直流调速发电机转速波动缘由及处理方案

摘要：直流调速发电机转速波动是常见的故障现象，其根源通常涉及电气、机械及控制系统等多个方面。以下是系统的原因分析及对应的处理方案，可供您进行故障诊断和维护参考。

一、主要原因分析

1. 电气原因

电源质量差：电网电压波动、整流装置异常或三相不平衡导致直流母线电压脉动，直接影响转矩和转速。

电刷与换向器问题：

电刷磨损严重、压力不足或型号不对。

换向器表面氧化、有油污、磨损不均或片间短路。

导致火花增大，接触电阻不稳定，引发电压和转矩脉动。

电机本体故障：

电枢绕组或励磁绕组存在局部短路、开路或接地故障。

励磁电流不稳定（对于他励电机）。

电磁干扰：功率回路的高频谐波干扰弱电控制信号，导致反馈或给定信号波动。

2. 机械与负载原因

机械连接问题：联轴器不对中、松动或基础螺栓松动。

负载波动：被驱动的负载本身波动大（如压缩机、破碎机），调速系统响应不及。

轴承损坏：导致摩擦转矩不均匀或转子偏心。

3. 控制系统原因

测速反馈环节故障：

测速发电机（TG）或编码器信号不稳定（安装松动、断线、自身损坏）。

反馈信号受到干扰，纹波大。

给定信号不稳定：给定电位器接触不良或给定电路受干扰。

调节器（速度环）问题：

PI参数整定不当（比例增益过大或积分时间过小易引发振荡）。

调节器电路元器件老化、漂移，特别是运放、电容等。

功率驱动单元故障：

晶闸管（可控硅）或功率模块触发不对称、性能劣化。

脉冲触发电路工作不正常。

二、系统化处理方案与步骤

处理原则：先外后内，先简后繁，先机械后电气再控制。

第一步：初步检查与机械排查

检查负载与机械连接：

脱开负载，空载运行电机，观察波动是否消失。若消失，则问题在负载侧或机械传动部分。

检查联轴器、轴承、齿轮箱是否有松动、磨损或异常噪音。

检查电刷与换向器：

观察换向器表面是否光滑、清洁，有无异常火花（正常应为淡蓝色无火花或不超过1.5级火花）。

检查电刷长度、压力，确保接触良好。必要时研磨电刷或更换。

第二步：电气与电源检查

测量电源电压：

检查三相进线电压是否平衡、稳定。

测量直流母线电压，观察其纹波是否在正常范围内（通常要求<5%）。

检查电机本体：

使用兆欧表测量电枢和励磁绕组对地绝缘电阻。

测量电枢绕组和励磁绕组的直流电阻，检查是否平衡。

对于他励电机，检查励磁电源是否稳定。

第三步：控制系统深度诊断

检查测速反馈：

在转速波动时，直接测量测速发电机（TG）的输出电压或编码器的脉冲频率/波形是否稳定。这是最关键的诊断点之一。

检查测速机与主电机的连接轴是否松动，编码器安装是否牢固。

检查反馈电缆是否屏蔽良好，远离动力线。

隔离给定信号：

将速度给定电位器短接或使用一个稳定的可调电源给定，观察波动是否依然存在。以排除给定信号源问题。

观察调节器输出与触发波形：

使用示波器观察速度调节器的输出电压（即电流给定）是否平稳。

观察功率单元的触发脉冲是否对称、连续，以及晶闸管输出电压波形是否正常。

调整或检查控制参数：

如果系统允许，尝试适当减小速度环的比例增益（KP）或增大积分时间（TI），观察对波动的抑制效果。注意：调整前记录原参数！

检查控制系统中的滤波电容、稳压器件是否正常。

三、预防性维护建议

定期维护：定期清洁换向器、检查更换电刷、紧固所有电气连接端子。

环境控制：确保控制柜通风良好，防止灰尘、潮湿和高温影响电子元器件。

定期校准：对测速反馈装置进行定期检查和校准。

状态监测：定期记录空载和负载下的转速、电流、电压波形，建立趋势档案，便于早期发现异常。

快速诊断流程图

转速波动发生

↓

脱开负载（空载运行） → 波动消失 → 问题在负载或机械侧

↓（波动仍存在）

检查电刷/换向器状态与火花 → 异常 → 清洁/更换/调整

↓（正常）

检查测速反馈信号是否稳定（关键步骤） → 不稳定 → 检查/更换测速装置或线路

↓（稳定）

检查电源电压与直流母线纹波 → 异常 → 检查电网/整流装置

↓（正常）

检查/调整速度环PI参数 → 无效 → 可能调节器电路板故障

↓

使用示波器逐级检查给定、调节器输出、触发脉冲波形

总结：直流调速系统的转速波动是一个综合性问题，测速反馈环节的故障是最常见的原因之一。通过系统性的隔离和排查，从机械到电气，从电源到控制信号，大多数问题都能被定位和解决。如果涉及复杂的控制板级故障，建议由专业技术人员使用专业仪器进行检修。

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