同步電動機是發(fā)電廠及其它工業(yè)生產(chǎn)中的重要動力設(shè)備，廣泛用于拖動發(fā)電廠球磨機、大容量泵與風機等輔機設(shè)備，同時能向電網(wǎng)發(fā)送無功功率，支持電網(wǎng)電壓，提高電網(wǎng)功率因數(shù)。國內(nèi)、外許多電機制造公司擁有大型同步電動機設(shè)計和成功應(yīng)用的事例。因此大容量同步電動機安全、可靠運行對保持電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定、動態(tài)穩(wěn)定至關(guān)重要，直接影響工礦企業(yè)機械設(shè)備的安全、可靠運行。

    同步電動機定子繞組通入三相交流電建立定子旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子磁場是通過勵磁系統(tǒng)向轉(zhuǎn)子的勵磁繞組中通入直流電流建立，轉(zhuǎn)子磁場伴隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動而旋轉(zhuǎn)。定子旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子磁場依靠兩者相互作用達到同步轉(zhuǎn)速。同步電動機可靠、穩(wěn)定運行主要取決于電機啟動、負荷變化及停機等過程中的勵磁控制。當前，絕大多數(shù)的同步電動機采用全可控硅勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由于勵磁電流的調(diào)節(jié)統(tǒng)有時沒有及時與負載的變化協(xié)調(diào)一致，造成定子旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場在失步狀態(tài)下相互作用，致使電機遭受強烈脈振和沖擊作用，因此應(yīng)采取行之有效的措施加以完善。

                                石家莊同步電動機勵磁系統(tǒng)如圖所示

    1、勵磁系統(tǒng)缺陷所造成的主要危害

    供給同步電動機勵磁電流的電源及其附屬設(shè)備統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)。同步電動機勵磁系統(tǒng)主要由勵磁功率單元、勵磁控制單元兩部分構(gòu)成。勵磁系統(tǒng)的技術(shù)性能對同步電動機的安全可靠穩(wěn)定運行息息相關(guān)。

    1.1、對電網(wǎng)所造成的危害

    同步電動機在運行中，若勵磁系統(tǒng)缺陷，造成勵磁電壓降低，使得同步電動機的過載能力降低，驅(qū)動轉(zhuǎn)矩小于負荷制動轉(zhuǎn)矩時，進入失步狀態(tài)。由于此時同步電動機勵磁電壓并未消失，同步電動機的定子感應(yīng)電動勢可能與相應(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。

    同步電動機失步后，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，旋轉(zhuǎn)磁場在啟動繞組和勵磁繞組中感應(yīng)出電動勢、電流，產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩，電機進入異步運行狀態(tài)；又因為勵磁電壓并沒有退出，在異步運行期間，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，嚴重時可能引起同步電動機與電網(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，常見大量同步電動機集中運行，這種情況對同步電動機來說，有較大的啟動、運轉(zhuǎn)風險。在用電高峰，電網(wǎng)穩(wěn)定性差， 同步電動機因啟動電流高和功率因數(shù)很低可能造成局部電網(wǎng)電壓惡化降低，使得過載能力差的同步電動機進入失步狀態(tài)，加劇局部電網(wǎng)的惡化、崩潰。

    1.2、對同步電動機所造成的危害

    勵磁系統(tǒng)缺陷會造成同步電動機定子繞組端部變形、絕緣損壞、過熱、可能惡化短路；定子鐵芯松動、運行噪音增大；轉(zhuǎn)子繞組接頭裂紋、開焊、過熱、絕緣損壞；轉(zhuǎn)子磁極槽楔松動退出；聯(lián)軸器或大軸的軸銷部位裂紋，或惡化斷軸。

    2、同步電動機勵磁系統(tǒng)缺陷的成因及改善措施

    2.1、投勵方式、投勵時刻選擇不當對電機的影響

    如果勵磁系統(tǒng)有缺陷，同步電動機啟動過程中在并車投勵瞬間經(jīng)常發(fā)出沉悶的沖擊聲，電機遭受沖擊。

    發(fā)生上述現(xiàn)象的原因是由于勵磁系統(tǒng)的“并車投勵電路”存在缺陷。它所選定投勵方式為：投勵時刻由靜態(tài)勵磁柜控制。在同步電動機啟動之初，未通入勵磁電流之前，電機為異步啟動狀態(tài)，此時電機為“異步電動機”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，加上一定的時限延遲，由靜態(tài)勵磁柜進行投勵，旋轉(zhuǎn)整流盤便將勵磁電流送入勵磁繞組，沒有檢測轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)差率和投勵瞬間轉(zhuǎn)子空間角度選擇合適與否，就盲目投勵并車。此時，勵磁繞組外部通入的直流勵磁電流與轉(zhuǎn)子繞組自身感應(yīng)的交變電流方向相反，在此瞬間，勵磁繞組總的合成電流很小，導(dǎo)致勵磁系統(tǒng)并車投勵性能存在缺憾，使電機遭受這種損傷。另外，這種投勵方式由于勵磁電流整定值是經(jīng)驗值，有一定的誤差，造成長時間不能及時投勵，使得電動機啟動時間過長，或投勵時電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速沒有接近定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速，造成投勵后電機處于失步狀態(tài)。這是同步電動機損壞的一個主要因素。

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

    2.2、異步啟動回路及啟動控制電路缺陷對電機的影響

    由于勵磁系統(tǒng)異步啟動回路和相應(yīng)的啟動控制電路缺陷，在電機“異步啟動”過程中，當轉(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，勵磁繞組感應(yīng)電流的負半周通道不暢，時通時斷，相應(yīng)的異步驅(qū)動轉(zhuǎn)矩基本消失，造成電機脈振，電機遭受相應(yīng)損傷，且隨著電機轉(zhuǎn)速上升越來越明顯，直到電機牽入同步才穩(wěn)定下來。

    另外在異步啟動過程中，在某一轉(zhuǎn)差率時，因勵磁繞組感應(yīng)電流正、負半波的電路不對稱，使得勵磁繞組感應(yīng)電流正、負半波波形不對稱，在勵磁繞組回路中出現(xiàn)一個直流勵磁電流分量，定子電流也因此強烈脈動，電機由此產(chǎn)生相應(yīng)的脈振轉(zhuǎn)矩分量，造成電動機更加強烈的振動，遭受相應(yīng)的損傷。

完善措施是優(yōu)化異步啟動回路及啟動控制電路設(shè)計，使啟動控制電路中的“啟動可控硅”在同步電動機啟動時，處于低開通狀態(tài)，開通值一般10～36V，便可解決上述問題。

    2.3 啟動滅磁電組不正常發(fā)熱

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