摘要：随着科技迅速发展，我国的机械行业的发展也有了进展。同步电动机是通过对转子施加直流电流进行励磁，使定子磁极和转子达到同步转速。其运行的稳定性和可靠性的关键在于电机在启动、变负荷及停机等阶段中的励磁控制与保护。由于励磁可调，电动机可以在超前功率因数下工作，向电网输送超前的无功功率，运行稳定，功率因数可调，被广泛应用于空压机、泵站等。
关键词：同步电动机；励磁控制；系统研究
引言
整套励磁系统由旋转励磁和静态励磁两部分组成。旋转励磁部分安装在主电机轴上，每套旋转励磁包括1个控制模块、3个整流模块、1个启动模块和8个电阻模块，静态励磁部分主要是由励磁调节器、励磁变压器、功率单元、电源系统和测量元件、显示面板组成的静态励磁柜，安装在非防爆场所。其核心控制单元为微机控制同步电动机励磁调节器，具有双套调节器自动跟踪和故障自动切换（调节器双冗余）的技术性能。静态励磁装置的功率单元采用IGBT斩波方式，并配置有IGBT控制电阻灭磁电路。
1同步电机励磁方式介绍
励磁系统是同步电机的重要组成部分，它的运行质量直接影响同步电机的运行可靠性和安全性。同步电机的励磁系统有很多分类方式，一般按电源不同可以分为交流电源励磁、直流电源励磁、静止励磁。直流励磁机励磁分为自励和他励两种结构，交流励磁机励磁也分为自励和他励两种结构。交流励磁机带旋转整流器也称无刷励磁系统。静止励磁系统中电机的励磁电源不用励磁机，而由机端励磁变压器供给整流装置。这类励磁装置采用大功率晶闸管元件，没有转动部分，故称静止励磁系统。静止励磁系统一般设有起励电源，起励电源可采用直流或交流整流电源。随着电力电子技术的快速发展，以及直流励磁机容量的限制，现在越来越多的采用交流励磁机和功率器件整流得到励磁电源。
2解决方案
1）同步电机所带负荷波动，引起励磁电流波动，当负载增大时，则定子电流会增大，为了抵消定子电流增大引起的去磁作用，同时，也为了保证功率因数不变，励磁正常为恒功率因数运行，则励磁电流会增大。反之，则励磁电流会减少。（2）同步电机系统电压波动，当系统电压降低时，为了保持功率恒定，则定子电流会增加，励磁电流也会相应增加；当系统电压升高时，则定子电流会减少，励磁电流也会相应地减少。（3）同步电机励磁调节器本身故障或参数设置不合理，当励磁调节器的相关调节参数不当或故障，就会造成得不到相对稳定的电流输出，造成调节器震荡运行从而造成励磁电流波动。（4）同步电机励磁UPS输出电压波动，则会造成主励磁机定子电压波动。当主励磁电压升高，则电机的励磁电流会增大。当调节器检测到电流过大时，会减少导通角，而此时可能电压已经恢复正常，从而会造成励磁电流变小。从而造成励磁电流波动。（5）同步电机励磁电源和定子电源电能谐波含量超标，同步电机励磁UPS输出频率波动造成励磁电流波动。（6）UPS的静态旁路开关特性不稳造成励磁电流波动。若旁路静态开关特性不好，极间反向电流较大，单向导电性能不理想。当励磁电流在调节时，由于漏电流还能构成反向倒灌回路，从而造成励磁电流波动。
3同步电动机励磁控制系统
3.1增加PLC控制以优化联锁控制逻辑
原励磁控制系统全部采用继电器进行联锁逻辑控制，继电器接点串并联易造成故障率升高，不便进行故障检查，现改为PLC控制，由PLC实现联锁逻辑，简化控制。
同时改变原转速联锁，原系统将现场来的测速信号通过继电器转换为接点信号后，作为主电机启动监控和运行监控联锁条件，在启动过程中发现转速未在指定时间达到预期速度即认为启动异常，联锁跳闸，以防止电动机发生堵转等故障。运行中该测速信号也作为联锁条件，当测速信号消失后即认为主机运转异常，联锁跳闸，新的系统保留转速启动联锁，转速运行联锁改为报警，即转速只作为启动投励条件，运行中转速作为监控。原因是主电机在运行中通过励磁电流可以监控其运转状况，当转速信号和电流同时消失才判定为故障。
3.2保护功能
失步保护及不减载自动再整步功能。当电机因负载突增、电压剧降及励磁电源短时消失等原因导致电机带励、失励失步时，在故障源消除后，系统会实现自动带载再整步，使电机恢复稳定同步运行，如因故障时间过长或电机特性过差，无法实现再整步时，失步保护装置会自动跳闸。启动失败保护。通过转速检测，主电机启动后4s内未达到额定转速的30%，发堵转保护跳闸信号;启动后转速达到额定转速95%投励，如长时间(20s内)转速未达到95%，励磁无法投入，发启动失败跳闸信号。具有阻容快速灭磁系统。关桥时间不大于500μs，关桥速度快，可避免系统重合闸时对电机的非周期冲击，并可加速备用电源的自投，以及在短路时加速电机短路电流的衰减。
3.3日常维护
由于环境的温度、湿度、粉尘及振动的影响，控制器内部的器件老化及磨损的诸多原因，都会导致控制器潜在故障的发生。因此，有必要对励磁控制装置进行日常维护。（1）控制器必须按照本说明书中规定的使用环境运行。（2）做好维护工作，记录日常运行数据，可对异常情况提早发现，避免损失。（3）根据使用环境，在3~6个月对控制器进行一次定期检查。检查内容：①控制器端子连接情况，是否松动；②电缆控制线是否损伤，电缆接触表面是否锈蚀；③对电路板粉尘使用吸尘器清扫。④长期存放的控制器必须1年以内通电运行一次，时间近5h，可以连接控制柜。需要注意的是，同步电动机无刷励磁系统与同步发电机无刷励磁系统是有区别的。同步电动机是驱动机，加在电机交流励磁绕组上的是交流电压。交流励磁机的定子三相绕组由双向晶闸管组成的交流调压器供电。交流励磁机的转子与同步电动机的转子同轴，由励磁机定子电流所形成的定子旋转磁场方向与同步电动机转子的实际方向相反，启动转速为零时，等同于变压器耦合，交流励磁绕组感应交流电动势。启动后相当于发电机，交流励磁转子绕组就感应出交流三相电动势。交流励磁绕组的感应电动势经过固定在同步电动机转子轴的二极管整流器整流成直流，供给同步电动机的励磁绕组，这样就省掉了电刷和集电环。同步电动机转子励磁电流的调节可以通过控制交流励磁机定子磁场来实现，即控制定子三相交流调压器双向晶闸管的触发角。
4结语
综上所述，同步电动机的励磁系统故障类型和故障原因虽然很多，但只要认真分析故障现象，细致排查所有可能的原因，就可以快速找到故障点进行处理。同时要注意以下几点：（1）励磁系统应结合机组检修进行定期维护、清扫、紧固和联锁试验。（2）加强机组运行期间励磁系统的巡检，细化巡检内容和标准，特别关注接线松动、过热等异常情况。（3）每个运行周期（3～4年）结束后，要对静态励磁柜和励磁旋转模块进行全面检测。励磁旋转模块因现场运行环境恶劣，建议在三个运行周期后进行更换。
参考文献
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