CN1307781C - 触屏式程控同步电机励磁装置及其程控方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种触屏式程控同步电机励磁装置，它能准确判断电机各类失步，并具有不减载自动再整步功能，并具有很强的通讯功能。它设有主回路和控制回路，它是通过不断对电机定子电流、功率因数、励磁电压、励磁电流进行取样分析，与事先设定的参数、运行方式进行比较，通过增减直流励磁电流的方式闭环自动调节，以达到最佳启动和运行效果的一种电气设备。应用于同步电机领域，可供拖动空载、轻载起动的同步电机配套励磁用。

Description

触屏式程控同步电机励磁装置及其程控方法

技术领域

本发明涉及一种励磁装置及其程控方法，应用于同步电机领域，可供拖动空载、轻载起动的同步电机配套励磁用，如球磨机、鼓风机、压缩机、制氧机、水泵等设备，也可供带动冲击性负荷的同步电机励磁用，如轧钢负荷。

背景技术

目前，现有的同步电动机的可控硅励磁装置一般由整流变压器、同步变压器、三相桥式半控整流电路、灭磁电路、同步、移相触发电路、脉冲分配电路、投励控制电路和继电器控制电路组成。该励磁装置采用单套控制插件，控制部分故障时需停机，双套插件时，控制电路复杂故障率高，且只能更换故障插件，不能全部更换整套插件；控制回路采用继电器控制，无通讯功能；负荷变化需手动调节励磁，机组运行在非最好工况且稳定性差；无失步再整步功能，或失步检测环节可靠性差，经常出现拒动或误动。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足之处，提供一种触屏式程控同步电机励磁装置，它能准确判断电机各类失步，并具有不减载自动再整步功能，并具有很强的通讯功能。

本发明的另一目的是提供一种程控方法，该方法以人机对话的方式进行本地或远程直观操作，且操作简单，对数据的分析准确、动作的可靠。

本发明的目的是通过以下措施来实现的：

触屏式程控同步电机励磁装置，它设有主回路和控制回路，主回路包括灭磁电路、整流桥、变压器、接触器主电源开关，所述整流桥为半控或全控整流桥；所述控制回路包括触发器、可编程控制器及触摸屏，可编程控制器设有与励磁系统相连的输入口及输出端口，并通过通讯口与触摸屏及上位机相连，触发器的输入与主回路及可编程控制器相连，其输出与整流桥的可控硅触发极相连。

本发明的另一目的是通过以下措施来实现的：

触屏式程控同步电机励磁装置的程控方法，包括以下步骤：

a、以扫描形式对输入端信号读取并存入存储器；

b、将信号按程序要求进行运算；

c、在输出端口输出控制信号；

上述过程不断高速循环

d、将输入量、输出量和中间量按通讯协议进行通讯。

本发明的工作原理：触屏式程控同步电机励磁装置，它是通过不断对电机定子电流、功率因数、励磁电压、励磁电流进行取样分析，与事先设定的参数、运行方式进行比较，通过增减直流励磁电流的方式闭环自动调节，以达到最佳启动和运行效果的一种电气设备。

本发明相比现有技术具有的优点：

本发明的整流单元采用热管散热器，由于自然散热去除了风扇，既取消了定期检修、更换冷却风扇工作，又做到了明显降底运行噪声的效果。本发明所采用的整流形式有半控桥和全控桥2种，而且2种整流形式可以互换，由用户在任何场合选用，这也是传统的同步电机励磁装置无法做到的。

本发明的触屏式程控同步电机励磁装置分析输出波形、励磁的动作过程、失步再整步、可靠的灭磁等都来自于传统的同步电机励磁装置的基本理论。它的制造成本与售价，与传统的同步电机励磁装置相同仿；所不同的是在外观、操作方式、数据的分析准确性、动作的可靠性方面提高了一大步。本装置自动化程度高，操作简便。

本发明的监控单元以高速、高性能的进口PLC为核心，采用对各组成单元输出的开关量、模拟量、通讯数据实时扫描实现全面监测、发出动作指令和闭环控制，它是整机的控制中心。组成方式可单控制系统和双控制系统，双控制系统实现互为备用，无扰动切换，但成本较高。模块可按不同的要求进行扩展，采用35mm标准卡轨安装和插拔式端子结构。可由用户定义的MODBUS、PROFIBUS、自由通讯三种通讯规约的其中1种通过RS485通讯口与上位机通讯，实现“四遥”(遥控、遥测、遥调、遥信)。PLC程序软件决定了整机的功能。PLC具有良好的抗电磁干扰的功能，平均无故障时间可达30万小时，其运行的可靠性与功能的可塑性是传统的由生产厂自制的励磁控制器不可比拟的。

附图说明

图1为本发明触屏式程控同步电机励磁装置的原理框图。

图2为本发明触屏式程控同步电机励磁装置的电原理图1。

图3为本发明触屏式程控同步电机励磁装置的电原理图2。

图4为本发明计算机系统程序控制流程框图。

图5为本发明计算机系统调用子程序模拟量流程图。

图6为本发明计算机系统调用子程序报警与跳闸流程图。

图7为本发明计算机系统调子程序灭磁控制流程图。

图8为本发明计算机系统用子程序电机启动流程图。

图9为本发明计算机系统调用子程序触发闭环流程图。

图10为本发明计算机系统调用子程序触摸屏流程图。

图11为本发明计算机系统调用子程序通讯流程图。

图12为本发明电机转子回路电流的几种波形。

图13为本发明直流励磁电压几种波形。

图14为本发明触屏式程控同步电机励磁装置的安装示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述：

如图1所示，本发明的触屏式程控同步电机励磁装置，它设有主回路和控制回路，主回路包括灭磁电路、整流桥、变压器、接触器主电源开关，其特征在于所述整流桥为半控或全控整流桥；所述控制回路包括触发器、可编程控制器及触摸屏，可编程控制器设有与励磁系统相连的输入口及输出端口，并通过通讯口与触摸屏及上位机相连，触发器的输入与主回路及可编程控制器相连，其输出与整流桥的可控硅触发极相连。

同步电机的启动必须从电网容量、电动机的特性以及负载机械特性三方面选择。异步启动是在励磁回路串接接励磁绕组电阻值5-8倍的附加电阻而构成闭合电路后，把同步电机的定子直接投入电网，使它按异步电动机启动，当转速达到亚同步(95％同步转速，或称为5％滑差)时，再切除电阻，同时通入适当的励磁电流。

同步电机的启动有定子直接接通电网的全压启动；有定子与电网间先串接一个电感或水阻启动，到转速达到80％-90％时再去除串接的降压启动。

由于同步电机的启动到运行的整个过程都要靠励磁装置去测量与分析，靠励磁装置去驱动外部，并按预先设定的运行方式与参数在电机运行时不断地根据具体工况进行调节。所以励磁装置的性能对同步电机的启动、运行质量关系甚大。

如图2所示，本发明的灭磁电路由可控硅KQ、二极管ZQ及电阻RF组成，并接在电机的励磁回路上，对电机进行可靠的灭磁处理。灭磁控制在电机起动与失步再整步过程中，把可控硅KQ设定为一个二极管(低通)，在运行时把可控硅KQ过压500V才导通(高通)。

当电机在起动或再整步暂态过程的异步驱动阶段，主电路整流桥上的可控硅处于阻断状态，控制电路在转子感应电压的正半波起始阶段，使可控硅KQ及时导通；而在负半波时，通过ZQ；使转子感应交流电流的正、负半波都通过附加电阻RF流通，且正、负半波电流对称，以保证电机具有良好的异步驱动特性。RF的阻值应为5-8倍的U_f/I_f。当电机在起动及失步再整步的暂态过程中，KQJ常闭触点闭合，保证起动可控硅在转子感应电压的正半波起始阶段便导通；只有在满足投励条件时，KQJ方动作，在投励后的正常运行过程中，KQJ继电器一直吸合，使KQ可控硅仅在过电压情况下，才能导通，正常运行过程中，不易误导通。

如图2所示，本发明的快速熔断器由1FUA～3FUA组成，串接在变压器的二次输出端。

图2中本发明采用半控整流桥，包括二极管2GZ、6GZ、4GZ，可控硅1KGZ、3KGZ、5KGZ。整流主控回路用移相触发的方式改变输出直流电源的电压。由于输出电流一般要达到200A以上，故需用散热器进行散热，本装置采用热管散热器，由于它本身良好的自然冷却效果，省去了冷却风扇，可以起到降低运行噪声和免维护的效果。

图2中主回路还包括过电压保护电路，采用SPD吸能型过压保护器，以三相角形接法连接于变压器的二次输出端。以变压器的额定容量和2倍的变压器二次电压配置，取代了传统方式的阻容吸收，使正常运行时本身的功耗只须0.2W；但过压吸收残压比却小于1.45K。既提高了过电压吸收效果，又简洁了装置内元件的布置。

如图2所示，本发明的触发器为微机可控硅触发单元(其型号为USAFCB-6+RCB-1)，也可称鲍宁触发器，其设有可与全控或半控整流桥相连的六相输出及过电流保护电位器，使用六相输出时为全控桥整流，使用三相输出时为半控桥，可根据用户的需要设定或更换。鲍宁触发器的过电流保护电位器与励磁装置和电机系统的模拟量与开关量关连。

如图2、图3所示，本发明的控制回路主要包括触发器、PLC可编程控制器(简称PLC)、触摸屏，以变送器、表计、开关触点等在系统的各个部位向PLC传送数据，供PLC控制，由此构成一个计算机控制系统。PLC可编程控制器设有手动控制部分，如联系指示灯HL5、联系按钮2SB、开车闭锁SA等。控制回路对输入电源设有缺相保护，其取样、PLC电源、驱动电源分别取至不同的相序，当出现缺相时，可直接或延迟动作于跳闸停机。同步电机主开关QF合闸后，其合闸开关信号输入PLC后，PLC输出驱动合闸位置继电器KCP动作，将合闸信号送经控制器，同时励磁接触器KME吸合。当控制器检测到电机出现失步，励磁装置出现KQ可控硅误导通、失控或由控制器后备保护动作时，将立即驱动故障处理系统和信号回路。更换/运行开关的开车闭锁接点必须串入断路器合闸回路，只有打在“运行”位置时，主机断路器方能合闸。PLC对转子直流励磁的闭环调节是根据鲍宁可控硅触发器的特点来进行的，触发器本身具有电压、电流取样与闭环调节的功能，并有1个0-5V模拟输入设定口，只要改变输入的电压，就可使可控硅触发角产生对应的相移，使输出稳压或恒流设定值发生变化。运行时PLC先读取触摸屏上设定的工作方式(如恒电压运行、恒电流运行、恒功率因数运行等)，再选取对应的传感器，把对应的设定参数值与对应的传感器输入值*修正系数进行比较，在模拟量输出口输出调整电压，采用高速加1或减1再比较再调整的方式，实现系统闭环调节。

由美国鲍宁公司的BONNIN FCB-6触发板与RCB-1电压、电流调节板组合成一体成为触发器，触发器的工作特点：6脉冲强触发功能、相位自适应、相位丢失禁止保护、可用于正反控制可逆系统、电流环节或电压环节闭环调节、闭环响应时间在2毫秒以内、过电流限止、起动软停止、免调试、安装极为方便。该触发器适应各类大功率可控硅并用大规模集成电路组成的数字触发系统。0-5V的模拟量输入，可以控制输出脉冲从0°～172°范围内相移。并且无需同步变压器，自适应相位。

如图3所示，本发明的可编程控制器PLC是装置信号处理的核心，采用西门子S7-200系列CPU226加扩展模块的可编程控制器，控制器存储有控制程序，为一计算机控制系统。PLC对同步电机的转速测量是根据同步电机在异步启动或失步时，在转子上会产生不衰减的感应交变电压，它的频率与电机失步转速呈线性关系，最大为50HZ，最小即电机同步旋转时为0这一原理来进行分析处理的。可编程控制器包括CPU中央处理器、模拟量扩展模块，设有开关量与模拟量输入端口、继电器输出端口及通讯端口。

PLC可编程控制器包括CPU中央处理器(CPU226)、两个模拟量扩展模块EM235及开关量与模拟量输入输出端口、继电器输出端口、通讯端口。主模块CPU226有3个与外部通讯口；1个供PLC模块扩展用，如两个扩展模块EM235，1个与触摸屏通讯，最后1个供编程或上位机通讯。两个与上位机通讯可用专用的PLC通讯扩展模块或在编程端口写入专用的通讯程序就可按用户指定规约进行。

PLC作为程控和通讯单元，它以电量变送、触摸屏设置的参数与运行方式，各部输入输出的开关信号为依据，按各用户要求而编制的程序控制装置上的接触器、继电器、触摸屏、BLK励磁控制器等以及外部器件协调动作；监视各部器件的工作、性能等状态，并按要求将装置的各部现时状态与运行数据发送到上位机或集总控制保护屏进行远程通讯。为了满足不同用户的需求，装置把各主要器件的支作情况如电源总开关、变压器交流接触器、开机闭锁、跳闸信号、各部故障信号等以无源接点形式输出以供选用。

图2中本发明主要采用6个变送器：电源电压变送器UBC，用以反应交流电压输入情况；定子电流变送器DZA，用以反应电机的定子电流变化情况，作为降压起动的设定依据之一；励磁取样变送器UFC，用以供波形分析；励磁电压变送器LCV，用以反应励磁电压变化情况；励磁电流变送器LCA，用以反应励磁电流变化情况；功率因数变送器，用以反应功率因数变化情况。后三者是作为运行方式的闭环依据(恒电压、恒电流、恒功率因数)。变送器的输出送入PLC可编程控制器的输入端，输入以串并联的形式连接到励系统的各部位。

本发明还设有多个开关触点：1、降压启动信号1DL，由降压启动装置启动时输出，供检测10％滑差用；2、全压启动信号2DL，由降压器件切除后输出，供检测5％滑差用。二者分别作为允许全压信号和装置投励的依据。3、跳闸信号TCJ，其输出接点并接在高压跳闸的控制两端；4、允许全压信号YXJ，其输出接点并接在定子全压动作控制接点。

本发明还使用一些测量表计，如测量励磁输出电压与可控硅KQ导通情况的励磁电压表V，并接在可控硅KQ的两端；测量励磁输出电流参数的励磁电流表DCA，通过分流器SHZ串接在励磁电流回路；测量定子CT输出的电流的定子电压表ACA，串接在定子CT回路(CT为电流互感器)；测量系统的功率因数参数的功率因数表COS，COSA的电流测量点串接在定子CT了B相，COSB的电压测量点分别连接在定子PT的A、C向。励磁系统的运行参数包括定子电流测量、定子电压测量、电源电压测量、励磁电压测量、励磁电流测量、系统功率因数测量、感应与输出波形测量与其他开关量分合状态测量，用变送器、表计、开关触点的方式在系统的各个部位向PLC可编程控制器传送数据，供PLC控制。

电机在异步状态下转子回路电压U_f信号压幅度可达开路电压2000V左右，只要衰减、限幅后就可送入PLC高速计数输入，测出输入脉冲2前沿的时间，经过防干扰识别即可计算出同步电机的即时滑差。然后驱动相应的输出接点，对外部进行处理。

如电机先降压启动，到滑差为10％(即90％额定转速)时，输出允许投全压信号；在接收全压投入信号后，到滑差为5％(即95％额定转速)时，输出投励信号，使励磁装置送出顺极性1-1.3倍正常运行值的直流强励电流到电机转子，进入同步运行后自动调节到正常运行值；如在运行发现2次及以上滑差大于5％时，实行失步再整步即类似重新开机程序使电机强迫进入同步等等，都是按上述原理来进行的。

触摸屏可直接读取PLC内定义的所有地址，向用户免费开放的组态软件编著各画面。读取的PLC开关量，可表示为动态的器件，1个点可表示为2种动作状态，2点可表示为4点，以此类推；巧妙取用各开关量，灵活采用与绘制各图形就可以在显示屏上出现最多256幅内容丰富的动态画面。电机运行靠整个系统，主要有水压、油压、轴承温度、降压启动信号、全压启动信号、电源PT与CT信号、定子电流、励磁电压、励磁电流、功率因数、防冲击信号等模拟量与开关量信号输入；通过PLC与设定的参数或动作条件相比较，作为判断系统的工作现状是否正常、动作与调节和触摸屏做动态显示的依据。模拟量采用4-20mA，开关量采用无源触点形式。考虑到各家用户的具体工况与要求，PLC设定的参数与动作时间条件在触摸屏上通过密码输入后可以修改。

本发明励磁装置的程控方法，包括以下步骤：

1、以扫描的形式对输入端口信号读取并存入存储器。

2、将信号按程序要求进行运算。

3、在输出端口输出控制信号；

上述过程不断高速循环，

4、将输入量、输出量和中间量按特定的通讯协议进行通讯，用人机对话的方式进行本地或远程直观操作。

还包括以下步骤：

将欲执行任务的控制程序存入系统的存储器内，设定通讯地址。

对模拟量赋上运算系数，开关量设定初期状态，确定读取一种模拟量为励磁闭环基准。

输入电机进入同步后的正常运行状态下励磁电压与电流的波形信息，作为判别运行状态的基准。

从各输入模拟量与开关量来判断励磁故障的种类、范围与器件，相应作出声光报警、出口动作、历史记录。

执行任务时，先读取设定的运行模式，再选取对应的传感器，把对应的设定参数值与对应的传感器输入值*修正系数进行比较，在模拟量输出口输出调整电压，采用高速加1或减1再比较再调整的方式，实现闭环调节。

如图4所示，本发明计算机系统程序控制流程图如下：

开始主程序—各部参数赋值设定闭环运行方式—调用子程序模拟量—调用子程序报警与跳闸—调用子程序灭磁控制—调用子程序电机启动—调用子程序触发闭环—调用子程序触摸屏—调用子程序通讯—结束主程序。即：

1、对模拟量赋上运算系数，开关量设定初期状态。确定读取一种模拟量为励磁闭环基准。

2、对传感器输入的模拟量进行修正，以保证运算与显示精度。

3、从各输入模拟量与开关量来判定励磁故障的种类、范围与器件，相应作出声光报警、出口动作、历史记录。

4、分级整定灭磁可控硅的导通电压，保证开机、再整步与停机时≤10V、运行时≈500V。并送出可控硅导通与关断信号。

5、从转子感应、母线测量的电压与电流波形确定电机的状态与系统时序动作命令，并送出电机状态信号。

6、送出0-5V触发板移相控制设定信号，使相对应的传感器模拟输入量与设定的参数通过比较-调整-比较…达到保持一致。

7、设定触摸屏在励磁领域的特定功能。

8、按用规范的通讯规约，设定校验、中断以及各模拟量、开关量、中间变量的地址。

如图5所示，程序自动进入子程序模块，然后对模拟量的输入进行比例系数修正、对模拟量的输入进行校0处理，二者修正参数来自触摸屏和PLC的原始设定，结束此程序，进入下一个子程序。

如图6所示，程序自动进入程序报警与跳闸，判断是否报警试验，

如果是，输出故障信号，进一步判断是否需跳闸，若是，装置故障跳闸输出TCJ动作此子程序结束；若不是，此子程序结束。

如果不是，检测PLC各输入点与设定点比较，再进一步判断：各部正常吗？若是，此程序结束；若不是，输出故障信号，再进一步判断：需输出TCJ吗？是，则故障跳闸输出TCJ动作，子程序结束；不是，此子程序结束。

如图7所示，自动进入程序灭磁控制，置继电器LZJ为0，KQJ为1，判断：继电器TLJ、RFJ是否为1？如果是，结束此子程序。如果不是，进一步判断：连续计时3秒钟，励磁电压是否大于10V？是，LZJ置1，KQJ置0，结束子程序；不是，结束此子程序。

如图8所示，开始子程序电机启动，停励继电器TLJ置为1，判断：降压启动继电器JYJ是否为1(进入降压启动吗)？

如果是，判断：是否50S内进入10％滑差？若是，进入干扰识别判断，是干扰，回到10％滑差判断；不是干扰，允许全压继电器YXJ为1。若不是，50S后，允许全压继电器YXJ为1，进入QYJ判断。

如果不是，直接进入全压继电器QYJ判断。

再进行判断：全压继电器是否为1？

如果不是，结束此子程序。

如果是，接触器KKM置为1(吸合)，然后判断电机是否8S内进入5％滑差？若是，进入干扰识别判断：是干扰吗？是，回到8S，5％滑差判断；不是，进行顺极性投励，即：Uf脉冲为0时，停励继电器TLJ置为0。若不是，8S后进行顺极性投励。

Uf脉冲为0时，停励继电器TLJ置为0后，判断：励磁电流是否大于

30％额定值？如果是投励成功，结束此子程序；如果不是，进入延迟5S再发出投励失败信号，结束此子程序。

如图9所示，自动进入子程序触发闭环，判断：有没有接到TLJ继电器1到0的后沿？

如果是，输出到鲍宁板输入端口电压，使励磁电流为额定的1.4倍，并保持1秒钟，进入下一步判断。

如果不是，直接进入下一步判断。

下一步判断为：把闭环的模拟量的设定值减去测量值，再比较：如果＞2，在输出BNTY点上加1，返回至上面判断；如果＜-2，在输出点BNTY点上减1，返回至上面判断。如果≥-2或者≤2，结束此子程序。

如图10所示，自动进入程序触摸屏，开机画面进入设定，设定时打印时间，设定历史事件的保存数量，结束子程序。

如图11所示，自动进入子程序通讯，设定各需要通讯的输入、输出、中间变量的地址，确定通讯的内容、含义，相互传送信息内容，结束此子程序。

本发明的工作过程如下：

三相380V交流电经主电源断路器QFA，流经交流接触器KME，送入变压器TU，经变压器变压和隔离后，通过快速熔断器1FUA～3FUA送入三相整流桥，经调压后送入电机励磁回路。

同步电路采用三相同步信号绝对触发方式。同步变压器输出同步信号U_AT、U_BT、U_CT，通过RC滤波电路，经电压比较器过零比较，变成方波，分别通过光耦隔离，输入电脑系统。通过改变移相角，可实现触发脉冲所需范围的控制。移相角由励磁装置内部同步电机综合控制器通过PLC及触摸屏(或通过上位机)设定各种运行方式励磁参数的上限值、运行值、下限值，励磁电压参数的由综合控制器中的8位开关KC、KD、KE设定。改变MC灭磁回路单元上的电位器R3的大小，即可调节KQ可控硅过电压的开通值，调节控制8位开关KA，可选定所需滑差，调节控制器内8位开关KB可选定所需时间。在满足投励条件时，按设定值发脉冲，投强励1秒钟，然后移至运行值处。此时若需改变运行值，可通过面板按键任意需设定需要实时运行值即可。当采用面板按键调整实时运行值时，由于受到上、下限值的限位，避免了出现励磁电压过高或过低的可能。由于设定与调整输出励磁参数采用全数字化电脑控制，消除了原电位器调节输出所出现的励磁不稳，电位器老化等弊端。

根据电机轻载或重载起、全压或降压起动，以及满足失步再整步的要求，投励环节采用“准角强励整步”的原则设计。在满足整步的条件下(电机进入临界滑差，即原来所谓的“亚同步”)，程控系统自动选择最佳投励角投励。对电机滑差大小的检测，是根据转子回路内测取的转子电压，经采样后取得UF，通过变换整形，变成方波，经过光耦隔离，输入程控系统。对于某些转速较低，凸极转矩较强的电机，空载起动时，往往在沿未投励的情况下，自动进入同步。此时，将依靠凸极性投励回路，在电机进入同步后的1-2秒钟内自动投励。投励时，装置先按强励设定值投励运行1-2秒种，然后，自动恢复到正常励磁设定值运行。

 对同步电机的失步保护，其基本原理是利用同步电机失步时，其转子回路产生不衰减交变电流分量的特征。如图12所示，电机转子回路电流的几种波形，图12中(a)、(b)是带励失步时，转子回路电流波形，(c)是失励失步时，转子回路电流波形，(d)是同步振荡，电机未失步时，转子回路电流波形。从同步电机失步时转子回路的几种典型波形，其共同特点有会在其转子回路产生不衰减交变电流分量的特征，用串接在转子励磁回路的分流器采样转子回路交变电流信号，并根据采样信号波形特征通过计算机系统进行计数及脉宽分析，快速、准确判断电机是否失步。对于各类失步，不管其滑差大小，装置均能准确动作。根据具体情况，动作于跳闸。而电机未失步，则不管其振荡多大，装置均不误动作。当电机投励后进入正常运行时，判断电机是否失步的检测系统便自动投入。装置对用作失步保护的分流器大小，要求与电机额定励磁电流相匹配，见表1。

              表1

电机额定励磁电流(A)	60-100	100-150	150-200	200-300	300-400	400-500
							分流器规格(A/Mv)	100/75	150/75	200/75	300/75	400/75	500/75

正常运行中的同步电机，经装置检测，判断，确认已失步后，立即动作于灭磁—异步驱动—带载再整步。

程控励磁屏的灭磁环节是采用断磁续流灭磁，即电机失步后，立即停发触发脉冲，励磁控制继电器LCJ吸合，断开励磁接触器控制回路及励磁主回路。待整流主桥路可控硅关断后，LCJ释放，电机进入异步驱动状态。电机一旦失步进入异步运行，必须改善电机的异步驱动特性。在电机处于异步运行状态情况下，装置自动使KQ可控硅在很低电压下便开通，以改善电机的异步驱动特性。由于合理选配灭磁电阻RF，使电机异步驱动特性得到改善，电机转速将上升，待进入临界滑差后，装置自动控制励磁系统，按准角强励对电机实施整步，使电机恢复到同步状态。

当供电系统出现“自动重合闸”、“备用电源自切”或“人工切换电源”时，将出现电能输入送渠道的短暂中断。为了防止电源恢复瞬间可能造成的“非同期冲击”，检测到上述状况后，给本装置输入一个接点FCJ。程控系统接收到FCJ接点信号后，将同样动作于灭磁—异步驱动—再整步。

同步电机或励磁装置出现故障，如再整步不成功、电机启动后或失步后长时间不投励、电机在投励后拉不进同步、电机启动后长时间达不到临界滑差(即亚同步)、励磁装置存在直接影响电机正常运行的永久性故障(如熔断器、可控硅、二极管、整流变压器损坏)时，后备保护动作跳闸后，显示屏上留有“报警”、“电机断相或失控”等汉字指示信号并记录跳闸的时间便于分析。

为避免MC灭磁回路中KQ可控硅因为电压设定值太低或开通后关不断，造成灭磁电阻RF长时间通电而过热。装置内设有KQ误导通检测装置，若KQ未导通，在KQ与RF回路，直流励磁电压全部降落在KQ上，在灭磁电阻RF二端无电压，灭磁电阻RF处于冷态。一旦出现KQ导通后，直流电压降落在灭磁电阻上，装置内继电器RFJ线圈得电吸合，其接点信号通过变换、光隔输入电脑系统，电脑接收到KQ导通信号后，对于因过电压引起的导通，电脑系统指令其过电压消失后自动关断；对因电压设定值太低造成的KQ误导通、或导通后关不断，电脑指令控制报警继电器BXJ闭合，通过其接点接通报警回路，发出声光信号，并在显示屏上留有“报警”、“灭磁回路误导通”汉字指示信号并记录时间，提请操作人员检查。

正常运行中，三相可控硅具有自动平衡系统，不须任何调试。三相可控硅导通角一致。由于外部因素，如触发脉冲回路断线或接触不良，造成脉冲丢失，控制回路同步电源缺相或消失，主回路元件损坏(如熔断器熔断)造成主回路三相不平衡、缺相运行，但未造成电机失步(若失步，则由失步再整步回路或后备保护环节处理)，装置能及时检测到，若10秒钟后故障仍未消除，装置就控制报警继电器BXJ闭合，通过其接点，接通报警回路，发出声光信号，并在显示屏上给出“报警”、“缺相或失控”汉字指示信号并记录时间。

失控或缺相报警，其基本原理是利用电机进入同步后的正常状态下，直流励磁电压波形为图13中(1)、(2)所示波形，但若出现图13中(c)或(d)波形时，说明励磁装置在“缺相”或“失控”状态下运行。装置从直流励磁正、负母线上测取直流电压波形，经灭磁单元内R7、R8、R9、R10、DZ1、DZ2回路变换成UF，经变换、整形，通过光耦隔离后输入程控(电脑)系统，电脑能自动进行检测、分析，从而作出正确判断。

装置具有完善的信号指示系统，现分述如下：

(1)程控电路通电后，面板的显示屏上出现初始画面后再进入运行主画面，表示电脑系统工作正常。

(2)当控制器检测到电机出现“失步”，励磁装置出现“KQ可迭硅误导通”，“失控”、或由控制器“后备保护环节”动作于电机跳闸时，主画面下部将分别给出移动的汉字指示条。按报警复位键后，如果故障没有消除，报警指示条将重复显现。但报警间响自行解除。

(3)装置还设有无源信号触点输出，如交流输入信号、快熔熔断、投励成功、接触器状态等供选用。

控制回路采用可编程控制器PLC智能化控制，并具有强劲的通讯功能，线路简洁，可靠性高。控制回路对输入电源设有缺相保护，其取样PLC电源、驱动电源分别取自不同的相序，当出现缺相时，可直接或延迟动作于跳闸停机。同步电机主开关QF合闸后，其合闸开关信号输入PLC后，PLC输出驱动合闸位置继电器KCP动作，将合闸信号送给控制器，同时励磁接触器KME吸合。当控制器检测到电机出现失步，励磁装置出KQ可控硅误导通、失控或由控制器后备器保护动作时，将立即驱动故障处理系统和信号回路。更换/运行开关的开车闭锁接点必须串入断路器合闸回路，只有打在“运行”位置时，主机断路器方能合闸。

数据的整定：

1、灭磁电阻RF的整定，通过用户提供的电机参数，选定灭磁电阻RF的大小。

2、灭磁环节整定，KQ可控硅电压开通值的设定是按式K·(Ue-100)计算确定，式中Ue表示KQ可控硅及主回路元件中最低额定值，K取0.8～0.9。改变MC灭磁回路单元上的电位器R3的大小，即可调节KQ可控硅过电压的开通值。

3、投励环节整定

(1)滑差整定：通过调节控制器内KA(8位开关)，可选定所需滑差，每位开关所对的滑差见表2。

                 表2

开关位置	1	2	3	4	5	6	7	8
									滑差S	9％	8％	7％	6％	5％	4％	3％	2％

(2)计时投励整定：通过调节控制器KB(8位开关)，可选定所需时间，每位开关所对时间见表3。

                  表3

开关位置	1	2	3	4	5	6	7	8
									时间(秒)	2	4	6	8	10	12	14	计时投入

注：当第8位在ON合的位置，则表示计时设励功能投入；第8位在OFF断开位置，则表示计时设励功能退出运行。

3、触摸屏上数据的整定：整定数据范围不能超过控制器的整定范围，否则运行时将出现“控制器故障”的报警信号。

PLC控制系统根据用户设定的运行方式选择对应的传感器，根据用户设定的数值，同对应的传感器输出的数据进行比较、调整输出电压值以达到闭环运行的效果。同时把各部的传感器输出的信号进行数字化处理，精确地在显示屏上显示，并巡检各部输入的动作触点信号，作为动态模拟图、判断各部器件功能正常与否的依据。

Claims (8)

1、一种触屏式程控同步电机励磁装置，它设有主回路和控制回路，主回路包括灭磁电路、整流桥、变压器、接触器主电源开关，其特征在于所述整流桥为半控或全控整流桥；所述控制回路包括触发器、可编程控制器、变送器及触摸屏，可编程控制器设有与励磁系统相连的输入口及输出端口，并通过通讯口与触摸屏及上位机相连，触发器的输入与主回路及可编程控制器相连，其输出与整流桥的可控硅触发极相连；其中，可编程控制器由中央处理器PLC1和模拟量扩展模块PLC2、PLC3构成，PLC1的RS485一个通讯口与触摸屏对应通讯口相连，另一通讯口与上位机通讯口相连，PLC1的扩展端口与PLC2的通讯端口相连，PLC2的通讯端口与PLC3的通讯端口相连，PLC1的输入端0.0-2.7接主回路的各动作控制信号，PLC1的输出端0.0-1.6接被控设备的对应控制端，PLC2、PLC3的输入端接六个变送器的对应输出端UBC、D2A、VF、LCV、LCA、COS，PLC2的输出端BNTY接触发器BN的控制端TY。

2、根据权利要求1所述的触屏式程控同步电机励磁装置，其特征在于所述整流桥采用热管散热器。

3、根据权利要求1所述的触屏式程控同步电机励磁装置，其特征在于触发器为微机可控硅触发单元，其设有可与全控或半控整流桥相连的六相输出及过电流保护电位器，过电流保护电位器与励磁装置和电机系统的模拟量与开关量关连。

4、根据权利要求1、2或3所述的触屏式程控同步电机励磁装置，其特征在于所述主回路还包括过电压保护电路。

5、权利要求1所述励磁装置的程控方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步、对模拟量赋上运算系数，开关量设定初期状态，确定读取一种模拟量为励磁闭环基准；

第二步、对传感器输入的模拟量进行修正，以保证运算与显示精度；

第三步、从各输入模拟量与开关量来判定励磁故障的种类、范围与器件，相应作出声光报警、出口动作、历史记录；

第四步、分级整定灭磁可控硅的导通电压，保证开机、再整步与停机时导通电压≤10V、运行时导通电压≈500V，并送出可控硅导通与关断信号；

第五步、从转子感应、母线测量的电压与电流波形确定电机的状态与系统时序动作命令，并送出电机状态信号；

第六步、送出0-5V触发板移相控制设定信号，使相对应的传感器模拟输入量与设定的参数通过比较-调整-比较…达到保持一致；

第七步、设定触摸屏在励磁领域的特定功能；

第八步、按用规范的通讯规约，设定校验、中断以及各模拟量、开关量、中间变量的地址；

其中，PLC的工作方式为：

a、以扫描形式对输入端信号读取并存入存储器；

b、将信号按程序要求进行运算；

c、在输出端口输出控制信号；

上述过程不断高速循环

d、将输入量、输出量和中间量按通讯协议进行通讯。

6、根据权利要求5所述励磁装置的程控方法，其特征在于还包括以下步骤：

将欲执行任务的控制程序存入系统的存储器内，设定通讯地址。

7、根据权利要求5所述励磁装置的程控方法，其特征在于还包括以下步骤：

输入电机进入同步后的正常运行状态下励磁电压与电流的波形信息，作为判别运行状态的基准。

8、根据权利要求5所述励磁装置的程控方法，其特征在于还包括以下步骤：

执行任务时，先读取设定的运行模式，再选取对应的传感器，把对应的设定参数值与对应的传感器输入值乘以修正系数进行比较，在模拟量输出口输出调整电压，采用高速加1或减1再比较再调整的方式，实现闭环调节。

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