同步电动机励磁系统缺陷及改善措施
同步电动机励磁系统缺陷及改善措施
文/曹国慧1 茅红伟2
文章分析了同步电动机励磁系统缺陷所造成的危害、成因，提出了相应的改善措施。
【关键词】同步电动机 励磁系统 缺陷 措施
同步电动机是发电厂及其它工业生产中的重要动力设备，广泛用于拖动发电厂球磨机、
大容量泵与风机等辅机设备，同时能向电网发送无功功率，支持电网电压，提高电网功率因
数。国内、外许多电机制造公司拥有大型同步电动机设计和成功应用的事例。因此大容量同
步电动机安全、可靠运行对保持电力系统的静态稳定、动态稳定至关重要，直接影响工矿企
业机械设备的安全、可靠运行。同步电动机定子绕组通入三相交流电建
立定子旋转磁场，转子磁场是通过励磁系统向转子的励磁绕组中通入直流电流建立，转子磁
场伴随着转子转动而旋转。定子旋转磁场和转子磁场依靠两者相互作用达到同步转速。同步
电动机可靠、稳定运行主要取决于电机启动、负荷变化及停机等过程中的励磁控制。当前，
绝大多数的同步电动机采用全可控硅励磁调节系统，由于励磁电流的调节统有时没有及时与
负载的变化协调一致，造成定子旋转磁场和转子旋转磁场在失步状态下相互作用，致使电机
遭受强烈脉振和冲击作用，因此应采取行之有效的措施加以完善。
1 励磁系统缺陷所造成的主要危害供给同步电动机励磁电流的电源及其附
属设备统称为励磁系统。同步电动机励磁系统主要由励磁功率单元、励磁控制单元两部分构
成。励磁系统的技术性能对同步电动机的安全可靠稳定运行息息相关。
1.1 对电网所造成的危害
同步电动机在运行中，若励磁系统缺陷，造成励磁电压降低，使得同步电动机的过载能
力降低，驱动转矩小于负荷制动转矩时，进入失步状态。由于此时同步电动机励磁电压并未
消失，同步电动机的定子感应电动势可能与相应电网电压在大小或相位上不同而发生振荡，
两者夹角在 0°至 360°之间周期性变化。同步电动机失步后，转子转速下降，旋转
磁场在启动绕组和励磁绕组中感应出电动势、电流，产生异步转矩，电机进入异步运行状态；
又因为励磁电压并没有退出，在异步运行期间，产生交变转矩，转子转速和定子电流都发生振
荡，严重时可能引起同步电动机与电网之间发生电气共振，可能造成局部电网崩溃，与大电
网的解列。
另外，一些工业领域，常见大量同步电动机集中运行，这种情况对同步电动机来说，
有较大的启动、运转风险。在用电高峰，电网稳定性差， 同步电动机因启动电流高和功率
因数很低可能造成局部电网电压恶化降低，使得过载能力差的同步电动机进入失步状态，加
剧局部电网的恶化、崩溃。
1.2 对同步电动机所造成的危害励磁系统缺陷会造成同步电动机定子绕
组端部变形、绝缘损坏、过热、可能恶化短路；定子铁芯松动、运行噪音增大；转子绕组接头
裂纹、开焊、过热、绝缘损坏；转子磁极槽楔松动退出；联轴器或大轴的轴销部位裂纹，或
恶化断轴。
2 同步电动机励磁系统缺陷的成因及改善措施
2.1 投励方式、投励时刻选择不当对电机的影响如果励磁系统有缺陷，同步电动机启动过
程中在并车投励瞬间经常发出沉闷的冲击声，电机遭受冲击。
发生上述现象的原因是由于励磁系统的“并车投励电路”存在缺陷。它所选定投励方
式为：投励时刻由静态励磁柜控制。在同步电动机启动之初，未通入励磁电流之前，电机为
异步启动状态，此时电机为“异步电动机”状态，随着转子转速上升，转差率下降，定子电
流随着转子电流下降而降到某一数值，加上一定的时限延迟，由静态励磁柜进行投励，旋转
整流盘便将励磁电流送入励磁绕组，没有检测转速、转差率和投励瞬间转子空间角度选择合
适与否，就盲目投励并车。此时，励磁绕组外部通入的直流励磁电流与转子绕组自身感应的
交变电流方向相反，在此瞬间，励磁绕组总的合成电流很小，导致励磁系统并车投励性能存在缺
憾，使电机遭受这种损伤。另外，这种投励方式由于励磁电流整定值是经验值，有一定的误差，
造成长时间不能及时投励，使得电动机启动时间过长，或投励时电机转子转速没有接近定子旋转
磁场转速，造成投励后电机处于失步状态。这是同步电动机损坏的一个主要因素。
其解决措施是改善投励方式，利用转子上安装的旋转整流盘的控制电路通过检测转子
转速、转差率，选择合适的投励瞬间和相应的转子空间角度来控制投励时刻，使得投励瞬间
励磁绕组所通入的直流励磁电流与转子感应的电流方向相同，使投励后的直流励磁电流较快
送入励磁绕组。这样确保成功投励，并在将转子牵入同步过程中，电机没有遭受冲击，启动
过程平稳、可靠、快速。
2.2 异步启动回路及启动控制电路缺陷对电机的影响
由于励磁系统异步启动回路和相应的启动控制电路缺陷，在电机“异步启动”过程中，
当转子转速上升到额定转速 50% 以上，转差率减小到一定数值时，励磁绕组感应电流的负
半周通道不畅，时通时断，相应的异步驱动转矩基本消失，造成电机脉振，电机遭受相应损
伤，且随着电机转速上升越来越明显，直到电机牵入同步才稳定下来。
另外在异步启动过程中，在某一转差率时，因励磁绕组感应电流正、负半波的电路不
对称，使得励磁绕组感应电流正、负半波波形不对称，在励磁绕组回路中出现一个直流励磁
电流分量，定子电流也因此强烈脉动，电机由此产生相应的脉振转矩分量，造成电动机更加
强烈的振动，遭受相应的损伤。完善措施是优化异步启动回路及启动控
制电路设计，使启动控制电路中的“启动可控硅”在同步电动机启动时，处于低开通状态，
开通值一般 10 ～ 36V，便可解决上述问题。
2.3 启动灭磁电组不正常发热在同步电动机“异步启动”过程中，启
动灭磁电阻通过可控硅电路接入转子回路，以减小启动电流，增大启动转矩，加速电机启动；
投励后通过相应的可控硅控制电路使启动灭磁电组退出。但是如果控制电路异常或故障导致
启动灭磁电组不能及时退出而长期带电，容易发热烧毁，对电机正常工作极其不利。因此应
提高可控硅控制回路的可靠性，保证启动灭磁电组的正确投退。
参考文献
[1] 王正茂 , 阎治安 , 崔新艺等 . 电机学 [M].西安 : 西安交通大学出版社 ,2000.
作者简介曹国慧 (1967-)，男，河南省南阳市人。大学本科学历。工学硕士学位，高级讲师，现在国
网河南省电力公司技能培训中心南阳校区工作，研究方向为电气设备运行、维护与检修。茅红伟 (1964-)，男，上海人。副教授，硕士
研究生学历，现在上海师范大学信息与机电工程学院任教师。研究方向为电气设备运行、维护与检修。
作者单位1. 国网河南省电力公司技能培训中心 河南省南阳市 473001
2. 上海师范大学信息与机电工程学院 上海市 201418
