一、同步电动机运行中经常发生的问题
甘肃景电管理局一、二期工程共有同步电动机
按照电机的正常使用寿命（指线圈）应在
多年来，我们通过对本单位同步电动机及励磁装置运行长期统计、分析和研究，到许多厂家和单位了解同步电动机运行情况，对大量调查研究数据进行数理统计分析；对电机损坏现象作技术分析研究；对电机的起动过程、投励过程、灭磁过程、正常运行中的各种典型状态波形进行摄片，对所摄波形特征进行分析；上述各项分析研究结果表明：
导致电机损坏的原因不在电机本身，其根本原因在电动机外部，是电动机所配励磁装置只能满足一般基本使用功能，其技术性能很差所致。
1、目前所用的可控硅励磁装置，电机每次起动均受损伤
甘肃景电管理局一期工程同步电动机励磁装置主电路为桥式半控励磁装置，其主电路（图l）所示。
图1半控桥式励磁装置主回路
图2使用半控桥式励磁装置电机起动时转子回路波形
电机在起冲过程中，存在滑差，在转子线圈内将感应一交变电势，其正半波通过Z Q形成回路，产生+if；而其负半波则通KQ及RF回路，产生-if，如（图-2）所示。由于电路的不对称，形成+if与-if电流不对称，定子电流也因此而强烈脉动，电机将遭受脉振转矩强烈振动，甚至在整个厂房内都可以听到电机起动过程发出的强烈振动声。这种声音一直持续到电机起动结束才消失，电机起动过程所受强烈脉振是电机损伤的重要原因之一。电机起动过程中定子电流及转子电流变化波形如（图
图3电机起动过程中定子电流波形
甘肃景电管理局二期工程同步电动机励磁装置主电路是全控桥（图
图4全控桥式励磁装置主回路
无论是全控桥，还是半控桥，电机起动过程投励时往往听到一声沉闷的冲击声，且起动投励时投励电流越大，声音越响。一般可用减小励磁电流的方法来减轻电机的冲击，待电机起动结束后，方将励磁调正常。这是由于目前所用的可控硅励磁装置投励时所选择的“转子位置角”极不合理。这种冲击，同样使电机遭受损伤。
由于可控硅励磁装置本身存在的上述缺陷，使电机在每次起动过程中均遭受强烈脉振，在投励时遭受冲击损伤，但并不是一次就使电机当场损坏，而是每次启动都使电机产生疲劳效应，造成电机内部暗伤，并逐步累积，发展成电机的内部故障。
上述电机起动过程中所出现的脉振，投励时受的冲击，是由于励磁装置起动回路及投励环节设计不合理所造成，通过改善起动回路及投励时合理选择转子位置角，起动过程中的脉振和投励冲击现象完全可以消除。
2、分立元件可控硅励磁装置无可靠的失步保护装置，使电机不断受到失步危害损坏。
分离元件可控硅励磁装置采用
同步电机的失步事故可分为三类：即欠励失步、过励失步和断电失步。
欠励失步是由于励磁系统的种种原因，使同步电动机的励磁绕组失去直流励磁或严重欠励磁，转子磁场滞后旋转磁场很大角度
电机的欠励失步，大多不当初损坏电机，而是造成电机设备的内部暗伤，经常出现电机冒烟后，查不出毛病，电机还能再投入运行。但线棒的绝缘已受了很大的损伤。
欠励失步主要会引起电机转子绕组，尤其是起动绕组（阻尼条）的过热、变形、开焊，甚至波及到定子绕组端部。电机欠励失步时在转子回路还会产生高电压，造成励磁装置主回路元件损坏，引起灭磁电阻发热。严重时甚至造成整台励磁装置烧坏事故。
过励失步，是由于励磁装置故障或调节不当等原因造成励磁电流增大，电机在过励失步时，励磁系统虽仍有直流励磁，但励磁电流及定子电流都很大并且产生强烈脉振，转子磁场超前旋转磁场很大角度
断电失步是由于供电系统自动重合闸ZCH装置或备用电源自动BZT装置动作，及人工切换电源，使交流电机供电电源输送渠道短暂中断而导致。它对电机的危害是非同期冲击。这种冲击的大小，与系统容量，线路组抗，电源中断时间、负载性质，特别是与电源重新恢复瞬间的电气分离角有关。所以这种冲击有可能使电机当场损坏，也有可能根本感觉不到。这种运行状态是最为危险的。
3、分离元件可控硅励磁装置，控制部分技术性能太差，同样影响电动机使用寿命。
在多年使用可控硅励磁装置中感到，励磁装置故障率太高，经常出现起动可控硅KQ误导通，插件接触不良，脉冲丢失，三相电流丢波缺相，不平衡，励磁电流、电压不稳定，甚至直接引起电机失励等故障，这是由于该励磁装置的控制部分存在很多缺陷，电机运行的可靠性也因此得不到保障，它同样是引起电机损伤的重要原因。
二、为了减少同步电动机频繁损坏所采取的技改措施
同步电动机故障率高，据统计绝大部分都是励磁装置技术性能太差所导致。要提高同步电动机运行的可靠性，必须对老式励磁装置用较少的投资进行适当改造，消除电机起动过程中的脉振、投励的冲击，增装可靠的的失步保护，解决运行中原控制插件经常出现接插件接触不良、欠励、缺相、丢波、三相不平衡、励磁电流、电压不稳定、灭磁性能差等技术问题。鉴于上述情况，我们和甘肃省科学院科技开发中心有关专家经过分析、研究、攻关、针对造成电机损坏的根本原因，研制成功
在制定对老式励磁装置改造方案时，充分考虑工厂现场的实际应用情况，采用现代控制技术及理论，吸取国内外励磁装置制作厂商众家之长，做到设计原理新颖成熟、功能齐全、控制手段先进、现场改造方便、投入资金少、运行可靠、维修简便。
我们对原励磁装置进行改造时，保留原励磁装置上的整流变压器（部分变压器需要对其变化及接法作一些改动）、快速熔断器、二极管、可控硅等元件。主回路基本上没有改变。而原控制插件由于存在种种缺陷，采用
（1） 改造后电机在异步驱动过程中平滑、快速，完全消除采用老式励磁屏在电机异步暂态过程中所存在的脉振，满足带载起动及再整步的要求。
（2） 投励按照“准角强励整步”的原则设计，并具有强励磁整步的功能，电机拉入同步的过程平滑、快速、可靠。
（3） 具有先进完善的过励失步，欠励失步保护系统，保证电机发生过励失步和欠励失步时，快速动作，以免电机受损伤。
（4）在电机失步后，具有带载自动再整步的功能，整个过程平滑、快速（仅需数秒种）不损伤电机，不必减负载，并设有后备保护环节，以保证电机的安全运行。
（5）具有独立可靠的灭磁系统，使电机在遇到故障被迫跳闸停机时，明显减少其损伤程度。
（6）输出励磁电压和励磁电流的调节范围为电动机额定励磁电压和额定励磁电流的
（7）具有三相自动平衡系统，即在正常励磁范围内不需调试，励磁装置输出电压波形始终三相平衡，一旦出于外部原因造成丢波、失控（如断线，快熔熔断等），装置具有自动报警系统。
（8）所有控制过程均自动处理，且有完整的信号系统，当电机出现失步，再整步后备保护跳闸、励磁出现失控、装置是否运行正常等均有信号指示。
（9）采用分级整定灭磁可控硅的开通电压，投励后正常运行时灭磁电阻处于“冷态”。当出现过电压情况开通，装置在过电压消失后有自动关断系统。
（10）综合控制器能指示自身是否发生故障。
2、经改造后励磁装置工作原理
原理方框图如图6所示
（1）主电路：改造后的励磁装置其主电路采用无续流二级管的新型三相桥式全控整流电路（图
（2）投励方式：电机在起动及再整步过程中，按照“准角强励整步”的原则设计。所谓准角投励，就物理概念而言，系指电机转速进入临界滑差（亚同步），按照电机投励瞬间在转子回路中产生的磁场与定子绕组产生的磁场的
（3）触发脉冲输出：
脉冲输出是根据移相角a的换算值（即触发数字表）所确定的，当同步信号回路出现上升过零时，采用延时结束立即由硬件输出脉冲的方式，以提高输出脉冲的精度和可靠性。当满足投励条件后，微机发出触发脉冲指令，经专用集成块功放输出宽脉冲，触发可控硅。本装置采用了数字脉冲控制，在同步电路中采用单相同步等间隔触发，使直流输出波形始终保持一致，与普通的三相同步电路相比，单相数字脉冲同步具有更高的抗干扰能力，更准的频率跟随特性，可保证非常精确的触发控制。并可在更换晶闸管后仍然保持这种一致性，不需人工调节。
（4）失步保护装置用于对同步电动机的失步保护，其基本原理是利用同步电机失步时，具有会在其转子回路产生不衰减交变电流分量的特征，通过测取转子励磁回路交变电流信号，并对其波形特征进行智能分析，快速、准确判断电机是否失步。对于各类失步，不管其滑差大小，装置均能准确动作。根据具体情况，动作于灭磁——再整步，或启动后备保护环节动作用于跳闸。而电机未失步，则不管其振荡多大，装置均不误动作。图
失步保护所取信号，是从串接在励磁回路中的分流器上测取不失真的毫伏信号。图6所示，此信号经放大变换后输入微机系统，由微机系统直接分析。
（5）当电动机正常运行中如发生灭磁管误导通故障时，控制器中的检测电路立即检测到该故障，微机在不停机情况下适当调低励磁电压，在灭磁管关断后再自动恢复原励磁电压。
（6）失控检测：经采用WJ-KLF10系列同步电动机综合控制器改造后的励磁装置，正常运行中三相可控硅具有自动平衡系统，不须任何调试，三相可控硅导通角一致。
由于外部因素，如触发脉冲回路断线或接触不良，造成脉冲丢失，控制回路同步电源缺相或消失，主回路元件损坏（如熔断器熔断）造成主回路三相不平衡、缺相运行，但未造成电机失步（若失步，则由失步再整步回路或后备保护环节处理），装置能及时检测到，若
失控或缺相检测，基本原理是利用电机进入同步后的正常运行情况下，对直流励磁电压波形特征进行分析，图
（7）信号系统说明：装置具有完善直观的信号系统（图
微机系统有自动诊断系统，能自动判断微机系统的好坏，控制器通电后，能相应显示出微机系统各种运行情况；
三、改造后运行情况
WJ—KLF10系列同步电动机综合控制器在甘肃省景电管理局各个泵站同步电动机中从96年开始改造，现已有四十多台投入运行，从多年运行情况来看：运用技术比较先进；改造方案比较成熟；运行比较可靠；事故几率很低。据统计改造前甘肃省景电管理局各个泵站
