CN201204560Y - 同步电机微机励磁控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种同步电机微机励磁控制器，包括主电路和控制电路，用于对同步电动机在启动及运行过程中的控制及保护，其特征在于：三相交流电源的同步输入信号与隔离器的输入端连接，隔离器的信号输出端与微处理器的信号输入端连接，微处理器的电源输入端与变压器的直流输出端连接，微处理器的各信号输出端分别与输出驱动装置、灭磁系统、恒磁跟踪系统、失步采样系统的信号输入端连接。本实用新型采用微处理器+软件作为控制系统，不用电位器作调整，控制更加精确、稳定、可靠，适应性更强；本实用新型使同步电机的启动及运行过程更加安全、平稳。

Description

同步电机微机励磁控制器

技术领域

本实用新型涉及一种同步电机励磁控制器，尤其涉及一种采用软、硬件相结合的方式来实现精确控制目的的同步电机微机励磁控制器，属于同步电机励磁控制器的生产领域。

背景技术

同步电动机是各工业行业应用比较广泛的动力设备之一，它运转的连续性和可靠性直接影响工厂的生产。而同步电动机励磁部分性能的好坏，将直接影响同步电机的安全运行，如果保护措施不完善，轻者停机造成工艺流程的中断，重者则会造成电机的永久性损坏及其它更严重的后果，严重影响生产的正常进行。

同步电机的励磁线圈由同步电机励磁控制器来控制，所以同步电机励磁控制器的好坏在很大程度上决定了同步电机的性能及其应用效果，是以同步电机为动力设备的生产行业的重要设备之一。

目前，在各工矿企业中，普遍采用全硬件化的励磁柜作为同步电机励磁控制器，如我国普遍采用的KGLF系列励磁柜等。这种励磁柜的缺陷较多，比如：采用电位器作为调整电流、电压的元件，其控制的连续性、稳定性和可靠性都较差，而且所需元件数量多、结构复杂，占用体积大；采用变压器隔离取同步信号，体积大、成本高，抗干扰能力不够强；应用于往返式压缩机上的同步电机在运行时，因作功时励磁电压、电流较大而不作功时励磁电压、电流较小，所以励磁电压、电流的波动较大，其采样难度大、精确度低；采用触点式开关器件灭磁，其灭磁性能较差，可能因延迟灭磁时间而造成安全事故。除了上述问题，现有的传统励磁柜都还有较多缺陷，在此不一一列举，总之，现有的传统励磁柜已很难适应现代化的工业生产。

发明内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种全新的同步电机微机励磁控制器，这种励磁控制器采用软、硬件相结合的方式，可以实现体积小型化、控制精确化、性能稳定化的理想目标。

为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

本实用新型包括主电路和控制电路，其控制电路的同步输入端与三相交流电源对应连接，控制电路的信号输出端与同步电动机励磁线圈的电源接触器的信号输入端连接，用于对同步电动机在启动及运行过程中的控制及保护，其创新之处在于：三相交流电源的同步输入信号与隔离器的输入端连接，隔离器的信号输出端与微处理器的信号输入端连接，微处理器的电源输入端与变压器的直流输出端连接，微处理器的各信号输出端分别与输出驱动装置、灭磁系统、恒磁跟踪系统、失步采样系统的信号输入端连接。

本实用新型采用微处理器+软件作为控制系统，不用电位器作调整，控制更加精确、稳定、可靠，适应性更强，同时用软件替代以前产品中的大量元器件，既使整个产品显得简单、明了，节省了大量体积，又能避免元器件过多造成的高故障率及不易更改性；而软、硬件结合的灭磁系统和恒磁跟踪系统的使用，使同步电机的启动及运行过程更加安全、平稳，其采样也更加精确。

本实用新型中隔离器的具体优选技术方案是，与微处理器的信号输入端连接的隔离器为光耦隔离器；微处理器的各信号输出端与光耦隔离器连接后再分别与输出驱动装置、灭磁系统、恒磁跟踪系统、失步采样系统的信号输入端连接。所述光耦隔离器为：三个光耦合器的信号输入端的火线接头分别与电阻R和二极管D串联连接后再分别与三相输入电源的火线连接，三个光耦合器的信号输入端的零线接头均与三相输入信号的零线并联连接。上述光耦隔离器的体积小、成本低、安装方便；大阻值电阻R使光耦隔离器的抗干扰能力增强，隔离效果好。

本实用新型的主电路采用无续流二极管的三相半控桥式整流电路，并与灭磁系统相连，保证电机的正常启动。

所述恒磁跟踪系统所采用的方法为：将采样周期的时间设定为同步压缩机往返转速周期时间的整倍数；根据采样周期内的频率数，不断调整可控硅的导通角，跟踪调整采样周期内的频率数。这种方法使采样的准确度大大提高，明显增强了恒磁效果。

本实用新型的有益效果在于：

综上所述，本实用新型具有如下优点：采用软、硬件控制，其控制的连续性、稳定性和可靠性高，避免了用电位器作为调整电流、电压的元件所导致的元件数量多、结构复杂、占用体积大的缺点；采用光耦隔离器隔离取同步信号，体积小、成本低，抗干扰能力强；恒磁跟踪系统采样的精确度高，恒磁效果好，电机运行稳定、可靠；采用非触点式开关器件灭磁，其灭磁性能好、反应灵敏，不会因延迟灭磁时间而造成安全事故；总的来说，本实用新型具有良好的稳定性，控制功能强，调试简单，维护方便，体积小，寿命长，有利于推动同步电机应用行业的稳定、快速发展。

附图说明

图1是本实用新型在应用中的电路结构示意图；

图2是本实用新型中光耦隔离器的电路结构示意图；

图3是本实用新型柜体的主视结构示意图；

图4是本实用新型柜体去掉前门后的主视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步具体说明：

如图3所示，本实用新型的柜体前面板上主要设置有各种指示灯、表及控制按钮和开关，使整个设备的运行情况一目了然，控制也非常方便。其中，1为功率因数表，用于指示电网的功率因数；2为交流电流表，用于指示同步电机的定子电流；3为直流电压表，用于指示励磁电压；4为直流电流表，用于指示励磁电流；5为主令开关，是用于控制电源的开关；6为转换开关，用于使本发明至于三种不同工作状态：调试、停机和允许运行；7为开车按钮，用于启动电机；8为开车指示灯，用于指示电机开启状态；9为分闸指示灯，用于指示主回路分闸状态；10为合闸指示灯，用于指示主回路合闸状态；11为运行指示灯，用于指示电机运行状态；12为故障指示灯，用于指示故障信息。

如图4所示，本实用新型的柜体内安装有各电器部件，其中，13为风机，用于对柜体元器件强迫风冷，保护各元器件；14为功率单元，为装置主回路，安装有晶闸管4只，二极管4只，备用晶闸管1只，散热器一个；15为整流变压器，用于降压及隔离；16为安装板，在其上安装有空气开关QM，接触器KM，电铃及功率因素变换器；17为微处理器(即微机控制器CPU)，用于通过软件实现对脉冲、投励、灭磁、失步、缺相、欠流、过流的控制及处理；18为放电电阻，是灭磁放电用的限流电阻。

本实用新型的重点在于电路方面的创新，如图1所示，图中虚线框内为本实用新型的控制电路结构示意图，其电源输入端与三相交流电源连接，其信号输出端与同步电动机励磁线圈的电源接触器的信号输入端连接，用于对同步电动机在启动及运行过程中的控制及保护，三相交流电源的同步输入信号与光耦隔离器的输入端连接，光耦隔离器的信号输出端与微处理器的信号输入端连接，微处理器的电源输入端与变压器的直流输出端连接，微处理器的各信号输出端与光耦隔离器连接后再分别与输出驱动装置、灭磁系统、恒磁跟踪系统、失步采样系统的信号输入端连接。

如图1和图2所示，具体而言，所述光耦隔离器为：三个光耦合器的信号输入端的火线接头分别与电阻R和二极管D串联连接后再分别与同步输入信号的火线连接，三个光耦合器的信号输入端的零线接头均与同步输入信号的零线连接。上述光耦隔离器的体积小、成本低、安装方便；大阻值电阻R使光耦隔离器的抗干扰能力增强，隔离效果好。

如图1所示，本实用新型的主电路采用无续流二极管的三相半控桥式整流电路，并与灭磁系统相连，保证电机的正常启动。

针对同步压缩机，本实用新型所述恒磁跟踪系统所采用的方法为：将采样周期的时间设定为同步压缩机往返转速周期时间的整倍数；根据采样周期内的频率数，不断调整可控硅的导通角，跟踪调整采样周期内的频率数。这种方法使采样的准确度大大提高，明显增强了恒磁效果。

本实用新型采用微处理器+软件作为控制系统，不用电位器作调整，控制更加精确、稳定、可靠，适应性更强，同时用软件替代以前产品中的大量元器件，既使整个产品显得简单、明了，节省了大量体积，又能避免元器件过多造成的高故障率及不易更改性；而软、硬件结合的灭磁系统和恒磁跟踪系统的使用，使同步电机的启动及运行过程更加安全、平稳，其采样也更加精确。

下面再结合附图对本实用新型的启动工作原理及微机控制原理作进一步说明，以证明本实用新型的可操作性：

如图1所示，当同步电机启动时，灭磁环节首先工作，使转子感应交变电流，两半波都通过放电电阻RF，保证电机的正常启动，启动过程中整流主电路晶闸管无脉冲，处于阻断状态。当电机启动至亚同步速度时(转子滑差为0.05)或定时时间到微机自动发出投励信号，使触发脉冲加到主回路晶闸管VT1——VT3上，装置立即向电机投入励磁电流，将同步电机拖入同步运行，同时灭磁结束。

结合图1和图4，微处理器的主芯片采用工业控制芯片。输入采样、输出驱动信号都经过光耦隔离器进行隔离，增强了整机的抗干扰性。下面分述各主要控制原理：

(1)同步移相原理：同步信号通过A1、B1、C1交流电源，经电阻限流，光耦隔离变换而取得。微机根据不同参数的设置情况进行移相，经光耦隔离、达林顿管驱动及脉冲变压器的再次隔离变换，分别输出三相脉冲触发信号直接触发三只整流可控硅。移相参数由K1确定(0——180°，共分为6档)，一当K1确定，相移的上、下限参数就确定了，微机将把K1对应的相移角度减小15％(控制角变小)作为上限参数，把K1对应的相移角度增大15％作为下限参数。上、下限的确定，是为了避免调节时出现励磁电压过高或过低的可能。通过调节面板上的“上升”和“下降”键，可以改变移相角度的大小，即励磁电压的大小，因设置了上、下限参数，所以励磁电压的调节只能在一定范围。当K1不打上时，通过上、下键，可以在0——180°之间任意调节。由于采用了数字化处理，所以“上升”和“下降”键调节平滑，避免了用电位器调节接触不良而“打表”的现象。

(2)恒磁跟踪原理：采用闭环控制原理，励磁的输出通过数据采集系统，微机把采集到的数据分析处理后，不断调整移相角度，使电压波动后的励磁输出为一恒磁。

(3)失步检测原理：失步检测所取信号，是从串接在励磁回路中的分流器上测取的不失真的毫伏信号。当电动机失步时，会在其转子回路产生不衰减的交流信号，此分量也同样会加在分流器上，通过监测分流器上的毫伏信号，微机对波形特征进行分析，就能快速而准确地判断电机是否失步。对于各种失步，不论其滑差大小，装置均能判断，并动作于灭磁及保护跳闸。

(4)灭磁检测原理：在正常运行或灭磁试验中，当KQ导通时，励磁电压加于RF上，通过检测此电压的有无即可知道KQ的灭磁情况。

Claims (3)

1、一种同步电机微机励磁控制器，包括主电路和控制电路，其电源输入端与三相交流电源连接，其信号输出端与同步电动机励磁线圈的电源接触器的信号输入端连接，用于对同步电动机在启动及运行过程中的控制及保护，其特征在于：三相交流电源的同步输入信号与隔离器的输入端连接，隔离器的信号输出端与微处理器的信号输入端连接，微处理器的电源输入端与变压器的直流输出端连接，微处理器的各信号输出端分别与输出驱动装置、灭磁系统、恒磁跟踪系统、失步采样系统的信号输入端连接。

2、根据权利要求1所述的同步电机微机励磁控制器，其特征在于：与微处理器的信号输入端连接的隔离器为光耦隔离器；微处理器的各信号输出端与光耦隔离器连接后再分别与输出驱动装置、灭磁系统、恒磁跟踪系统、失步采样系统的信号输入端连接。

3、根据权利要求2所述的同步电机微机励磁控制器，其特征在于：所述光耦隔离器为：三个光耦合器的信号输入端的火线接头分别与电阻R和二极管D串联连接后再分别与三相输入电源的火线连接，三个光耦合器的信号输入端的零线接头均与三相输入信号的零线并联连接。

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