简介： 第一章 系统概述   同步电动机是各工业部门广泛使用的重要电气设备之一，它具有转速恒定，可以通过改变励磁电流的大小来改善电网功率因数从而节约能源的特点。主要用于驱动大型机械设备，如：轧钢机、球磨机、气体压缩机、矿石破碎机、大型风机、给排水泵等。 励磁系统作为同步电动机的重要组成部分，它对于同步电动机的安全、高效运行起着重要的作用。目前我国正在生产和使用的励磁控制系统大部分采用七十年代的模拟控制技术，设计线路复杂，元件较多，装置的整体性能不高，调试步骤繁多，参数难以精确整定，且存在无法解决的零飘温飘等问题，维修困难，必须由具有相当专业素质的人员才能胜任这些工作。而且与上一级系统交换信息困难，因此已经越来越不适应现场生产和安全运行的要求。近年来全数码控制技术及大规模集成电路发展迅速，应用技术日趋成熟，为全数码型同步电动机励磁装置的开发提供了坚实的技术基础。 为了尽快提高我国同步电动机组的运行水平，满足企业生产对励磁系统提出的越来越高的要求，我们研制了新一代的LD2002步电动机全数码励磁装置。该装置综合运用了同步电动机的现代励磁控制理论，采用目前国际上较流行的全数码控制技术及半导体技术，完全不同于以前的励磁装置。它彻底解决了其他励磁装置存在的起动脉振、投励滑差捕捉不到、投励冲击、运行中起动电阻发热等问题；能实现闭环调节和控制，可使同步电动机和共用电网络的动态稳定性加强，厂矿的无功分配优化。由于本励磁系统的旋转励磁部分具有滑差检测和准角判断环节，使系统具备失步保护和不减载自动再同步性能；静态励磁系统的全数字微机化设计，使系统具有常规励磁不能实现的许多控制、限制、保护和自诊断自恢复功能。另外,静态励磁装置设有两个完全独立的自动通道互为备用,整机可靠性高,为同步电动机励磁领域的理想更新换代产品。 可广泛应用于石油、化工、冶金、矿山、煤气等II类C级T3组爆炸危险场所使用的无刷同步电动机，也可应用于普通场所的各类无刷同步电动机。 1.1、主要特点 *  全数字化、高可靠性： 主控单元采用进口高性能的数字式控制单元（LD21□□型采用可编程计算机控制器PCC，LD22□□型采用高性能16位嵌入式微控制器MCU，LD23□□型采用先进32位嵌入式微控制器MCU，LD24□□型采用可编程控制器PLC），励磁装置的操作逻辑电路，机械或电子的电压整定机构都可以简化或取消。实现全交流采样技术，采用大规模集成芯片，装置可靠性大大提高。    *  多功能：  PID调节、非线性最优LOEC、线性最优NEC、模糊逻辑FLEC等控制方式可选   *  控制速度快、精度高： 采用多处理器系统、哈佛结构、并行处理技术、多级流水线、高速DSP内核，数据处理速度和精度大大提高。  *  起动平稳: 励磁系统的旋转主控制模块设有起动控制高、低定值转换环节，在电机起动时旋转起动二极管和可控硅设为低定值对称接入方式，使电机在异步起动中有良好的对称转矩特性，起动过程平稳、迅速。 * 投励可靠无冲击: 旋转主控制模块设有滑差准角投励检测控制环节，能迅速准确捕捉到滑差，实现真正准角投励。特别适合于带负荷起动及要求实现不减载自动再整步的各类场所。同时还设有零压计时投里作为后备投励环节。 * 旋转励磁系统可靠性高: 旋转励磁系统的主回路采用过零触发三相半控桥式电路，较其它形式更为简洁可靠。取消了常规电路设置于直流回路的投励控制可控硅，使由于散热因素引起的电流限制瓶颈得以消除，适应电机容量更广。另外，该型电路在旋转控制模块故障或单一旋转功率模块故障时不会导致电机立即失磁。  * 失步保护及不减载自动再同步功能: 具有失步保护及不减载自动再同步功能。当扰动超过同步电机同步能力极限而失步时，该装置能迅速检测到并采取可靠技术措施，使用同步机自动恢复再同步，保持连续运行。该装置还具有过励、欠励、缺相等常规保护功能。 可以同断电失步保护装置（DSBW）配套使用，实现断电失步再整步功能（可选）。 * 设有旋转起动灭磁电阻回路误开通保护环节，在电机正常运行时，确保旋转起动灭磁电阻维持冷态。 * 旋转控制模块采用胶封型全密封结构，具有防爆增安性能的同时，能耐受酸、碱、潮湿、盐雾等恶劣环境；内部电路采用军品元器件，设计时充分考虑极端工况的过压及欠频冲击。 * 静态励磁装置设有旋转励磁系统工作状况判别环节，当旋转系统中的快速熔断器熔断或模块功能失效时，能及时动作于报警或跳闸。 *  表面贴工艺，多层印刷电路板，军品级芯片，重要芯片均采用国内外知名企业的成熟产品。保证装置平均无故障时间达100000小时。 *  独特的软件设计方法： 采用美国CMX公司推出的微控制器实时多任务操作系统RTOS及其功能强大的专家库函数，面向任务的程序设计风格，按全优先服务方式进行资源管理、任务调度、异常处理等工作，工作极为可靠，也使微控制器的性能得以最大程度的发挥；采用C语言或梯形图（PLD）、指令表（IL）、Basic、结构文本（ST）、顺序功能图（SFC）、数据模块编辑器、数据类型编辑器等编程，执行速度快，可读性好，易于扩展和移植。  *  采用快闪存储器（Flash ROM），支持自举载入程序及远程维护。  *  通讯和网络功能：  提供非常开放的通讯接口和网络接口，具有标准的RS232/485/422或高速现场总线CANBUS、MODBUS、MODBUS PLUS、TCP/IP或MODEM等实现网络通讯。非常方便地与其它设备或网络联接，实现设备控制、管理的自动化、信息化（可选）。 *  方便直观的人机接口： 采用触摸屏或中文文本显示器(可选)显示，汉化界面，数据显示直观明了，信息量大。非常直观地在线选择、切换工作方式，设置、修改参数和对运行状态监控。可以做到无需说明手册而操作。  *  对于无刷励磁系统，具有旋转整流盘故障监测功能。  *  可靠的灭磁系统： 可选用阻容无触点的静态灭磁方法（我公司专利技术），无噪音、无操作过电压，可靠、平稳；也可选用传统的逆变灭磁方法。 *  完善的自检及控制、保护功能，用于保护励磁装置本身和同步电动机的安全运行： 具有失步、误强励、过励反时限、欠励、失脉冲、均流越限检测及保护、过流、过压等保护功能。 *  控制单元采用西门子结构、加强型单元机箱、插拔式模块，独特的抗干扰设计，抗干扰能力强。功率单元及风机单元都采用模块化结构，安装、更换方便。 *  可以不停机、不减载在线更换控制单元及风机单元：即使装置的控制单元、风机单元等环节出现故障，也可以不停机、不减负载，在保证装置连续运行及电机带正常负荷、不间断运行的条件下更换有故障的单元，且更换后不用调试就能恢复正常运行。  *  具有手动（恒触发角）、自动（恒励磁电流、恒励磁电压、恒功率因数、恒无功功率）调节励磁功能，相互切换无扰动。 *  双通道互为备用工作方式： 根据用户需要，可以采用单通道工作方式或双通道互为备用工作方式。双通道无扰动自动切换（可选）。装置可设置为自动和手动运行。当设置为自动（闭环）运行时，采用内外双闭环调节系统。内环为励磁电流调节环，可提高励磁系统调节的快速性，在外部扰动时迅速调节励磁，充分发挥同步电机自身极限同步能力而避免电机失步；外环为功率因数调节环，在电机负载波动或电网电压波动时维持功率因数恒定运行。 *  故障数据录波及事故记忆功能（可选）： 记忆故障前4秒，故障后16秒的检测数据，包括励磁电流、功率因数、有功功率、无功功率、定子电流、定子电压、三相交流电压、脉冲触发角、频率及时间等。 按照先进先出的原则记录20组操作信号、故障信号、保护动作信号发 生的时间。记录的数据可以用打印机输出或向上位机传送。 *  完善的试验功能： 可以在线修改放大倍数、微分时间常数、惯性时间常数、进行±10％的阶跃、灭磁实验及联动实验，所有这些修改及实验均只需进行按键操作即可，不用改接线。 *  源可以采用单路供电，也可采用双路供电，一路来自于直流蓄电池电源，另一路来自厂用交流电降压整流。两路电源经二极管并联运行，互为冗余，提高了装置的可靠性。 *  LD2002全数码控制无刷同步电动机励磁系统适用于增安型II类C级T3组爆炸危险场所各种容量、各种不同负载的无刷同步电动机，也可用于普通场所的各类无刷同步电动机。 1.2、可靠性保证 1.2.1、硬件措施 *  采用双通道，任一通道均满足强行励磁在内的功率的要求。 *  选用优质元器件，并经严格筛选测试。 *  双套电源并列供电，采用高可靠电源模块。 *  输入输出通道双重隔离（电磁隔离和光电隔离）。 *  可靠的脉冲自封锁电路，防止误灭磁、误触发 1.2.2、软件管理 *  结构化程序设计规范。 *  单元测试，功能测试和总联调。 *  完备的文档管理。 1.2.3、整机测试 *  绝缘耐压装置/抗干扰试验。 *  连续拷机试验。 1.3、主要技术指标及功能 1、调节精度(恒励磁电流)：≤0.5％。 2、调节范围：5％～130％。 3、调节频率：不低于300次/秒。 4、可控硅控制角α分辨率: 0.004度/位码。 5、A/D转换：16路输入，分辨率16位、14位或12位。 6、A/D 转换速率：100K/S。 7、移相范围：10-150度(根据要求而定)。 8、阶跃特性(恒励磁电流)：10％阶跃超调量小于20％，振荡次数小于2次，调整时间小于10秒。 9、电源适应性：电源电压变化范围±50％。 10、功率消耗：小于200W。 11、开关量I/O：24路开关量输入，16路开关量输出，均采用光电隔离。 12、控制回路输入电气量： 定子电压：2相或是3相（根据现场情况而定）。 定子电流：1相或是3相（根据现场情况而定）。 转子电流信号。 同步电压信号：3相。 13、本装置具有低压强励和整步强励功能。 14、装置电源既可采用单路供电也可采用双路供电：一路来自于厂用交流电源降压整流，一路来自蓄电池电源或其它备用电源，两路电源并联运行，互为冗余，提高了装置的可靠性。 15、旋转励磁系统的主要技术参数 1)、旋转功率模块 XZL型旋转整功率模块： 通态平均电流200A~500A； 断态重复峰值电压1600V~2600V；  XQD型旋转整流功率模块： 通态平均电流200A~400A； 断态重复峰值电压600V~1200V； 2) 、 QR型旋转起动灭磁电阻 电阻值：0.1~0.6Ω； 电流值不大于210A； 通电时间不大于12秒； 3) 、ZTK201型旋转主控制模块 输入电压范围0~600V； 最大输出电流0.2A； 4) 、 ZDY12S型旋转电源模块 最大输出电压AC270V（三相线电压）； 额定输出电流150mA；  输出电压DC12V。 5) 、ZTK202型旋转主控制模块兼具ZTK201型旋转主控制模块和ZDY12S型旋转电源模块的技术性能。 在实际使用中，由3只XZL型旋转功率模块组成三相半控桥式整流电路，1只XQD型旋转功率模块和6~8只QR型旋转起动灭磁电阻组成起动灭磁回路，而控制模块则可根据旋转整流盘结构选择ZTK201型旋转主控制模块加ZDY12S型旋转电源模块的组合或单一ZTK202型旋转主控制模块。