高压同步电动机故障分析与起动方法设计
摘要:文章介绍了酒钢选烧厂400kW高压同步电机的工作原理,就同步电动机振动值偏大的故障与异步起动方案作了简要分析,解决了轴承式同步电机无法进行起动试验的难题。
关键词:高压同步电机;异步起动;动平衡试验;走动方法设计文章编号:1009-2374 #8197;(2010)25-0058-02
1电机现场运行状况
400kW高压同步电机是酒钢选烧厂的重要设备,目前,现场运行时振动值严重超标,负荷端和非负荷端振动值如下:
振动值(mm) 轴向 垂直 水平
负荷端 0.17 0.2 0.13
非负荷端 0.15 0.18 0.12
通过以上数据可以看出:电机的振动值已严重超标,电机已无法使用,必须下线进行修理,否则将会严重影响生产。
2振动原因分析及动平衡试验
通过分析,电机振动值偏大的原因有两方面原因:转子动平衡出现问题;存在电气故障。
通过查找,存在电气故障的可能性很小,所以我们对转子进行动平衡试验。此转子重量为1.4吨,允许剩余不平衡量为50克,左为负荷端,右为非负荷端。
动平衡试验过程数据:
初始值:左:2.5kg 69°右:2.4kg259°
左端在69度处加重2.5 kg,右端在259度处加重2.4 kg,结果如下:
左:29.7g 354° 右:364g 359°
通过数据可得:右端角度发生变化,合力方向发生了变化,利用力的三角形法则,原理如图1所示,在右端270度处加重600克,结果如下:
左:81.9g50°右:495g 249°
分析可得:角度已回到原来位置,在左端50°处加重80g,右端249°处加重500g。
结果: 左:3.92g 231° 右:5.63°227°
通过以上数据可得:动平衡效果已最优化。
3同步电动机的异步起动原理
多数同步电动机都用异步起动法来起动。为此,在电动机的主极极靴上装设起动绕组(相当于感应电动机转子上的笼型绕组)。
同步电动机异步起动时的线路如图2所示。起动时,先把励磁绕组接到限流电阻,然后接到三相交流电网。这洋,依靠定子旋转磁场和转子起动绕组中感应电流所产生的异步电磁转矩,电机便能起动起来。待转速上升到接进于同步转速时,再将励磁电流接入励磁绕组,使转子建立主磁场;此时依靠定、转子磁场相互作用所产生的同步电磁转矩,再加上凸极效应所引起的磁阻转矩,通常便可将转子牵人同步。一般来讲,负载越轻,加入直流励磁时电动机的转差率越小,就越易进入同步。
起动绕组所产生的转矩Te(起动)类似于感应电动机的异步电磁转矩,如上图3所示。当转速达到0.95ns(即转差率=0.05)时,起动绕组所产生的异步转矩值称为牵人转矩。起动时,要求起动转矩Tst大,牵入转矩Tpi也要大。
异步起动时,励磁绕组不能开路,否则定子旋转磁场会在匝数较多的励磁绕组中感应出高电压,易使励磁绕组击穿或引起人身事故。但也不能直接短路,否则励磁绕组(相当于一个单相绕组)中的感应电流与气隙磁场相作用,会产生显著的“单轴转矩”Te(单轴),使合成电磁转矩Te在0.5ns附近产生明显的下凹(如图3),使重载起动时电动机的转速停滞在0.5ns附近而不能继续上升。为减小单轴转矩,可在励磁绕组内接人一个限流电阻,其阻值约为励磁绕组本身电阻的5～10倍。
4启动方法
第一种方法:因为此电机自带笼条,起动时作为笼型电机起动,因为我们只是进行振动测试,不需要完全按照生产中的同步要求,根据多年的试验经验,我们认为同步转动时的振动值与亚同步转动时的振动值差别不大。所以,我们采用异步电机转动的方法对其进行试验,直流这一套系统甩开不用。由于转子绕组电阻为83.49mΩ,所以我们在转子上串联了1Ω电阻。因为此电机笼条只是做为起动使用,不是工作绕组,所以在异步情况下,空载运行时间不宜过长,以免造成笼条损伤。在此其间,对转子笼条温度应持续观测,不得超过150℃。启机时,定子交流电压先不加到额定电压6000V,只需加到能达到起动电压就行,转速到亚同步时即可,这样如有意外情况可及时停车,同时进行测试,根据情况对定子电压进行调整。
第二种方法:转子绕组不接电阻,直接开路,用调压方式进行试验,定子试验数据几乎无任何变化,转子电压为直流0.74V。振动值无任何变化,短路环温度为30℃,起动时间仍为2 min,运转70min,轴承温度如下表所示:室温为24℃。
时间(min) 10 20 30 40 50 60 70
负荷端℃ 40 42.7 43.2 43.7 44 44 43.8
非负荷端℃ 38 40.2 41.4 41.6 42 42 41.5
以上数据说明:电机运转良好。
5结论
同步电动机以其可调的功率因数和输出转矩对电网电压波动不敏感等良好的运行性能,在大功率电气传动领域独占鳌头,是驱动大型风机、水泵、压缩机、高炉鼓风机的优选机型,是酒钢集团公司必不可少的关键设备。同步电动机的动平衡试验和起动试验都是非常复杂的过程,本文解决了同步电机的动平衡问题及轴承式同步电机在上线前无法在酒钢电修作业区进行起动试验的问题,为同步机在现场能良好运行创造了有利的条件。
参考文献
[1] 汤蕴璆,史乃.电机学[M].机械工业出版社,2002.
[2] 重庆电气工程学院电机与电器系.电机及其系统的仿真分析,2002.
[3] 周德贵,巩北宁.同步发电机运行与技术实践[M].中国电力出版社,2004.
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