摘要：同步電動機其具有溫度低、運行穩定、輸出功率大等一系列優點，特別是能向電網發送無功功率，支持電網電壓，提高功率因數。已在水利、排灌、化工等各行各業得到廣泛應用。但是，長期以來發生同步電動機及其勵磁裝置損壞事故屢見不鮮。由于同步電動機的頻繁損壞。直接影響安全、可靠、經濟、連續及穩定運行，嚴重影響單位的經濟效益。本文闡述同步電動機頻繁損壞的根本原因不在電動機本身，而在分立元件勵磁裝置技術性能太差。針對分立元件勵磁裝置技術性能的缺陷，提出切實可行，行之有效的改造技術措施。

關鍵詞：同步電動機 勵磁裝置 損壞 脈振 失步

一、同步電動機運行中經常發生的問題

甘肅景電管理局一、二期工程共有同步電動機63臺，其中2240KW同步電動機24臺;2000KW同步電動機16臺;1400KW同步電動機23臺。經過多年運行發現，同步電動機損壞主要表現在：定子繞組端部綁線崩斷，絕緣蹭壞，連接處開焊;導線在槽口處及端點斷裂，齒壓板松動，進而引起短路;轉子勵磁繞組接頭處產生裂紋，開焊;短路環開焊;局部過熱烤焦絕緣;轉子磁級的燕尾楔松動，退出;轉子線圈絕緣損傷;起動繞組籠條斷裂;電刷滑環松動;風葉裂斷;定子鐵芯松動，運行中噪聲增大等故障。

按照電機的正常使用壽命(指線圈)應在 20年左右，一般電機運行所帶負載及溫升等主要技術指標均在額定值以下，因此電機的正常使用壽命還應更長些。但據統計所損壞的同步電動機，運行時間大多在10年以下，有的僅運行2～3年;有的電動機剛大修好，投入運行不到半年又再次嚴重損壞。電機損壞率高，人們一般認為是電動機制造質量問題，把問題歸結到電機制造廠。為此多家電機制造廠，在制造工藝中對某些環節、部位進行加強措施，但效果并不顯著，電機損壞事故仍不斷出現。

多年來，我們通過對本單位同步電動機及勵磁裝置運行長期統計、分析和研究，到許多廠家和單位了解同步電動機運行情況，對大量調查研究數據進行數理統計分析;對電機損壞現象作技術分析研究;對電機的起動過程、投勵過程、滅磁過程、正常運行中的各種典型狀態波形進行攝片，對所攝波形特征進行分析;上述各項分析研究結果表明

導致電機損壞的原因不在電機本身，其根本原因在電動機外部，是電動機所配勵磁裝置只能滿足一般基本使用功能，其技術性能很差所致。

1、目前所用的可控硅勵磁裝置，電機每次起動均受損傷

甘肅景電管理局一期工程同步電動機勵磁裝置主電路為橋式半控勵磁裝置，其主電路(圖l)所示。

圖1半控橋式勵磁裝置主回路

圖2使用半控橋式勵磁裝置電機起動時轉子回路波形

電機在起沖過程中，存在滑差，在轉子線圈內將感應一交變電勢，其正半波通過Z Q形成回路，產生+if;而其負半波則通KQ及RF回路，產生-if，如(圖-2)所示。由于電路的不對稱，形成+if與-if電流不對稱，定子電流也因此而強烈脈動，電機將遭受脈振轉矩強烈振動，甚至在整個廠房內都可以聽到電機起動過程發出的強烈振動聲。這種聲音一直持續到電機起動結束才消失，電機起動過程所受強烈脈振是電機損傷的重要原因之一。電機起動過程中定子電流及轉子電流變化波形如(圖-3)及(圖-2)所示。

圖3電機起動過程中定子電流波形

甘肅景電管理局二期工程同步電動機勵磁裝置主電路是全控橋(圖-4)，隨著電機起動過程滑差減小，轉子線圈內感應電勢逐步減小，當轉速達到50%以上時，勵磁回路感應電流負半波通路不暢，將處于時通時斷，似通非通狀態，同樣形成+if與-if電流不對稱，由此同樣形成脈振轉矩，造成電機產生強烈振動，損壞電機。

圖4全控橋式勵磁裝置主回路

無論是全控橋，還是半控橋，電機起動過程投勵時往往聽到一聲沉悶的沖擊聲，且起動投勵時投勵電流越大，聲音越響。一般可用減小勵磁電流的方法來減輕電機的沖擊，待電機起動結束后，方將勵磁調正常。這是由于目前所用的可控硅勵磁裝置投勵時所選擇的“轉子位置角”極不合理。這種沖擊，同樣使電機遭受損傷。

由于可控硅勵磁裝置本身存在的上述缺陷，使電機在每次起動過程中均遭受強烈脈振，在投勵時遭受沖擊損傷，但并不是一次就使電機當場損壞，而是每次啟動都使電機產生疲勞效應，造成電機內部暗傷，并逐步累積，發展成電機的內部故障。

上述電機起動過程中所出現的脈振，投勵時受的沖擊，是由于勵磁裝置起動回路及投勵環節設計不合理所造成，通過改善起動回路及投勵時合理選擇轉子位置角，起動過程中的脈振和投勵沖擊現象完全可以消除。

2、分立元件可控硅勵磁裝置無可靠的失步保護裝置，使電機不斷受到失步危害損壞。

分離元件可控硅勵磁裝置采用GL型反時限繼電器或用DL繼電器組成的定時限過流保護兼作失步保護，而電機“過負荷”與電機“失步“是完全不同的兩個概念，通過分析電機失步時的暫態過程，現場試驗及實拍的電機失步暫態波形，可以充分證明：用過負荷繼電器兼作失步保護，當電機失步時，它不能動作，有的雖能動作，但動作時延大大加長，實際上起不到保護電機作用。

同步電機的失步事故可分為三類：即欠勵失步、過勵失步和斷電失步。

欠勵失步是由于勵磁系統的種種原因，使同步電動機的勵磁繞組失去直流勵磁或嚴重欠勵磁，轉子磁場滯后旋轉磁場很大角度(圖5-a)使同步電動機失去靜態穩定，滑出同步。電動機發生欠勵失步時，丟轉不明顯，負載基本不變，定子電流過流不大，電機無明顯異常聲音，GL型繼電器往往拒動或動作時間大大加長。欠勵失步一般不能被值班人員及時發現，待發現電機冒煙時，電機已失步了相當長時間，并已造成了電機或勵磁裝置的損傷損壞。

電機的欠勵失步，大多不當初損壞電機，而是造成電機設備的內部暗傷，經常出現電機冒煙后，查不出毛病，電機還能再投入運行。但線棒的絕緣已受了很大的損傷。

欠勵失步主要會引起電機轉子繞組，尤其是起動繞組(阻尼條)的過熱、變形、開焊，甚至波及到定子繞組端部。電機欠勵失步時在轉子回路還會產生高電壓，造成勵磁裝置主回路元件損壞，引起滅磁電阻發熱。嚴重時甚至造成整臺勵磁裝置燒壞事故。

過勵失步，是由于勵磁裝置故障或調節不當等原因造成勵磁電流增大，電機在過勵失步時，勵磁系統雖仍有直流勵磁，但勵磁電流及定子電流都很大并且產生強烈脈振，轉子磁場超前旋轉磁場很大角度(圖5-b),有時甚至產生電磁共振和機械共振。過勵失步大多引起電機產生疲勞效應，引起電機內部暗傷，并逐步積累和發展。過勵失步所造成電機損傷主要表現在：定子繞組綁線崩斷，導線變酥，線圈表面絕緣層被振傷，并逐步由過熱而烤焦、燒壞，甚至發展成短路;轉子環連接部位開焊變形;轉子磁極的燕尾楔松動，退出;電刷滑環松動;定了鐵芯松動。運行中噪聲增大;嚴重時甚至出現斷軸事故。由于電機和水泵是同軸運行，電機的強烈脈振，同樣會波及到水泵損傷，如緊固螺絲斷裂等。

斷電失步是由于供電系統自動重合閘ZCH裝置或備用電源自動BZT裝置動作，及人工切換電源，使交流電機供電電源輸送渠道短暫中斷而導致。它對電機的危害是非同期沖擊。這種沖擊的大小，與系統容量，線路組抗，電源中斷時間、負載性質，特別是與電源重新恢復瞬間的電氣分離角有關。所以這種沖擊有可能使電機當場損壞，也有可能根本感覺不到。這種運行狀態是最為危險的。

3、分離元件可控硅勵磁裝置，控制部分技術性能太差，同樣影響電動機使用壽命。

在多年使用可控硅勵磁裝置中感到，勵磁裝置故障率太高，經常出現起動可控硅KQ誤導通，插件接觸不良，脈沖丟失，三相電流丟波缺相，不平衡，勵磁電流、電壓不穩定，甚至直接引起電機失勵等故障，這是由于該勵磁裝置的控制部分存在很多缺陷，電機運行的可靠性也因此得不到保障，它同樣是引起電機損傷的重要原因。

改造的勵磁裝置在技術上的主要特點

改造后電機在異步驅動過程中平滑、快速，完全消除采用老式勵磁屏在電機異步暫態過程中所存在的脈振，滿足帶載起動及再整步的要求。

投勵按照“準角強勵整步”的原則設計，并具有強勵磁整步的功能，電機拉入同步的過程平滑、快速、可靠。

具有先進完善的過勵失步，欠勵失步保護系統，保證電機發生過勵失步和欠勵失步時，快速動作，以免電機受損傷。

水利(青海鋁廠39臺;陜西交口抽渭管理局8臺;永登水泥廠10臺;景電管理局43臺)等行業幾百臺同步電動機上廣泛應用。即有6KV(10KV)高壓同步電動機，也有380V低壓同步電動機;所改造的勵磁裝置有全控橋式勵磁裝置，也有半控橋式勵磁裝置;特別在水利行業受到廣大用戶及許多專家的一致好評和充分肯定。