高壓同步電動(dòng)機(jī)故障分析與起動(dòng)方法設(shè)計(jì)
摘要:文章介紹了酒鋼選燒廠(chǎng)400kW高壓同步電機(jī)的工作原理,就同步電動(dòng)機(jī)振動(dòng)值偏大的故障與異步起動(dòng)方案作了簡(jiǎn)要分析,解決了軸承式同步電機(jī)無(wú)法進(jìn)行起動(dòng)試驗(yàn)的難題。
關(guān)鍵詞:高壓同步電機(jī);異步起動(dòng);動(dòng)平衡試驗(yàn);走動(dòng)方法設(shè)計(jì)文章編號(hào):1009-2374 #8197;(2010)25-0058-02
1電機(jī)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀況
400kW高壓同步電機(jī)是酒鋼選燒廠(chǎng)的重要設(shè)備,目前,現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)振動(dòng)值嚴(yán)重超標(biāo),負(fù)荷端和非負(fù)荷端振動(dòng)值如下:
振動(dòng)值(mm) 軸向 垂直 水平
負(fù)荷端 0.17 0.2 0.13
非負(fù)荷端 0.15 0.18 0.12
通過(guò)以上數(shù)據(jù)可以看出:電機(jī)的振動(dòng)值已嚴(yán)重超標(biāo),電機(jī)已無(wú)法使用,必須下線(xiàn)進(jìn)行修理,否則將會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)。
2振動(dòng)原因分析及動(dòng)平衡試驗(yàn)
通過(guò)分析,電機(jī)振動(dòng)值偏大的原因有兩方面原因:轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡出現(xiàn)問(wèn)題;存在電氣故障。
通過(guò)查找,存在電氣故障的可能性很小,所以我們對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)。此轉(zhuǎn)子重量為1.4噸,允許剩余不平衡量為50克,左為負(fù)荷端,右為非負(fù)荷端。
動(dòng)平衡試驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù):
初始值:左:2.5kg 69°右:2.4kg259°
左端在69度處加重2.5 kg,右端在259度處加重2.4 kg,結(jié)果如下:
左:29.7g 354° 右:364g 359°
通過(guò)數(shù)據(jù)可得:右端角度發(fā)生變化,合力方向發(fā)生了變化,利用力的三角形法則,原理如圖1所示,在右端270度處加重600克,結(jié)果如下:
左:81.9g50°右:495g 249°
分析可得:角度已回到原來(lái)位置,在左端50°處加重80g,右端249°處加重500g。
結(jié)果: 左:3.92g 231° 右:5.63°227°
通過(guò)以上數(shù)據(jù)可得:動(dòng)平衡效果已最優(yōu)化。
3同步電動(dòng)機(jī)的異步起動(dòng)原理
多數(shù)同步電動(dòng)機(jī)都用異步起動(dòng)法來(lái)起動(dòng)。為此,在電動(dòng)機(jī)的主極極靴上裝設(shè)起動(dòng)繞組(相當(dāng)于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的籠型繞組)。
同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)時(shí)的線(xiàn)路如圖2所示。起動(dòng)時(shí),先把勵(lì)磁繞組接到限流電阻,然后接到三相交流電網(wǎng)。這洋,依靠定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子起動(dòng)繞組中感應(yīng)電流所產(chǎn)生的異步電磁轉(zhuǎn)矩,電機(jī)便能起動(dòng)起來(lái)。待轉(zhuǎn)速上升到接進(jìn)于同步轉(zhuǎn)速時(shí),再將勵(lì)磁電流接入勵(lì)磁繞組,使轉(zhuǎn)子建立主磁場(chǎng);此時(shí)依靠定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用所產(chǎn)生的同步電磁轉(zhuǎn)矩,再加上凸極效應(yīng)所引起的磁阻轉(zhuǎn)矩,通常便可將轉(zhuǎn)子牽人同步。一般來(lái)講,負(fù)載越輕,加入直流勵(lì)磁時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率越小,就越易進(jìn)入同步。
起動(dòng)繞組所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩Te(起動(dòng))類(lèi)似于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的異步電磁轉(zhuǎn)矩,如上圖3所示。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到0.95ns(即轉(zhuǎn)差率=0.05)時(shí),起動(dòng)繞組所產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)矩值稱(chēng)為牽人轉(zhuǎn)矩。起動(dòng)時(shí),要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst大,牽入轉(zhuǎn)矩Tpi也要大。
異步起動(dòng)時(shí),勵(lì)磁繞組不能開(kāi)路,否則定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)會(huì)在匝數(shù)較多的勵(lì)磁繞組中感應(yīng)出高電壓,易使勵(lì)磁繞組擊穿或引起人身事故。但也不能直接短路,否則勵(lì)磁繞組(相當(dāng)于一個(gè)單相繞組)中的感應(yīng)電流與氣隙磁場(chǎng)相作用,會(huì)產(chǎn)生顯著的“單軸轉(zhuǎn)矩”Te(單軸),使合成電磁轉(zhuǎn)矩Te在0.5ns附近產(chǎn)生明顯的下凹(如圖3),使重載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速停滯在0.5ns附近而不能繼續(xù)上升。為減小單軸轉(zhuǎn)矩,可在勵(lì)磁繞組內(nèi)接人一個(gè)限流電阻,其阻值約為勵(lì)磁繞組本身電阻的5～10倍。
4啟動(dòng)方法
第一種方法:因?yàn)榇穗姍C(jī)自帶籠條,起動(dòng)時(shí)作為籠型電機(jī)起動(dòng),因?yàn)槲覀冎皇沁M(jìn)行振動(dòng)測(cè)試,不需要完全按照生產(chǎn)中的同步要求,根據(jù)多年的試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn),我們認(rèn)為同步轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的振動(dòng)值與亞同步轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的振動(dòng)值差別不大。所以,我們采用異步電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方法對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn),直流這一套系統(tǒng)甩開(kāi)不用。由于轉(zhuǎn)子繞組電阻為83.49mΩ,所以我們?cè)谵D(zhuǎn)子上串聯(lián)了1Ω電阻。因?yàn)榇穗姍C(jī)籠條只是做為起動(dòng)使用,不是工作繞組,所以在異步情況下,空載運(yùn)行時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng),以免造成籠條損傷。在此其間,對(duì)轉(zhuǎn)子籠條溫度應(yīng)持續(xù)觀(guān)測(cè),不得超過(guò)150℃。啟機(jī)時(shí),定子交流電壓先不加到額定電壓6000V,只需加到能達(dá)到起動(dòng)電壓就行,轉(zhuǎn)速到亞同步時(shí)即可,這樣如有意外情況可及時(shí)停車(chē),同時(shí)進(jìn)行測(cè)試,根據(jù)情況對(duì)定子電壓進(jìn)行調(diào)整。
第二種方法:轉(zhuǎn)子繞組不接電阻,直接開(kāi)路,用調(diào)壓方式進(jìn)行試驗(yàn),定子試驗(yàn)數(shù)據(jù)幾乎無(wú)任何變化,轉(zhuǎn)子電壓為直流0.74V。振動(dòng)值無(wú)任何變化,短路環(huán)溫度為30℃,起動(dòng)時(shí)間仍為2 min,運(yùn)轉(zhuǎn)70min,軸承溫度如下表所示:室溫為24℃。
時(shí)間(min) 10 20 30 40 50 60 70
負(fù)荷端℃ 40 42.7 43.2 43.7 44 44 43.8
非負(fù)荷端℃ 38 40.2 41.4 41.6 42 42 41.5
以上數(shù)據(jù)說(shuō)明:電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)良好。
5結(jié)論
同步電動(dòng)機(jī)以其可調(diào)的功率因數(shù)和輸出轉(zhuǎn)矩對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)不敏感等良好的運(yùn)行性能,在大功率電氣傳動(dòng)領(lǐng)域獨(dú)占鰲頭,是驅(qū)動(dòng)大型風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)、高爐鼓風(fēng)機(jī)的優(yōu)選機(jī)型,是酒鋼集團(tuán)公司必不可少的關(guān)鍵設(shè)備。同步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)平衡試驗(yàn)和起動(dòng)試驗(yàn)都是非常復(fù)雜的過(guò)程,本文解決了同步電機(jī)的動(dòng)平衡問(wèn)題及軸承式同步電機(jī)在上線(xiàn)前無(wú)法在酒鋼電修作業(yè)區(qū)進(jìn)行起動(dòng)試驗(yàn)的問(wèn)題,為同步機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)能良好運(yùn)行創(chuàng)造了有利的條件。
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