簡介： 第一章 系統概述   同步電動機是各工業部門廣泛使用的重要電氣設備之一，它具有轉速恒定，可以通過改變勵磁電流的大小來改善電網功率因數從而節約能源的特點。主要用于驅動大型機械設備，如：軋鋼機、球磨機、氣體壓縮機、礦石破碎機、大型風機、給排水泵等。 勵磁系統作為同步電動機的重要組成部分，它對于同步電動機的安全、高效運行起著重要的作用。目前我國正在生產和使用的勵磁控制系統大部分采用七十年代的模擬控制技術，設計線路復雜，元件較多，裝置的整體性能不高，調試步驟繁多，參數難以精確整定，且存在無法解決的零飄溫飄等問題，維修困難，必須由具有相當專業素質的人員才能勝任這些工作。而且與上一級系統交換信息困難，因此已經越來越不適應現場生產和安全運行的要求。近年來全數碼控制技術及大規模集成電路發展迅速，應用技術日趨成熟，為全數碼型同步電動機勵磁裝置的開發提供了堅實的技術基礎。 為了盡快提高我國同步電動機組的運行水平，滿足企業生產對勵磁系統提出的越來越高的要求，我們研制了新一代的LD2002步電動機全數碼勵磁裝置。該裝置綜合運用了同步電動機的現代勵磁控制理論，采用目前國際上較流行的全數碼控制技術及半導體技術，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、運行中起動電阻發熱等問題；能實現閉環調節和控制，可使同步電動機和共用電網絡的動態穩定性加強，廠礦的無功分配優化。由于本勵磁系統的旋轉勵磁部分具有滑差檢測和準角判斷環節，使系統具備失步保護和不減載自動再同步性能；靜態勵磁系統的全數字微機化設計，使系統具有常規勵磁不能實現的許多控制、限制、保護和自診斷自恢復功能。另外,靜態勵磁裝置設有兩個完全獨立的自動通道互為備用,整機可靠性高,為同步電動機勵磁領域的理想更新換代產品。 可廣泛應用于石油、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，也可應用于普通場所的各類無刷同步電動機。 1.1、主要特點 *  全數字化、高可靠性： 主控單元采用進口高性能的數字式控制單元（LD21□□型采用可編程計算機控制器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，機械或電子的電壓整定機構都可以簡化或取消。實現全交流采樣技術，采用大規模集成芯片，裝置可靠性大大提高。    *  多功能：  PID調節、非線性最優LOEC、線性最優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、哈佛結構、并行處理技術、多級流水線、高速DSP內核，數據處理速度和精度大大提高。  *  起動平穩: 勵磁系統的旋轉主控制模塊設有起動控制高、低定值轉換環節，在電機起動時旋轉起動二極管和可控硅設為低定值對稱接入方式，使電機在異步起動中有良好的對稱轉矩特性，起動過程平穩、迅速。 * 投勵可靠無沖擊: 旋轉主控制模塊設有滑差準角投勵檢測控制環節，能迅速準確捕捉到滑差，實現真正準角投勵。特別適合于帶負荷起動及要求實現不減載自動再整步的各類場所。同時還設有零壓計時投里作為后備投勵環節。 * 旋轉勵磁系統可靠性高: 旋轉勵磁系統的主回路采用過零觸發三相半控橋式電路，較其它形式更為簡潔可靠。取消了常規電路設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，適應電機容量更廣。另外，該型電路在旋轉控制模塊故障或單一旋轉功率模塊故障時不會導致電機立即失磁。  * 失步保護及不減載自動再同步功能: 具有失步保護及不減載自動再同步功能。當擾動超過同步電機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措施，使用同步機自動恢復再同步，保持連續運行。該裝置還具有過勵、欠勵、缺相等常規保護功能。 可以同斷電失步保護裝置（DSBW）配套使用，實現斷電失步再整步功能（可選）。 * 設有旋轉起動滅磁電阻回路誤開通保護環節，在電機正常運行時，確保旋轉起動滅磁電阻維持冷態。 * 旋轉控制模塊采用膠封型全密封結構，具有防爆增安性能的同時，能耐受酸、堿、潮濕、鹽霧等惡劣環境；內部電路采用軍品元器件，設計時充分考慮極端工況的過壓及欠頻沖擊。 * 靜態勵磁裝置設有旋轉勵磁系統工作狀況判別環節，當旋轉系統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外知名企業的成熟產品。保證裝置平均無故障時間達100000小時。 *  獨特的軟件設計方法： 采用美國CMX公司推出的微控制器實時多任務操作系統RTOS及其功能強大的專家庫函數，面向任務的程序設計風格，按全優先服務方式進行資源管理、任務調度、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揮；采用C語言或梯形圖（PLD）、指令表（IL）、Basic、結構文本（ST）、順序功能圖（SFC）、數據模塊編輯器、數據類型編輯器等編程，執行速度快，可讀性好，易于擴展和移植。  *  采用快閃存儲器（Flash ROM），支持自舉載入程序及遠程維護。  *  通訊和網絡功能：  提供非常開放的通訊接口和網絡接口，具有標準的RS232/485/422或高速現場總線CANBUS、MODBUS、MODBUS PLUS、TCP/IP或MODEM等實現網絡通訊。非常方便地與其它設備或網絡聯接，實現設備控制、管理的自動化、信息化（可選）。 *  方便直觀的人機接口： 采用觸摸屏或中文文本顯示器(可選)顯示，漢化界面，數據顯示直觀明了，信息量大。非常直觀地在線選擇、切換工作方式，設置、修改參數和對運行狀態監控。可以做到無需說明手冊而操作。  *  對于無刷勵磁系統，具有旋轉整流盤故障監測功能。  *  可靠的滅磁系統： 可選用阻容無觸點的靜態滅磁方法（我公司專利技術），無噪音、無操作過電壓，可靠、平穩；也可選用傳統的逆變滅磁方法。 *  完善的自檢及控制、保護功能，用于保護勵磁裝置本身和同步電動機的安全運行： 具有失步、誤強勵、過勵反時限、欠勵、失脈沖、均流越限檢測及保護、過流、過壓等保護功能。 *  控制單元采用西門子結構、加強型單元機箱、插拔式模塊，獨特的抗干擾設計，抗干擾能力強。功率單元及風機單元都采用模塊化結構，安裝、更換方便。 *  可以不停機、不減載在線更換控制單元及風機單元：即使裝置的控制單元、風機單元等環節出現故障，也可以不停機、不減負載，在保證裝置連續運行及電機帶正常負荷、不間斷運行的條件下更換有故障的單元，且更換后不用調試就能恢復正常運行。  *  具有手動（恒觸發角）、自動（恒勵磁電流、恒勵磁電壓、恒功率因數、恒無功功率）調節勵磁功能，相互切換無擾動。 *  雙通道互為備用工作方式： 根據用戶需要，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）。裝置可設置為自動和手動運行。當設置為自動（閉環）運行時，采用內外雙閉環調節系統。內環為勵磁電流調節環，可提高勵磁系統調節的快速性，在外部擾動時迅速調節勵磁，充分發揮同步電機自身極限同步能力而避免電機失步；外環為功率因數調節環，在電機負載波動或電網電壓波動時維持功率因數恒定運行。 *  故障數據錄波及事故記憶功能（可選）： 記憶故障前4秒，故障后16秒的檢測數據，包括勵磁電流、功率因數、有功功率、無功功率、定子電流、定子電壓、三相交流電壓、脈沖觸發角、頻率及時間等。 按照先進先出的原則記錄20組操作信號、故障信號、保護動作信號發 生的時間。記錄的數據可以用打印機輸出或向上位機傳送。 *  完善的試驗功能： 可以在線修改放大倍數、微分時間常數、慣性時間常數、進行±10％的階躍、滅磁實驗及聯動實驗，所有這些修改及實驗均只需進行按鍵操作即可，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。兩路電源經二極管并聯運行，互為冗余，提高了裝置的可靠性。 *  LD2002全數碼控制無刷同步電動機勵磁系統適用于增安型II類C級T3組爆炸危險場所各種容量、各種不同負載的無刷同步電動機，也可用于普通場所的各類無刷同步電動機。 1.2、可靠性保證 1.2.1、硬件措施 *  采用雙通道，任一通道均滿足強行勵磁在內的功率的要求。 *  選用優質元器件，并經嚴格篩選測試。 *  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 1.2.2、軟件管理 *  結構化程序設計規范。 *  單元測試，功能測試和總聯調。 *  完備的文檔管理。 1.2.3、整機測試 *  絕緣耐壓裝置/抗干擾試驗。 *  連續拷機試驗。 1.3、主要技術指標及功能 1、調節精度(恒勵磁電流)：≤0.5％。 2、調節范圍：5％～130％。 3、調節頻率：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轉換：16路輸入，分辨率16位、14位或12位。 6、A/D 轉換速率：100K/S。 7、移相范圍：10-150度(根據要求而定)。 8、階躍特性(恒勵磁電流)：10％階躍超調量小于20％，振蕩次數小于2次，調整時間小于10秒。 9、電源適應性：電源電壓變化范圍±50％。 10、功率消耗：小于200W。 11、開關量I/O：24路開關量輸入，16路開關量輸出，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（根據現場情況而定）。 定子電流：1相或是3相（根據現場情況而定）。 轉子電流信號。 同步電壓信號：3相。 13、本裝置具有低壓強勵和整步強勵功能。 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，兩路電源并聯運行，互為冗余，提高了裝置的可靠性。 15、旋轉勵磁系統的主要技術參數 1)、旋轉功率模塊 XZL型旋轉整功率模塊： 通態平均電流200A~500A； 斷態重復峰值電壓1600V~2600V；  XQD型旋轉整流功率模塊： 通態平均電流200A~400A； 斷態重復峰值電壓600V~1200V； 2) 、 QR型旋轉起動滅磁電阻 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型旋轉主控制模塊兼具ZTK201型旋轉主控制模塊和ZDY12S型旋轉電源模塊的技術性能。 在實際使用中，由3只XZL型旋轉功率模塊組成三相半控橋式整流電路，1只XQD型旋轉功率模塊和6~8只QR型旋轉起動滅磁電阻組成起動滅磁回路，而控制模塊則可根據旋轉整流盤結構選擇ZTK201型旋轉主控制模塊加ZDY12S型旋轉電源模塊的組合或單一ZTK202型旋轉主控制模塊。