高壓同步電動機故障分析與起動方法設計
摘要:文章介紹了酒鋼選燒廠400kW高壓同步電機的工作原理,就同步電動機振動值偏大的故障與異步起動方案作了簡要分析,解決了軸承式同步電機無法進行起動試驗的難題。
關鍵詞:高壓同步電機;異步起動;動平衡試驗;走動方法設計文章編號:1009-2374 #8197;(2010)25-0058-02
1電機現場運行狀況
400kW高壓同步電機是酒鋼選燒廠的重要設備,目前,現場運行時振動值嚴重超標,負荷端和非負荷端振動值如下:
振動值(mm) 軸向 垂直 水平
負荷端 0.17 0.2 0.13
非負荷端 0.15 0.18 0.12
通過以上數據可以看出:電機的振動值已嚴重超標,電機已無法使用,必須下線進行修理,否則將會嚴重影響生產。
2振動原因分析及動平衡試驗
通過分析,電機振動值偏大的原因有兩方面原因:轉子動平衡出現問題;存在電氣故障。
通過查找,存在電氣故障的可能性很小,所以我們對轉子進行動平衡試驗。此轉子重量為1.4噸,允許剩余不平衡量為50克,左為負荷端,右為非負荷端。
動平衡試驗過程數據:
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,結果如下:
左:29.7g 354° 右:364g 359°
通過數據可得:右端角度發生變化,合力方向發生了變化,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,結果如下:
左:81.9g50°右:495g 249°
分析可得:角度已回到原來位置,在左端50°處加重80g,右端249°處加重500g。
結果: 左:3.92g 231° 右:5.63°227°
通過以上數據可得:動平衡效果已最優化。
3同步電動機的異步起動原理
多數同步電動機都用異步起動法來起動。為此,在電動機的主極極靴上裝設起動繞組(相當于感應電動機轉子上的籠型繞組)。
同步電動機異步起動時的線路如圖2所示。起動時,先把勵磁繞組接到限流電阻,然后接到三相交流電網。這洋,依靠定子旋轉磁場和轉子起動繞組中感應電流所產生的異步電磁轉矩,電機便能起動起來。待轉速上升到接進于同步轉速時,再將勵磁電流接入勵磁繞組,使轉子建立主磁場;此時依靠定、轉子磁場相互作用所產生的同步電磁轉矩,再加上凸極效應所引起的磁阻轉矩,通常便可將轉子牽人同步。一般來講,負載越輕,加入直流勵磁時電動機的轉差率越小,就越易進入同步。
起動繞組所產生的轉矩Te(起動)類似于感應電動機的異步電磁轉矩,如上圖3所示。當轉速達到0.95ns(即轉差率=0.05)時,起動繞組所產生的異步轉矩值稱為牽人轉矩。起動時,要求起動轉矩Tst大,牽入轉矩Tpi也要大。
異步起動時,勵磁繞組不能開路,否則定子旋轉磁場會在匝數較多的勵磁繞組中感應出高電壓,易使勵磁繞組擊穿或引起人身事故。但也不能直接短路,否則勵磁繞組(相當于一個單相繞組)中的感應電流與氣隙磁場相作用,會產生顯著的“單軸轉矩”Te(單軸),使合成電磁轉矩Te在0.5ns附近產生明顯的下凹(如圖3),使重載起動時電動機的轉速停滯在0.5ns附近而不能繼續上升。為減小單軸轉矩,可在勵磁繞組內接人一個限流電阻,其阻值約為勵磁繞組本身電阻的5～10倍。
4啟動方法
第一種方法:因為此電機自帶籠條,起動時作為籠型電機起動,因為我們只是進行振動測試,不需要完全按照生產中的同步要求,根據多年的試驗經驗,我們認為同步轉動時的振動值與亞同步轉動時的振動值差別不大。所以,我們采用異步電機轉動的方法對其進行試驗,直流這一套系統甩開不用。由于轉子繞組電阻為83.49mΩ,所以我們在轉子上串聯了1Ω電阻。因為此電機籠條只是做為起動使用,不是工作繞組,所以在異步情況下,空載運行時間不宜過長,以免造成籠條損傷。在此其間,對轉子籠條溫度應持續觀測,不得超過150℃。啟機時,定子交流電壓先不加到額定電壓6000V,只需加到能達到起動電壓就行,轉速到亞同步時即可,這樣如有意外情況可及時停車,同時進行測試,根據情況對定子電壓進行調整。
第二種方法:轉子繞組不接電阻,直接開路,用調壓方式進行試驗,定子試驗數據幾乎無任何變化,轉子電壓為直流0.74V。振動值無任何變化,短路環溫度為30℃,起動時間仍為2 min,運轉70min,軸承溫度如下表所示:室溫為24℃。
時間(min) 10 20 30 40 50 60 70
負荷端℃ 40 42.7 43.2 43.7 44 44 43.8
非負荷端℃ 38 40.2 41.4 41.6 42 42 41.5
以上數據說明:電機運轉良好。
5結論
同步電動機以其可調的功率因數和輸出轉矩對電網電壓波動不敏感等良好的運行性能,在大功率電氣傳動領域獨占鰲頭,是驅動大型風機、水泵、壓縮機、高爐鼓風機的優選機型,是酒鋼集團公司必不可少的關鍵設備。同步電動機的動平衡試驗和起動試驗都是非常復雜的過程,本文解決了同步電機的動平衡問題及軸承式同步電機在上線前無法在酒鋼電修作業區進行起動試驗的問題,為同步機在現場能良好運行創造了有利的條件。
參考文獻
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