同步电动机经常出现地故障及原因分析报告

同步电动机经常出现的故障及原因分析

经常发现的故障现象有:①定子铁芯松动，运行中噪声大。②定子绕阻端部绑线崩断，绝缘蹭坏，连接处开焊，导线在槽口处端点断裂引起短路。③转子励磁绕组接头处产生裂纹、开焊绝缘局部烧焦。④转子线圈绝缘损伤，起动绕组笼条断裂。⑤转子磁极的燕尾楔松动、退出。⑥电刷滑环松动，风叶断裂等故障。

以上故障现象有的出现在同步电动机仅运行2—3年，甚至半年。一般认为是电动机制造质量问题。但许多电机制造厂，虽对制造工艺中的关键部位加强措施，但没有明显效果，故障现象仍然屡屡发生。

通过对同步电动机及励磁装置运行数据进行数理统计分析，对电动机起动，投励运行中的各种典型状态波形摄片，研究分析表明，同步电动机出现上述故障，不是制造问题，而是传统励磁技术存在缺陷。

2 传统励磁技术存在的缺陷

2.1 励磁装置起动回路及环节设计不合理

同步电动机励磁装置主回路中的主桥分为:全控桥式和半控桥式，下面分别以这两种方式分析。

①半控桥式励磁装置:由三只大功率晶闸管和一只大功率二极管组成，如图1所示。电动机在起动过程中，存在滑差，在转子线圈将感应-交变电势，其正半波通过ZQ形成回路，产生+if，其负半波则通过KQ，RF形成回路，产生-if，

如图2所示，由于回路不对称，则形成的-if与+if也不对称，致使定子电流强烈脉动，波形如图3所示。使电动机因此而强烈振动，直到起动结束才消失。

②全控桥工励磁装置:由6只大功率晶闸管组成，如图4所示。

在起动过程中，随着滑差减小，当转速达到50%以上时，励磁感应电流负半波通路时通时断，同样形成+if与-if电流不对称从而形成脉振转矩，造成电动机强烈振动。

③投励时“转子位置角”不合理。无论是全控桥还是半控桥，电动机起动过程投励时，都产生

沉闷的冲击，这种冲击，同样会造成电机损害，这是“转子位置角”不合理所致。

以上所出现的脉振、投励时的冲击，并不一定一次性使电机损坏，但每次起动都会使电机产生疲劳，造成电机部损害，积而久之，必然造成电机部故障。

2.2 将GL型反时限继电器兼做失步保护

传流动磁装置将GL型继电器兼做失步保护，当电机失步时，它不能动作(如带风机类负载)或不及时动作(如带往复式压缩机类负载)，使电动机或励磁装置损坏。

①失励失步:是指同步电动机励磁绕组失去直流励磁或严重欠励磁，使同步电动机失去静态稳定，滑出同步，此时丢转不明显，负载基本不变，定子电流过流

不大，电机无异常声音，GL型继电器往往拒动或动作时限加长，且失励失步值班人员-不易发现，待电动机冒烟时，已失步较长时间，已造成了电机或励磁装置损害。但不一定当场损坏电机，而是造成电机部暗伤，经常出现电机冒烟后，停机检查又查不出毛病，电机还可以再投入运行。

失励失步往往造成:起动绕组(阻尼条)过热，变形、开焊、甚至波及定子绕组端部。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损坏。

②带励失步:周围大负荷起动，相邻母线短路等原因引起母线电压大幅度波动;或负载突增(如压缩机弊压、轧钢机咬冷钢);以上原因引起电动机短时间欠励磁或失励磁(如插接件接触不良)，引起失励失步，又过渡到带励失步，或在起动过程中过早投励等原因引起。

电动机带励失步，励磁系统虽仍有直流励磁，但励磁电流及定子电流强烈脉振，脉振频率随电机滑差而变化，使电动机遭受强烈脉振，有时产生电气共振和机械共振。定子电流脉振包络线的高峰值一般为电机额定电流Ie幅值的2~3倍，但其低谷值小于Ie，甚至可能接近为零，使GL型继电器“启动”又马上“返回”，如此反复，最终GL虽能动作，但长达几十秒，起不到保护作用。

带励失步造成:定子绕组绑线崩断，导线变酥，线圈表面绝缘层被振伤，继而过热，烧焦、烧环，甚至引起短路。转子励磁绕组接头处产生裂纹，出现过热、开焊、绝缘层烤焦:鼠笼条(直动绕组)断裂，与端环连接部位开焊变形，转子磁极

的燕尾楔松动，退出;电刷滑环松动，定子铁芯松动噪声大，严重时出现断轴事故。

③断电失步:是由于供电系统的自动重合闸ZCH装置，备用电源自动投入B ZT装置动作或人工切换电源，使电动机暂时失去电源而导致的。它对电动机的危害是非同期冲击(包括非同期电流和转矩冲击)。这种冲击的大小与系统容量、线路阻抗、电源中断时间、负载性质，特别是与电源瞬停后又重新恢复瞬间的投入分离角θT密切相关。非同期冲击电流的最大值出现在θT=180+2nq时，一般高达电机出口三相短路冲击电流的1.4~1.8倍。非同期冲击转矩的最大值对于凸极式同步电动机，将出现在θT=(1300~1350)+2nπ时，对隐极式高速高步电动机，则出现在θT=(1200~1250)+2nπ时，一般可高达电机出口三相短路时量大瞬时短路冲击转矩的3倍左右，即为电机额定转矩的20-30倍左右。它将引起电机定子，转子绕组崩裂、绝缘、挤坏;大轴、轴销和连轴器扭坏，进而引起电机部短路，起火等事故。但当θT=2nπ+△θ时，非同期冲击小于电机出口三相短路冲击，不会引起电机损坏。

对于380V低压同步电动机，所在电网一般容量不大，加上变压器及线路阴抗相对较大。断电失步对电机冲击有限，一般不加断电失步保护。

④励磁装置的控制部分存在设计不合理环节。

控制部分经常出现晶闸管误导通、脉冲丢失、三相电流丢波缺相、不平衡、励磁不稳定，引起电机失励。同时插接件接触不良。

3 同步电动机采用的励磁新技术