由于无刷励磁同步电动机有可调功率因数、转数恒定、输出转矩对电网电压波动不敏感等良好的运行性能, 在有防爆、 防尘、防腐蚀等要求的石油、化工等特殊场合得到了广泛的应用。
自2007年将无刷励磁同步电动机投入运行以来, 电机及控制系统故障率低, 运行安全稳定, 并能解决内部电网无功平衡, 为企业创造了很大的经济效益。
1无刷励磁系统的构成
图1为无刷励磁同步电动机的构成, 其中旋转整流器是和交流励磁机同轴旋转的装置, 它的主要用处是将交流励磁机电枢输出的三相交流励磁电流, 通过整流器上的二极管转换成直流电流, 供给转子绕组作为提供励磁电流的电源。图2是旋转整流器的内部结构图。当主电机定子绕组通电后, 电机开始加速运行, 同时旋转整流器灭磁可控硅T4将灭磁电阻连接至无刷同步电动机的转子励磁绕组上, 提供了较大的起动转矩, 同时也使励磁绕组的端电压降低, 使整流可控硅T1, T2, T3不再导通;当电机达到亚同步转速并且准角条件满足时, 控制器触发可控硅T1, T2, T3, 将励磁发电机的电枢电压整流后加在同步电动机的励磁绕组上, 为同步电机提供持续的励磁电流, 同时使灭磁可控硅T4关断。实际使用中, 控制功率大大减小, 精简了控制步骤, 保护线路, 同时减小了占地空间。没有整流器、没有滑环和碳刷, 就没有了碳粉和铜粉, 不会污染电机线圈, 相当于零维护量, 大大延长了使用寿命。
2存在的问题
在装置建设阶段, 由于当时的设计水平, 材料供应, 及加工制造工艺等方面的制约, 压缩机组在当今技术快速发展及加工工艺提升相比当今产品, 存在着功耗高, 技术落后, 设备老化等问题。故障率越来越高, 维修及备品备件成本不断提高, 资金和人力投入巨大, 很可能突发停车事故, 使生产不能够平稳运行, 造成产品质量下降。
3问题原因的分析
原来励磁装置所用的旋转整流环采用的是三相全控桥整流, 但是在这种控制方式存在着一定的问题, 首先全控桥当触发脉冲消失时, 整流桥将处颠覆工况而被迫停机。目前市场为了解决全控桥因控制插件故障停机的问题, 采用的是全控桥双微机热备励磁装置, 可以使同步信号消失, 同时电路的复杂性也使故障机会加大和维护的困难, 而且这个双套系统也不能解决所有的故障。双机热备是指两个系统始终都在工作状态, 如果说要是同时出现故障, 这个系统也是不能排除的, 也不能使系统成功的切换。
在全控桥运行时, α角会受到限制, 是因为当α>60°时, 负相励磁电压给灭磁电阻带电, 非正常工况下会使灭磁电阻烧毁。 这样事故在以往的运行中屡屡出现, 而半控桥就不会有这样的限制条件。
4问题的解决
针对上述问题, 在充分论证的基础上, 选用WLK~03SC型微机励磁控制装置的无刷励磁同步电动机, 对原有的励磁系统进行了全面的改造。微机励磁装置为中国核工业电机运行技术开发公司设计研制的高可靠、高性能无刷励磁系统。
5采用无刷励磁系统与静止励磁系统的经济分析与结论
由于无刷励磁对旋转二极管的要求很高, 目前能够提供用于大型电动机的旋转二极管厂家世界上屈指可数, 所以无刷励磁系统的成本远高于静止励磁, 现在针对无刷励磁机与静止励磁机的成本做一下对比, 如表1
通过长期运行, 证明这种装置具有调节特性好、易于调整、 维护简单、操作简单等一系列优点, 大大提高了运行可靠性, 投运几年来性能稳定, 没有出现任何故障, 达到令人满意的运行效果。看来, 微机励磁方式是今后励磁的发展趋势。
摘要：针对无刷励磁同步机组旋转整流环控制系统存在的隐患, 从工作原理进行了分析, 制订了技术改造方案, 并实施。
关键词：同步电动机,无刷励磁,旋转整流器
参考文献
[1] 李幼倩.现代新型无刷励磁同步电动机的设计及应用[M].北京:机械工业出版社.2009.