動(dòng)控制電路缺陷對(duì)電機(jī)的影響

    由于勵(lì)磁系統(tǒng)異步啟動(dòng)回路和相應(yīng)的啟動(dòng)控制電路缺陷，在電機(jī)“異步啟動(dòng)”過(guò)程中，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升到額定轉(zhuǎn)速50%以上，轉(zhuǎn)差率減小到一定數(shù)值時(shí)，勵(lì)磁繞組感應(yīng)電流的負(fù)半周通道不暢，時(shí)通時(shí)斷，相應(yīng)的異步驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩基本消失，造成電機(jī)脈振，電機(jī)遭受相應(yīng)損傷，且隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速上升越來(lái)越明顯，直到電機(jī)牽入同步才穩(wěn)定下來(lái)。

    另外在異步啟動(dòng)過(guò)程中，在某一轉(zhuǎn)差率時(shí)，因勵(lì)磁繞組感應(yīng)電流正、負(fù)半波的電路不對(duì)稱(chēng)，使得勵(lì)磁繞組感應(yīng)電流正、負(fù)半波波形不對(duì)稱(chēng)，在勵(lì)磁繞組回路中出現(xiàn)一個(gè)直流勵(lì)磁電流分量，定子電流也因此強(qiáng)烈脈動(dòng)，電機(jī)由此產(chǎn)生相應(yīng)的脈振轉(zhuǎn)矩分量，造成電動(dòng)機(jī)更加強(qiáng)烈的振動(dòng)，遭受相應(yīng)的損傷。

完善措施是優(yōu)化異步啟動(dòng)回路及啟動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)，使啟動(dòng)控制電路中的“啟動(dòng)可控硅”在同步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，處于低開(kāi)通狀態(tài)，開(kāi)通值一般10～36V，便可解決上述問(wèn)題。

    2.3 啟動(dòng)滅磁電組不正常發(fā)熱

    在同步電動(dòng)機(jī)“異步啟動(dòng)”過(guò)程中，啟動(dòng)滅磁電阻通過(guò)可控硅電路接入轉(zhuǎn)子回路，以減小啟動(dòng)電流，增大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，加速電機(jī)啟動(dòng)；投勵(lì)后通過(guò)相應(yīng)的可控硅控制電路使啟動(dòng)滅磁電組退出。但是如果控制電路異�；蚬收蠈�(dǎo)致啟動(dòng)滅磁電組不能及時(shí)退出而長(zhǎng)期帶電，容易發(fā)熱燒毀，對(duì)電機(jī)正常工作極其不利。因此應(yīng)提高可控硅控制回路的可靠性，保證啟動(dòng)滅磁電組的正確投退。