簡介： 第一章 系統(tǒng)概述   同步電動機(jī)是各工業(yè)部門廣泛使用的重要電氣設(shè)備之一，它具有轉(zhuǎn)速恒定，可以通過改變勵磁電流的大小來改善電網(wǎng)功率因數(shù)從而節(jié)約能源的特點。主要用于驅(qū)動大型機(jī)械設(shè)備，如：軋鋼機(jī)、球磨機(jī)、氣體壓縮機(jī)、礦石破碎機(jī)、大型風(fēng)機(jī)、給排水泵等。 勵磁系統(tǒng)作為同步電動機(jī)的重要組成部分，它對于同步電動機(jī)的安全、高效運行起著重要的作用。目前我國正在生產(chǎn)和使用的勵磁控制系統(tǒng)大部分采用七十年代的模擬控制技術(shù)，設(shè)計線路復(fù)雜，元件較多，裝置的整體性能不高，調(diào)試步驟繁多，參數(shù)難以精確整定，且存在無法解決的零飄溫飄等問題，維修困難，必須由具有相當(dāng)專業(yè)素質(zhì)的人員才能勝任這些工作。而且與上一級系統(tǒng)交換信息困難，因此已經(jīng)越來越不適應(yīng)現(xiàn)場生產(chǎn)和安全運行的要求。近年來全數(shù)碼控制技術(shù)及大規(guī)模集成電路發(fā)展迅速，應(yīng)用技術(shù)日趨成熟，為全數(shù)碼型同步電動機(jī)勵磁裝置的開發(fā)提供了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。 為了盡快提高我國同步電動機(jī)組的運行水平，滿足企業(yè)生產(chǎn)對勵磁系統(tǒng)提出的越來越高的要求，我們研制了新一代的LD2002步電動機(jī)全數(shù)碼勵磁裝置。該裝置綜合運用了同步電動機(jī)的現(xiàn)代勵磁控制理論，采用目前國際上較流行的全數(shù)碼控制技術(shù)及半導(dǎo)體技術(shù)，完全不同于以前的勵磁裝置。它徹底解決了其他勵磁裝置存在的起動脈振、投勵滑差捕捉不到、投勵沖擊、運行中起動電阻發(fā)熱等問題；能實現(xiàn)閉環(huán)調(diào)節(jié)和控制，可使同步電動機(jī)和共用電網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)穩(wěn)定性加強(qiáng)，廠礦的無功分配優(yōu)化。由于本勵磁系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)勵磁部分具有滑差檢測和準(zhǔn)角判斷環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)具備失步保護(hù)和不減載自動再同步性能；靜態(tài)勵磁系統(tǒng)的全數(shù)字微機(jī)化設(shè)計，使系統(tǒng)具有常規(guī)勵磁不能實現(xiàn)的許多控制、限制、保護(hù)和自診斷自恢復(fù)功能。另外,靜態(tài)勵磁裝置設(shè)有兩個完全獨立的自動通道互為備用,整機(jī)可靠性高,為同步電動機(jī)勵磁領(lǐng)域的理想更新?lián)Q代產(chǎn)品。 可廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、礦山、煤氣等II類C級T3組爆炸危險場所使用的無刷同步電動機(jī)，也可應(yīng)用于普通場所的各類無刷同步電動機(jī)。 1.1、主要特點 *  全數(shù)字化、高可靠性： 主控單元采用進(jìn)口高性能的數(shù)字式控制單元（LD21□□型采用可編程計算機(jī)控制器PCC，LD22□□型采用高性能16位嵌入式微控制器MCU，LD23□□型采用先進(jìn)32位嵌入式微控制器MCU，LD24□□型采用可編程控制器PLC），勵磁裝置的操作邏輯電路，機(jī)械或電子的電壓整定機(jī)構(gòu)都可以簡化或取消。實現(xiàn)全交流采樣技術(shù)，采用大規(guī)模集成芯片，裝置可靠性大大提高。    *  多功能：  PID調(diào)節(jié)、非線性最優(yōu)LOEC、線性最優(yōu)NEC、模糊邏輯FLEC等控制方式可選   *  控制速度快、精度高： 采用多處理器系統(tǒng)、哈佛結(jié)構(gòu)、并行處理技術(shù)、多級流水線、高速DSP內(nèi)核，數(shù)據(jù)處理速度和精度大大提高。  *  起動平穩(wěn): 勵磁系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)主控制模塊設(shè)有起動控制高、低定值轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，在電機(jī)起動時旋轉(zhuǎn)起動二極管和可控硅設(shè)為低定值對稱接入方式，使電機(jī)在異步起動中有良好的對稱轉(zhuǎn)矩特性，起動過程平穩(wěn)、迅速。 * 投勵可靠無沖擊: 旋轉(zhuǎn)主控制模塊設(shè)有滑差準(zhǔn)角投勵檢測控制環(huán)節(jié)，能迅速準(zhǔn)確捕捉到滑差，實現(xiàn)真正準(zhǔn)角投勵。特別適合于帶負(fù)荷起動及要求實現(xiàn)不減載自動再整步的各類場所。同時還設(shè)有零壓計時投里作為后備投勵環(huán)節(jié)。 * 旋轉(zhuǎn)勵磁系統(tǒng)可靠性高: 旋轉(zhuǎn)勵磁系統(tǒng)的主回路采用過零觸發(fā)三相半控橋式電路，較其它形式更為簡潔可靠。取消了常規(guī)電路設(shè)置于直流回路的投勵控制可控硅，使由于散熱因素引起的電流限制瓶頸得以消除，適應(yīng)電機(jī)容量更廣。另外，該型電路在旋轉(zhuǎn)控制模塊故障或單一旋轉(zhuǎn)功率模塊故障時不會導(dǎo)致電機(jī)立即失磁。  * 失步保護(hù)及不減載自動再同步功能: 具有失步保護(hù)及不減載自動再同步功能。當(dāng)擾動超過同步電機(jī)同步能力極限而失步時，該裝置能迅速檢測到并采取可靠技術(shù)措施，使用同步機(jī)自動恢復(fù)再同步，保持連續(xù)運行。該裝置還具有過勵、欠勵、缺相等常規(guī)保護(hù)功能。 可以同斷電失步保護(hù)裝置（DSBW）配套使用，實現(xiàn)斷電失步再整步功能（可選）。 * 設(shè)有旋轉(zhuǎn)起動滅磁電阻回路誤開通保護(hù)環(huán)節(jié)，在電機(jī)正常運行時，確保旋轉(zhuǎn)起動滅磁電阻維持冷態(tài)。 * 旋轉(zhuǎn)控制模塊采用膠封型全密封結(jié)構(gòu)，具有防爆增安性能的同時，能耐受酸、堿、潮濕、鹽霧等惡劣環(huán)境；內(nèi)部電路采用軍品元器件，設(shè)計時充分考慮極端工況的過壓及欠頻沖擊。 * 靜態(tài)勵磁裝置設(shè)有旋轉(zhuǎn)勵磁系統(tǒng)工作狀況判別環(huán)節(jié)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的快速熔斷器熔斷或模塊功能失效時，能及時動作于報警或跳閘。 *  表面貼工藝，多層印刷電路板，軍品級芯片，重要芯片均采用國內(nèi)外知名企業(yè)的成熟產(chǎn)品。保證裝置平均無故障時間達(dá)100000小時。 *  獨特的軟件設(shè)計方法： 采用美國CMX公司推出的微控制器實時多任務(wù)操作系統(tǒng)RTOS及其功能強(qiáng)大的專家?guī)旌瘮?shù)，面向任務(wù)的程序設(shè)計風(fēng)格，按全優(yōu)先服務(wù)方式進(jìn)行資源管理、任務(wù)調(diào)度、異常處理等工作，工作極為可靠，也使微控制器的性能得以最大程度的發(fā)揮；采用C語言或梯形圖（PLD）、指令表（IL）、Basic、結(jié)構(gòu)文本（ST）、順序功能圖（SFC）、數(shù)據(jù)模塊編輯器、數(shù)據(jù)類型編輯器等編程，執(zhí)行速度快，可讀性好，易于擴(kuò)展和移植。  *  采用快閃存儲器（Flash ROM），支持自舉載入程序及遠(yuǎn)程維護(hù)。  *  通訊和網(wǎng)絡(luò)功能：  提供非常開放的通訊接口和網(wǎng)絡(luò)接口，具有標(biāo)準(zhǔn)的RS232/485/422或高速現(xiàn)場總線CANBUS、MODBUS、MODBUS PLUS、TCP/IP或MODEM等實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊。非常方便地與其它設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，實現(xiàn)設(shè)備控制、管理的自動化、信息化（可選）。 *  方便直觀的人機(jī)接口： 采用觸摸屏或中文文本顯示器(可選)顯示，漢化界面，數(shù)據(jù)顯示直觀明了，信息量大。非常直觀地在線選擇、切換工作方式，設(shè)置、修改參數(shù)和對運行狀態(tài)監(jiān)控。可以做到無需說明手冊而操作。  *  對于無刷勵磁系統(tǒng)，具有旋轉(zhuǎn)整流盤故障監(jiān)測功能。  *  可靠的滅磁系統(tǒng)： 可選用阻容無觸點的靜態(tài)滅磁方法（我公司專利技術(shù)），無噪音、無操作過電壓，可靠、平穩(wěn)；也可選用傳統(tǒng)的逆變滅磁方法。 *  完善的自檢及控制、保護(hù)功能，用于保護(hù)勵磁裝置本身和同步電動機(jī)的安全運行： 具有失步、誤強(qiáng)勵、過勵反時限、欠勵、失脈沖、均流越限檢測及保護(hù)、過流、過壓等保護(hù)功能。 *  控制單元采用西門子結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)型單元機(jī)箱、插拔式模塊，獨特的抗干擾設(shè)計，抗干擾能力強(qiáng)。功率單元及風(fēng)機(jī)單元都采用模塊化結(jié)構(gòu)，安裝、更換方便。 *  可以不停機(jī)、不減載在線更換控制單元及風(fēng)機(jī)單元：即使裝置的控制單元、風(fēng)機(jī)單元等環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，也可以不停機(jī)、不減負(fù)載，在保證裝置連續(xù)運行及電機(jī)帶正常負(fù)荷、不間斷運行的條件下更換有故障的單元，且更換后不用調(diào)試就能恢復(fù)正常運行。  *  具有手動（恒觸發(fā)角）、自動（恒勵磁電流、恒勵磁電壓、恒功率因數(shù)、恒無功功率）調(diào)節(jié)勵磁功能，相互切換無擾動。 *  雙通道互為備用工作方式： 根據(jù)用戶需要，可以采用單通道工作方式或雙通道互為備用工作方式。雙通道無擾動自動切換（可選）。裝置可設(shè)置為自動和手動運行。當(dāng)設(shè)置為自動（閉環(huán)）運行時，采用內(nèi)外雙閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。內(nèi)環(huán)為勵磁電流調(diào)節(jié)環(huán)，可提高勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)的快速性，在外部擾動時迅速調(diào)節(jié)勵磁，充分發(fā)揮同步電機(jī)自身極限同步能力而避免電機(jī)失步；外環(huán)為功率因數(shù)調(diào)節(jié)環(huán)，在電機(jī)負(fù)載波動或電網(wǎng)電壓波動時維持功率因數(shù)恒定運行。 *  故障數(shù)據(jù)錄波及事故記憶功能（可選）： 記憶故障前4秒，故障后16秒的檢測數(shù)據(jù)，包括勵磁電流、功率因數(shù)、有功功率、無功功率、定子電流、定子電壓、三相交流電壓、脈沖觸發(fā)角、頻率及時間等。 按照先進(jìn)先出的原則記錄20組操作信號、故障信號、保護(hù)動作信號發(fā) 生的時間。記錄的數(shù)據(jù)可以用打印機(jī)輸出或向上位機(jī)傳送。 *  完善的試驗功能： 可以在線修改放大倍數(shù)、微分時間常數(shù)、慣性時間常數(shù)、進(jìn)行±10％的階躍、滅磁實驗及聯(lián)動實驗，所有這些修改及實驗均只需進(jìn)行按鍵操作即可，不用改接線。 *  源可以采用單路供電，也可采用雙路供電，一路來自于直流蓄電池電源，另一路來自廠用交流電降壓整流。兩路電源經(jīng)二極管并聯(lián)運行，互為冗余，提高了裝置的可靠性。 *  LD2002全數(shù)碼控制無刷同步電動機(jī)勵磁系統(tǒng)適用于增安型II類C級T3組爆炸危險場所各種容量、各種不同負(fù)載的無刷同步電動機(jī)，也可用于普通場所的各類無刷同步電動機(jī)。 1.2、可靠性保證 1.2.1、硬件措施 *  采用雙通道，任一通道均滿足強(qiáng)行勵磁在內(nèi)的功率的要求。 *  選用優(yōu)質(zhì)元器件，并經(jīng)嚴(yán)格篩選測試。 *  雙套電源并列供電，采用高可靠電源模塊。 *  輸入輸出通道雙重隔離（電磁隔離和光電隔離）。 *  可靠的脈沖自封鎖電路，防止誤滅磁、誤觸發(fā) 1.2.2、軟件管理 *  結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計規(guī)范。 *  單元測試，功能測試和總聯(lián)調(diào)。 *  完備的文檔管理。 1.2.3、整機(jī)測試 *  絕緣耐壓裝置/抗干擾試驗。 *  連續(xù)拷機(jī)試驗。 1.3、主要技術(shù)指標(biāo)及功能 1、調(diào)節(jié)精度(恒勵磁電流)：≤0.5％。 2、調(diào)節(jié)范圍：5％～130％。 3、調(diào)節(jié)頻率：不低于300次/秒。 4、可控硅控制角α分辨率: 0.004度/位碼。 5、A/D轉(zhuǎn)換：16路輸入，分辨率16位、14位或12位。 6、A/D 轉(zhuǎn)換速率：100K/S。 7、移相范圍：10-150度(根據(jù)要求而定)。 8、階躍特性(恒勵磁電流)：10％階躍超調(diào)量小于20％，振蕩次數(shù)小于2次，調(diào)整時間小于10秒。 9、電源適應(yīng)性：電源電壓變化范圍±50％。 10、功率消耗：小于200W。 11、開關(guān)量I/O：24路開關(guān)量輸入，16路開關(guān)量輸出，均采用光電隔離。 12、控制回路輸入電氣量： 定子電壓：2相或是3相（根據(jù)現(xiàn)場情況而定）。 定子電流：1相或是3相（根據(jù)現(xiàn)場情況而定）。 轉(zhuǎn)子電流信號。 同步電壓信號：3相。 13、本裝置具有低壓強(qiáng)勵和整步強(qiáng)勵功能。 14、裝置電源既可采用單路供電也可采用雙路供電：一路來自于廠用交流電源降壓整流，一路來自蓄電池電源或其它備用電源，兩路電源并聯(lián)運行，互為冗余，提高了裝置的可靠性。 15、旋轉(zhuǎn)勵磁系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù) 1)、旋轉(zhuǎn)功率模塊 XZL型旋轉(zhuǎn)整功率模塊： 通態(tài)平均電流200A~500A； 斷態(tài)重復(fù)峰值電壓1600V~2600V；  XQD型旋轉(zhuǎn)整流功率模塊： 通態(tài)平均電流200A~400A； 斷態(tài)重復(fù)峰值電壓600V~1200V； 2) 、 QR型旋轉(zhuǎn)起動滅磁電阻 電阻值：0.1~0.6Ω； 電流值不大于210A； 通電時間不大于12秒； 3) 、ZTK201型旋轉(zhuǎn)主控制模塊 輸入電壓范圍0~600V； 最大輸出電流0.2A； 4) 、 ZDY12S型旋轉(zhuǎn)電源模塊 最大輸出電壓AC270V（三相線電壓）； 額定輸出電流150mA；  輸出電壓DC12V。 5) 、ZTK202型旋轉(zhuǎn)主控制模塊兼具ZTK201型旋轉(zhuǎn)主控制模塊和ZDY12S型旋轉(zhuǎn)電源模塊的技術(shù)性能。 在實際使用中，由3只XZL型旋轉(zhuǎn)功率模塊組成三相半控橋式整流電路，1只XQD型旋轉(zhuǎn)功率模塊和6~8只QR型旋轉(zhuǎn)起動滅磁電阻組成起動滅磁回路，而控制模塊則可根據(jù)旋轉(zhuǎn)整流盤結(jié)構(gòu)選擇ZTK201型旋轉(zhuǎn)主控制模塊加ZDY12S型旋轉(zhuǎn)電源模塊的組合或單一ZTK202型旋轉(zhuǎn)主控制模塊。