同步电动机励磁电路的技术改造

-1-同步电动机励磁电路的技术改造摘要：本文叙述了KGLF系列励磁装置存在的主要问题，并结合长期的工作实践，论述了对该励磁装置主电路和控制电路进行技术改造的有关情况。关键词：励磁装置；主电路；控制电路KGLF系列晶闸管励磁装置是天津电气传动研究所80年代的产品，随后不断进行改进，其性能不断提高，并得到了较为广泛的应用，我地就有不少企业使用过这种装置。但是实际工作中我们发现该系列的励磁装置存在一些问题，必须对励磁电路进行相应的技术改造，才能够使该励磁装置和同步电动机正常工作。1．励磁装置的基本工作原理与存在的主要问题⑴基本工作原理KGLF系列励磁装置的电路系统如图1所示。当同步电动机起动时，灭磁电路工作，使转子绕组感应的交变电流流过放电电阻，避免转子绕组的感应电势击穿绕组，保证电动机的正常起动，此时整流晶闸管处于阻断状态。当电动机的转速上升到亚同步转速（转差率＜5％）时，投励电路自动发出投励脉冲，使移相给定电压信号加到触发脉冲电路，该电路输出脉冲给晶闸管的门极，晶闸管立即导通，给电动机转子绕组提供直流励磁，使转子拖入同步运行。当电动机停机时，触发环节给触发脉冲加入一个控制信号，使晶闸管由整流状态立即转为逆变状态，保证图1KGLF系列励磁系统原理图电动机转子的顺利灭磁。图1中电压负反馈的作用是克服电源电压波动时对晶闸管整流输出直流电压的影响，保持励磁电流为给定值；投全压电路的作用是当检测转子绕组需投全压励磁时，控制投励电路并通过移相给定与触发脉冲电路，使晶闸管全导通。⑵存在的主要问题由上述工作原理可知，同步电动机起动、运行与停机时，励磁电流的投入时间、灭磁电压的大小、整流和励变时的电流大小与波形等因素对同步电动机和励磁装置的正常工作都有着重要的影响。在实际工作中我们发现该装置存在下面一些问题：①由于主电路的缺陷，电动机起动时受到脉振转矩的强烈冲击，使电动机产生疲劳效应、造成内部暗伤，从而缩短电动机的使用寿命。②主电路晶闸管等元件裕量选得偏小，过载能力低，易损坏。③由于投励电路的检测逻辑简单，使得投励过早或过迟的情况较多，即一次投励的成功率较低。④触发电路发出触发脉冲太窄、且功率偏小，造成晶闸管主电路出现掉波、缺相，励磁电压不稳。～380V－－＋灭磁电路整流变压器晶闸管整流投全压电路触发脉冲触发环节电压负反馈移相给定投励电路电源变压器M-2-⑤系统的抗干扰能力差，如常出现脉冲丢失、晶闸管导通角变小、灭磁电压不稳、灭磁电阻经常烧得发热发红等情况。⑥该装置没有采取可靠的失步保护措施，若因上述一些原因造成电机带励失步后，就会损坏电动机。⑦系统电路主要由分立元件组成，离散性大、易受温度影响、运行不稳定，因而调试复杂、维护工作量大且维护费用高。2．励磁装置主电路的技术改造KGLF系列励磁装置的主电路如图2所示。电动机正常运行时，由三相半控桥（也有三相全控桥）式整流提供给转子绕组L由上至下的直流励磁电流，此时晶闸管VK1、VK2和二极管VD均不导通；当电动机起动时，三相桥式整流电路不作用，转子绕组L中感应的交变电势，其正半波经Rf2、VD、Rf1形成回路产生fi，负半波经Rf1、VK1、VK2、Rf2形成回路产生fi，此时VK1、VK2必须触发导通。为了保证电动机正常运行时VK1、VK2不导通，其开通电压必须整定得较高（其触发电路图中未画出），而电动机起动末期的转差率很小、感应电势较小，因图2KGLF励磁装置主电路而就不能使VK1、VK2开通，造成fi与fi不对称，从而形成脉振转矩使电动机强烈振动。针对上述电机起动与运行时的矛盾情况，我们对主电路进行了改造，电路图如图3所示。图中QL为断路器的辅助触头，KL为励磁状态的逻辑触头。当电动机起动时，QL闭合，投励前KL也闭合，电阻R1（阻值较小）与R2并联使得其总电阻减小，那么电阻R3上的电压较高，使得VK在转子电势较小时也能导通；当电机投励进入同步运行后，KL打开，R3上的电压降到低于VK的开通电压。这样分级整定VK的开通电压，使电动机在异步起动时VK在较低的电压下能开通；电动机同步运行图3改造后的主电路图时VK在正常电压情况下不开通。因而消除了电机起动时的脉振、满足带负载起动与再整步的要求，又能使电动机正常运行、且在过电压时VK才开通以保护元器件。另外，我们还适当增大整流晶闸管的电流裕量，提高了过载能力，保证晶闸管的安全运行。3．励磁装置控制电路的技术改造⑴投励电路的改造KGLF系列励磁装置的自动投励电路如图4所示，虚线左边部分是直流电源电路，右边部分是投励控制电路。1号和10号端接入主电路整流桥后的直流侧，当电压达到整定值（15V）时，三极管V1导通，通过电容C的充放电，使单结晶体管V2输出脉冲，经脉冲变压器T的二次侧，发出脉冲信号去触发移相给定电路中的小晶闸管，并发出触发脉冲给主电路整流晶闸管，电机进入投励状态。在实际工作中，该电路往往出现脉冲信号发出不及时、有时甚至还不能发出脉冲的情况，用示波器观察1、10号两端的波形，发现有一些随机分布的脉冲波（主要是由电网高次谐波与绕组的分-3-图4.KGLF励磁装置投励电路布参数引起），干扰了投励电路。为了克服这一问题，我们在投励电路中增加滤波电路，如图5所示。滤波电容c接在R2的中间位置构成低通滤波器，滤去干扰脉冲的效果较好。此时R2（15k）用R21(10k)与R22(5.1k)两个电阻代替，1cF。然后调节R3,使得1、10号两端加上工频可调电压整流输出15V时,投励电路输出脉冲信号就可以了。经这样改造后的投励电路，可靠性得到了较大的提高。⑵主控电路的改造为了进一步克服分立元件电路的弊端，在改造中我们曾采用KCL系列集成控制单元代替原励磁装置中的主要控制电路。KCL的触发单元由3块KJ004移相触发器、1块KJ041六路脉冲形成器、1块KJ042图5.投励电路中的滤波电路脉冲列调制形成器组成，通过改变输入电压的大小就能控制脉冲的移相。同以前的装置相比，因触发电路问题导致主电路丢波、缺相、电压不稳的情况大大减少，一次投励成功率大大提高。但在实际工作中，我们发现其缺相保护灵敏度不高，这主要是生产厂家所设计的电路对防止实际中的谐波干扰仍存在着不足。我们采取的办法是去掉该部分保护电路，换上原来分立元件保护电路，结果就能正常工作了。⑶整个控制电路的改造为了进一步提高励磁装置的技术性能，我们还采用LZK系列微机数字式励磁技术对原装置的整个控制电路进行改造。LZK装置的核心部分是由单片机系统组成的综合控制器，其内部由电源板、输入输出接口、微机板、液晶显示器、薄膜键输入面板等组成。整流控制是通过同步电源变压器转换、同步电路处理后送入单片机系统，单片机系统根据设定的运行参数，计算并校正后输出三相对称的触发脉冲，再经脉冲功放电路放大后去控制整流桥的晶闸管开通。另外，针对KGLF与KCL系列励磁装置的不足进行了一系列的技术改进，在异步驱动环节、投励控制环节、触发脉冲输出、带励失步与失励失步保护环节、断电失步环节、失控与缺相检测控制环节、晶闸管误导通检测控制环节、灭磁环节等部分的功能更加完善、更加可靠。该系列励磁装置准角投励自动可靠、电机起动平稳，一次投励成功率接近100％；运行中具有完善的失步保护控制与自动再整步功能；整个系统抗干扰能力强；操作维护简便，是目前较为理想的励磁装置。-4-参考文献1．顾绳谷．电机及拖动基础．机械工业出版社．2005.12．杜宗轩等．电气设备运行技术问答．中国电力出版社．2004.13．郭瑞平．同步电动机系统运行中存在的问题及其解决方法．机电一体化．2003（3）：73～74