WBL30系列微机控制同步电动机励磁装置
技术使用说明书
湘潭市方宇电气有限公司
目 录
1
一、 概述 二、 主要技术特点 三、 主要技术性能参数
四、 型号意义、外形尺寸及选型一览表 五、 涵盖范围及系统配置 六、 工作原理
七、 引用标准及使用条件 八、 安装调试及系统试车 九、 控制单元操作说明 十、 订货与储运须知 十一、 图纸资料
2
一、概述
WBL30系列微机控制同步电动机励磁装置装备了功能强大的WBS－Ⅱ型微机全数字励磁控制单元，是高可靠、高性能全新一代同步电动机励磁系统，可作为拖动重载或轻载起动的同步电动机的直流励磁电源，与同步电动机单机配套，适用于化工、冶金、矿山、供气、供水等工矿企业各种气体压缩机、风机、球磨机、泵类负载等；还可作为拖动冲击负荷（如轧钢负荷）的同步电动机直流励磁电源，适用于轧钢、造船等行业。 该系列励磁装置包含：
★ WBL31标准型系列微机控制同步电动机励磁装置（配单套WBS-Ⅱ型微机全数字控制单元）
★ WBL32增强功能型系列微机控制同步电动机励磁装置（配双套WBS-Ⅱ型微机全数字控制单元）
WBL30系列微机控制同步电动机励磁装置不仅秉承了我厂原BL20系列同步电动机励磁装置结构简单、运行稳定可靠、维护快捷方便等特点；而且装备了WBS-Ⅱ型微机全数字励磁控制单元，该控制单元结构独立，以双CPU＋硬件脉冲分配器构成核心技术，其功能涵盖了励磁系统所有测量、控制、调节与保护，可实现各种调节控制、逻辑控制、参数设定、运行状态显示、故障诊断、远方通讯与监视及对电动机运行的有效保护。具有恒励磁电流（恒励磁电压）、恒功率因数、恒无功功率等多种调节模式。
WBL30系列微机控制同步电动机励磁装置核心——WBS-Ⅱ型微机全数字控制单元相对于目前国内外使用单片机（CPU）作为脉冲发生器的同步电动机励磁装置而言，由于采用了先进数字硬件脉冲分配器，速度更快，精度更高；并且从硬件设计上消除了死机失控、丢失脉冲的可能性；因而抗干扰性更强、运行更加稳定。其先进性、特别是可靠性是前者无法比拟的。
采用双套WBS-Ⅱ型微机全数字控制单元配置时，双机互为热备，且双机只通过通讯电缆连接，无任何公用部分，真正做到百分之百软、硬件冗余。
3
二、主要技术特点
WBL30系列微机控制励磁装置作为我厂全新一代同步电动机励磁系统，是我厂BL20系列和BL30系列同步电动机励磁装置的更新换代产品，具有以下主要技术特点：
2.1同步电动机转子励磁采用三相全控整流桥固接励磁线路,保持了同步电动机的固有起动特性。电动机异步起动过程启动电阻正、负半波可靠对称接入，电机加速平稳，起动无脉振。
2.2同步电动机起动后转速到达亚同步速时,励磁控制单元能迅速准确按整定投励参数捕捉到滑差，按转差为6%--4%时顺极性零角自动投励，投励无冲击。并有后备延时投励，延时投励时间0～30秒可设。
2.3励磁装置功率单元采用进口晶闸管模块，参数一致，质量稳定，运行可靠，结构简单，体积小巧，更换方便。
2.4励磁装置与同步电动机定子回路没有直接的电气联系。因此,同步电动机可根据电网情况设计为高压3-6-10KV或低压380V,全压起动或降压起动不受限制。 2.5降压起动的同步电动机转速到达同步速的90%左右时,励磁控制单元能准确按整定投全压参数捕捉到滑差，自动投入全压。并有后备延时投全压，后备延时投全压时间0～30秒可设。
2.6具有自动灭磁功能。同步电动机起动与停车时自动灭磁(含低通灭磁)，并在同步电动机异步运行时(起动或失步过程)具有灭磁保护。
2.7励磁控制单元多CPU同时运行，正常时协同处理，故障时互为备用。控制单元采用了两个AVR系列高端处理器（双CPU），其性能及可靠性在当今工控单片机领域均处于高端水平；同时采用了数字硬件脉冲分配器。因此可靠性高，处理能力强，处理速度快，能在实现各种调节模式的同时，完成对电动机及励磁装置的保护功能。
2.8全新、稳定的同步触发脉冲控制方式。控制单元采用先进的高速超大规模数字集成器件（FPGA）作为硬件脉冲分配器，只要控制单元不掉电，脉冲分配器就能按照设定的方式和控制角输出脉冲。纯硬件电路理论上不存在象单片机那样出现干扰失控甚至死机状态，因而能确保触发脉冲稳定可靠。且只需一相同步电压，电压范围20V—400V，可取自励磁变压器一次侧（也可取自励磁变压器二次侧）；取二相同步电压既可判定电源正负相序，又互为冗余，能适应励磁变压器不同方
4
式和连接组别。 2.9调节功能强大。
★调节模型：采用分段可变线性PID调节。在误差比较大时，采用较大比例系数快速将反馈量调节到目标值附近；而在误差比较小时采用正常PID调节；在误差进入比较精准的范围内时采用纯比例调节；并取较长时间的平均值参与调节。同时采用自适应控制模式，能自动适应各种负载特性。
★调节功能：具有恒励磁电流（恒励磁电压）、恒功率因数、恒无功功率自动调节功能。励磁电流、励磁电压都可从零至额定值的110％连续可调。调节方式可设置为自动、手动及开环模式。各种调节方式可手动切换，且切换无抖动（开环模式除外）。并具备远方或就地干预调节运行功能，可通过控制单元本身的人机接口或励磁装置上的调节按钮修改当前的调节目标或调节模式；也可通过远方调度站下达调节指令修改。
2.10自诊断能力强。具有基本自诊断指示功能，包括对工作电源、给定参数、触发脉冲工况、电源相序及缺相等各环节进行跟踪诊断，及时报告显示各环节故障点，方便用户排查故障。对励磁电流反馈断线、励磁电压反馈断线、功率因素反馈断线、输出回路断线能快速诊断并指示。
2.11保护功能全面。对系统电源失压、无励、低励、过励、早投、过热、转子接地、缺相、短路等故障均有可靠保护。
2.12具有失步保护及自动不减载失步再整步功能。当电机因负载突增、定子电压剧降、励磁减小丢失等扰动超过同步能力极限而失步时，能迅速检测并采取可靠技术措施，使同步机自动恢复再整步，保持连续运行。当已经受同步电机自身等条件限制再整步不可能成功时，装置能可靠跳闸停机，若定子回路失压，可与断电保护装置配合实现断电失步自动再整步。
2.13器件集成度高，品质好。 控制单元的CPU采用ALLINONE技术，无需外围器件，减少了故障点，脉冲分配器采用单片高速大规模数字电路，一片集成上万个门。所有数字电路器件均采用至少是工业级或军工级，使用寿命长，可靠性高。 2.14具有过程记录与运行状态自动识别功能。单片机从理论上存在复位和异常的可能，那么如何在单片机复位后延续原有调节过程尤为重要。励磁装置控制单元设计有电动机运行过程参数自动记录和单片机自动状态识别功能，能在任何情况下，无缝延续复位前的调节过程。
5
2.15励磁控制单元配备大屏幕液晶显示，全中文菜单，系统所有参数的设定都可以通过它来完成，操作简便直观，能很好地实现人机对话。还可根据用户要求配置超大液晶触摸屏显示。
2.16励磁控制单元带有标准的RS－485通讯接口，既可实现双机通讯，又可方便地与上位机联网实现“四遥”功能。
2.17励磁装置能提供强励功能由用户选用。当电网电压下降至某一百分比(如80%)时，进行突加强励，强励电流为额定值的1.4倍左右。强励时间一般不超过60秒钟。
2.18配置双套WBS-Ⅱ型微机全数字控制单元时双机热备用功能。双机通过通讯电缆连接，分主、备机运行；双机软、硬件完全独立，备机自动跟踪主机运行状况。双机均正常时可任意切换指定主机通道；在主机发生软、硬件故障，电源故障，I10通道失效等故障且故障等级恶劣于备机时，自动无抖动切换至备机通道；若备机同时发生更严重故障则在非致命故障条件下自动转入手动模式或开环保守模式运行，致命故障动作于跳闸停机。
2.19微机控制单元采用全铝机箱，背插式结构，硬件模块化、标准化，检修更换极为方便。
2.20微机控制单元具备完善的自检自恢复措施。对本身电路关键部件如AD、RAM、ROM 、参数定值存放单元、脉冲发生器等随时进行检验，发现错误，及时报告。
6
三、主要技术性能参数
3.1系统主要技术指标：
（1）、 输入要求：三相四线交流，380V／220V±10％，50Hz±1Hz； （2）、 触发脉冲移相范围 0°～170°
（3）、 可满足额定励磁电压从20V～270V，额定励磁电流从100A～600A； （4）、 功率因数在0.5～1范围内连续可调； （5）、 强励倍数为1.2～1.6倍；
（6）、 过载能力：在额定电流下允许长期连续工作；在1.5倍额定电流下允许
持续工作，重复时间1小时；
（7）、 显示精度： ±1％； 调节精度：≤1%；
定时精度: ≤±0.01秒；
（8）、 10% 阶跃：超 调 ＜10%； 振荡次数＜3次； 调节时间＜0.5秒； （9）、 触发脉冲不对称度：≤0.3
（10）、滑差投励：按转子滑差 5%～4%顺极性投励； （11）、后备投励：投励时间0～30秒按经验设置； （12）、滑差投全压：按到达同步速的90%左右自动投全压； （13）、延时投全压：延时投全压时间0～30秒可设；
（14）、停机逆变：5秒内以最大逆变电压快速灭磁（β≤30）； 3.2励磁调节主要技术指标： 3.2.1恒励磁电流调节技术指标： ★软件电流给定：Ig=(0～100%)；
★当电网电压在额定值的80%～110%范围内波动时，励磁电流输出波动不大于±0.5%；
★转子励磁绕阻直流电阻的阻值增加不大于10%时，励磁电流输出波动不大于±0.5%；
3.2.2恒功率因数调节技术指标： ★软件数字给定：Cos∮=+0.80～-0.95
7
0
★在上、下无功功率限定范围内,额定功率因数条件下.有功功率额定值的±50%时,功率因数波动不大于±0.5% 3.2.3 恒无功调节技术指标: ★软件数字给定:Qg=(0～100)%
负载从空载至二倍额定负载内变动时,同步电动机无功功率的变动不大于5% 3.3 绝缘电阻
产品的带电部分和非带电金属部分及外壳之间，以及在电气上无联系的各独立回路之间，用开路电压为500V的兆欧表测量其电阻，在规定的试验大气条件下电阻值不小于100MΩ。 3.4 耐湿热性能
装置能承受GB7261-2000第21章规定的交变湿热试验。 3.5抗振动性能
3.5.1 承受振动响应的能力
装置具有能承受GB/T11287-2000中规定的严酷等级为Ⅰ级的振动响应能力。检验时，施加激励量为额定值时，产品测量元件的准确度能满足2.16条中各项指标。
3.5.2承受振动耐久的能力
装置具有能承受GB/T11287-2000中规定的严酷等级为Ⅰ级的振动耐久能力。检验时，不施加激励量。 3.6 冲击承受能力
3.6.1 承受冲击响应的能力
装置具有能承受GB/T14537-1993中4.2.1规定的严酷等级为Ⅰ级的冲击响应能力。检验时，施加激励量为额定值时，产品测量元件的准确度能满足2.16条中各项指标。
3.6.2 承受冲击耐久的能力
装置具有能承受GB/T14537-1993中4.2.2规定的严酷等级为Ⅰ级的冲击耐久能力。检验时，不施加激励量。 3.7 承受碰撞的能力
装置具有能承受GB/T14537-1993中4.3规定的严酷等级为Ⅰ级的碰撞能力。检验时，施加激励量，不带包装；检验后，产品不应有机械损坏。
8
3.8 静电放电
装置能承受GB/T14598.14-1998中4.2规定的严酷等级为Ⅳ级静电放电试验。 3.9快速瞬变干扰
装置能承受GB/T14598.10-1996中4.1规定的严酷等级为Ⅳ级的快速瞬变干扰试验。
3.10 辐射电磁场干扰
装置能承受GB/T14598.9-2002中4.1.1规定的严酷等级为Ⅲ级的辐射电磁场干扰试验。 3.11 脉冲群干扰
装置能承受GB/T14598.13-1998中3.1.1规定的严酷等级为Ⅲ级的1MHz和100kHz的脉冲群干扰试验。
9
四、型号意义、外形尺寸及选型一览表
4.1型号意义如图1所示：
微机 W B L 3 □ □ / □
同步电动机
励 磁
系 列 号 额定电压值
1单套控制单元 额定电流值 2双套控制单元 图 1
4.2外形如图2所示：
WBL31系列 WBL32系列
图 2
柜1：高=2200MM 宽= 800MM 深=600MM
柜2：高=2200MM 宽=1000MM 深=600MM
注：柜体尺寸可根据用户要求另行设计。 4.3励磁装置选型一览表
10
型 号 规 格 WBL3□-200/50 WBL3□-200/75 WBL3□-200/110 WBL3□-200/140 WBL3□-200/170 WBL3□-300/50 WBL3□-300/75 WBL3□-300/110 WBL3□-300/140 WBL3□-300/170 WBL3□-450/50 WBL3□-450/75 WBL3□-450/110 WBL3□-450/140 WBL3□-450/170 WBL3□-600/50 WBL3□-600/75 WBL3□-600/110 WBL3□-600/140 WBL3□-600/170 输入电压 3N 380V 3N 380V 3N 380V 3N 380V 3N 380V 3N 380V 3N 380V 3N 380V 3N 380V 3N 380V 3N 380V 3N 380V 3N 380V 3N 380V 3N 380V 3N 380V 3N 380V 3N 380V 3N 380V 3N 380V 输入电流 17.5A 26A 39A 48.5A 59A 26A 39A 57A 73A 88.4A 39A 58.5A 86A 109.1A 132.5A 52A 78A 114.3A 145.5A 177A 外型尺寸 柜 1 柜 1 柜 1 柜 1 柜 1 柜 1 柜 1 柜 1 柜 1 柜 1 柜 1 柜 1 柜 2 柜 2 柜 2 柜 2 柜 2 柜 2 柜 2 柜 2 整流变压器 柜内安装 柜内安装 柜内安装 柜内安装 柜内安装 柜内安装 柜内安装 柜内安装 柜外附装 柜外附装 柜外附装 柜外附装 柜外附装 柜外附装 柜外附装 柜外附装 柜外附装 柜外附装 柜外附装 柜外附装 备 注 或柜内 或柜内 或柜内 或柜内 或柜内 或柜内 或柜内 11
五、涵盖范围及系统配置
5.1涵盖范围
本励磁装置不包括以下设备：
(1).同步电动机定子回路高、低压开关及其分、合闸设备。 (2).同步电动机定子回路继电保护装置。 (3).辅助机组(油泵、风机等)控制设备。 5.2系统配置
WBL30系列励磁柜主要由柜体、风机冷却单元、功率灭磁单元、微机控制单元、继电保护单元、仪表操作单元及励磁变压器组成。具体介绍如下： 5.2.1柜体：标准配置时采用GGD柜体，尺寸为：2200×800×600；表面经喷塑处理，式样美观，经久耐用。前面为玻璃门，各种仪表、信号指示、控制单元操作显示面板及空气开关通过玻璃门清晰可见。
5.2.2风机冷却单元：励磁柜顶部装有一台低噪高效轴流风机。作为整个励磁装置的散热冷却器件，其主要功能是防止功率灭磁单元及柜内其它元器件温度过高，延长元器件使用寿命。
5.2.3功率灭磁单元：该单元主要由德国原装进口的晶闸管模块和整体平板式（或热管式）散热器装配而成，进口晶闸管模块组成三相全控桥式整流电路，晶闸管的阻容吸收电路和灭磁控制电路也装在上面。相对于可控硅分立元件而言具有体积小、运行稳定、故障率低、安装维修快捷方便等诸多优点，直接显示出我公司励磁装置结构简单、维护极为方便的优势。
5.2.4微机控制单元：励磁装置配备我公司研制的WBS－Ⅱ型微机全数字励磁控制单元，它是励磁装置的控制核心。该控制单元以两个AVR系列高端处理器（双CPU）＋硬件脉冲发生器＋功能强大的系统软件组成核心技术，保证了WBL30系列励磁装置的先进性、高稳定性和高可靠性。该控制单元采用全铝机箱，背插式结构，硬件模块化、标准化。
对WBS－Ⅱ型微机全数字励磁控制单元硬件介绍如下： （1）、控制单元外形图和插件布置图
★ 外型如图3 ★ 插件布置如图4
12
（2）、控制单元原理框图 前置模 拟信号 处理 前置 开入量 处理 前置 频率 通 道 保护控 制输出 及驱动 前置同步信号 处理电路 硬件脉冲分配器 电 气隔 离 采保 ＡＤ 转换 内部数据交换总线 保护计 算以及 判断 协 处理 器 测 量以 及通 信处 理 通信接口
隔离 及频率测量 人 机交 换处 理 显 示 键 盘 指 示灯 输出隔离 脉冲整形及驱动 脉冲变压器输出六相脉冲 图 5
（3）、控制单元插件
13
★ 操作显示板及总线插件：8个功能操作键、6个指示灯及液晶显示分布在操作面板上，液晶点阵为128×64；并把其它三个插件的总线端子分布于此板背面。 ★ 电源插件：控制单元的供电电路以及励磁电压、转差电压输入电路分布于该插件板上，板上同时还设计了投全压、低压灭磁、保护跳闸、保护告警等继电器出口。
★ CPU插件：它是控制单元的主控电路插件板,按四层板设计。调节诊断处理器,显示通信处理器,脉冲分配器以及IO电路分布在此板上。
★ 采样插件：定子电流、电压、整流电流、电压、励磁电流的输入处理通道及脉冲放大输出电路设计在此板上。 （4）、控制单元接线端子定义：
电源板插件 B1~N1 １ 励磁电压+ ２ 励磁电压- ３ 转差电压+ ４ 转差电压- ５ 空 1 2 １ ２ CPU主板插件 B2~N1 485＋ 485－ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 采样板插件 B3~N1 定子IA进 定子IA出 定子IC进 定子IC出 定子UA 定子UB 定子UC 同步电压* 同步电压 空 备用同步电压 B2~N2 调定/工作位置开入 风机工作位置开入 快熔熔断开入 风机过热开入 备用开入 备用开入 备用开入 备用开入 开入公共端 开入公共端 ６ DC＋（AC 220V） 3 ７ DC－（AC 零线） 4 ８ 空 5 ９ 外部24V地 10 外部输入24V 6 7 8 9 10 1 2 B1~N2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 低压灭磁控制1 低压灭磁控制2 投全压常开 保护告警输出 保护跳闸 B3~N2 Z8 整流变B相 K26 -B触发端 K25 +C触发端 Z7 整流变A相 K24 -A触发端 K23 +B触发端 Z9 整流变C相 K22 -C触发端 Z11 整流输出+ K11 +A触发端 B2~N3 励磁电流＋ 励磁电流— 励磁电流来自直流变送器 10 8 9 10 5.2.5继电保护单元：主要由一些继电器等元件组成逻辑控制电路和继电保护电路,其功能是使励磁柜按设计的逻辑运行并对相关设备进行逻辑保护。（如过电压
14
保护和过电流保护等） ★过电压保护电路:
●同步电动机异步运行时,转子感应过电压由灭磁环节将放电电阻RFd1～2接入,消除开路过电压。由R1、R2、R3、和C1、C2、C3组成的阻容吸收装置及压敏电阻RU1、RU2、RU3抑制整流变压器ZB一次侧分、合闸引起的操作过电压。 ●主电路晶闸管元件的换向过电压由并接于元件两端的阻容电路R11、R21、R31、R41、R51、R61、和C11、C21、C31、C41、C51、C61吸收。 ★过电流保护电路:
●与晶闸管元件串联的快速熔断器FU1、FU2、FU3是作为直流侧过流时保护主回路的元件,快熔熔断时,“保护”环节动作, 发出声、光报警信号,送出接点可跳开同步电动机定子侧电源开关，切断励磁。短路电流发生在ZB二次侧时,其一次侧空气断路器脱扣器瞬动,切断电源；直流侧过负荷时,空气断路器脱扣器动作,但整定值应保证强励磁30秒内不动作。
5.2.6仪表操作单元：主要由空气开关、交流接触器、表计、指示灯、按钮等元件组成，其主要作用是直观显示各种参数，指示励磁装置的运行状态和操作励磁装置。空气开关作为本励磁装置总断路器，控制整流变压器及其主回路和控制回路电源。
5.2.7励磁变压器：本装置配置的励磁变压器为三相干式整流变压器，B级绝缘，连接组别为△/Y-11或Y/△-11，一次侧电压为AC380V。变压器的容量及变比根据电机的实际参数选择。
15
六、工作原理
6.1系统工作原理框图
灭磁回路 整 流 电 源 同步回路 整流变压器 功率单元 脉冲驱动 脉冲发生器 微机控制器 人机界面处理器 人机接口 定子电流电压 保护和控制输出 滑 电 差 压 检 反 测 馈 IF反馈 开关量输入 风机、调定等开入
图 6
（注：虚线框内为WBS-Ⅱ型微机全数字控制单元）
6.2投励环节、投全压环节及灭磁环节工作原理 6.2.1投励环节：具有滑差投励和延时投励两种方式
★滑差投励：同步电动机在起动（异步运行）时，在转子两端感应一个频率由50Hz向0 Hz衰减的正弦波，它在某一时段的频率值对应着此时电机的滑差值，如图7所示。控制单元将转子感应的正弦波信号通过滑差信号变换电路变换成一个方波信号输入CPU，CPU检测到信号频率达到预设滑差投励值且在方波上升沿时（保证投励顺极性），向脉冲触发电路发出解除脉冲封锁信号并输出触发脉冲，使励磁装置向转子输出直流功率，实现滑差顺极性零位投励。
滑差投励和投全压的预设值，可以通过人机操作界面设定。出厂时，投全压滑差值设定为90％，投励滑差值设定为95％
同步电动机在整个起动过程中,其转子感应交变电压的频率是随着转子的加
16
速而变化的。转速越高,感应交变电压的频率越低,电机刚起动瞬间转子感应电压频率与定子回路电网频率(F1)相同为50周,而到达任一转差(S)时的转子感应电压频率(F)为: F=F1*S=50*S
当同步电动机加速至亚同步速时,转差S=0.05,此时转子感应电压频率为: F=50*0.05=2.5 (周) 一个周期为:
T=1/F=1/2.5=0.4 (秒)
电机进入亚同步转速时,控制单元接受到电压频率为 2.5周的转子感应电压顺极性 (感应电流方向与励磁电流方向相同)信号时,发出触发脉冲送至主电路晶闸管,从而投入励磁，将同步电动机拖入同步运行。
VÐÓ·¦½»±äµçѸ²¨ÐÎͬú»Ì³¸Ñ²µ½ç¶¯ð¶Æ¯¸ýª××Óµç¨Ð²Îͼt¶ÀÍø¸ñâîÊä³ö¨ вλ¼ì²âäÈÊ먲ÐÎttÍÀ¶ø¿ØÖƨ вÎt 转子感应电压波形 图 7
★延时投励：延时投励时间通过控制单元的人机操作界面设定，设定的时间一到励磁装置就会输出直流功率，完成投励。 6.2.2投全压环节：
滑差投全压和滑差投励的原理是一样的，只是投全压的设定值要小于投励设定值。同步电动机降压起动至同步转速的90%左右时,控制单元输出高电平接通继电器接点，从而控制同步电动机定子回路的全压开关合闸，电机加速起动。
同步电动机采用降压起动方案时,需注意以下问题: ★电机拖动重负荷起动时,应先给全压后投入励磁。
★电机拖动轻负荷起动时,如电机在降压起动过程中有足够起动转矩拖至亚同步转速,•先给全压后投励拖入同步运行。如在降压起动过程中起动转矩不足,不能加速至亚同步速,则需在电机起动至力所能及的转速下给全压,电机加速起动至
17
亚同步速时投入励磁,拖入同步。 6.2.3灭磁环节:
同步电动机起动过程中,转子励磁绕组的感应交变电压在一个周期的波形变化如下图8所示：
图 8
同步电动机起动后至投入励磁前的这一段时间内,全控桥上晶闸管处于阻断
状态。在起动过程中,转子励磁绕组所感应出的交变电压, 开始此电压未达到灭磁晶闸管的整定导通电压,相当于励磁绕组开路起动,感应电压急剧上升,当感应电压瞬间值上升至灭磁晶闸管的导通电压时,VT4-1、VT4-2导通工作,接入放电电阻,直至此半波结束,灭磁晶闸管阳极电压过零而自行关断。
调节灭磁电路上的电位器19W1、19W2即可改变VT4-1、VT4-2的导通电压值。灭磁检测接点闭合时,在较低的直流输出电压下,灭磁晶闸管即可导通,可以检测灭磁环节正常与否。必须注意在正常工作励磁电流值三分之一左右检测（且时间不宜过长）。灭磁晶闸管导通电压,亦可采用分段式控制，在启动时由继电器接点短接,使用较低导通电压；亚同步速运行时,接点断开,实现较高导通电压。 6.3运行调节环节工作原理
AC380V厂电经整流变压器降压后送入晶闸管交流输入端，同时该电压经信号变换电路转换为同步电压信号输送至控制单元，控制单元通过硬件脉冲发生电路分相产生六组触发脉冲（双脉冲）输至晶闸管的触发极，能可靠地触发2000A以内的晶闸管，触发脉冲相对于同步信号的相位可调，这样就得到了不同值的直流输出电压。
6.3.1恒励磁电流（恒励磁电压）调节：控制单元中安装有励磁电流传感器，将
18
励磁电流信号采集进来变成0～5 V的电压信号送入CPU，它与给定量在CPU中作PID运算，将运算结果变换成移相控制信号，送入触发脉冲电路中，无论是外电网电压发生波动，还是负载发生变化，都能维持励磁电流（电压）恒定。 6.3.2恒无功功率调节：通过机端电流以及机端电压，控制单元自动计算得到定子无功功率，在恒无功调节模式下控制单元会自动调节励磁电流，确保无功恒定。 6.3.3恒功率因数调节：通过机端电流以及机端电压，控制单元自动计算得到定子功率因数；在恒功率因数调节模式下，控制单元会自动调节励磁电流，确保定子回路功率因数恒定。
6 . 4过程记录与运行状态自动识工作原理
控制单元的硬件脉冲分配器已经保证了在单片机意外失控情况下，按最后调节的结果维持脉冲输出，直到单片机重新恢复正常。但是，单片机还应该在恢复后能自动识别电动机的运行状态，以保证生产的连续进行。因此控制单元设计了运行时电动机参数自动记录在硬件非易失性存储器中，单片机恢复后查阅保存的参数并配合电动机运行实时电气量和状态量，即可判断电动机所处的运行状态。实际上整个控制单元有一个状态识别转换器在主导运行。其工作机制如下图：
上电或复位 逆变停机过程态 停机态 状态识别 保护停机过程 运行态 启动过程 图 9
6.5停车逆变环节：
当同步电动机正常停车或故障停机时, 执行程序检测到油开关分闸信号后,控制单元自动将移相脉冲推至逆变区，这样可避免电机停车由于转子电感放电所
19
造成的“续流”或“颠覆”状态。三相全控桥由“整流”状态停车后变为“逆变”状态的波形变化过程如下图:
励磁电流
波 形
励磁电压
波 形
停 车 正常励磁
感应电压经三相全控桥及 放电电阻RFD1-2 回路放电
完全经放电电 阻RFD1-2放电
经放电电阻
RFD1-2放电
三相全控桥“逆变”
三相全控桥
“逆变”结束
图 10
20
七、引用标准及使用条件
7.1引用技术标准
GB12667-90 《同步电动机半导体励磁装置总技术条件》 GB/T7409 1-3-97《大中型同步电机励磁系统技术要求》 GB3859 《半导体电力变流器》 GB6450-86 《干式电力变压器》
GB2687 《电工成套装置中的导线颜色》
GB2682 《电工成套装置中的指示灯和接电的颜色》 GB3797 《电控设备：装有电子器中的电控设备》 GB17626 12-98 《电磁兼容试检和测量技术振荡波抗扰度试验》 GB4208 《外壳防护等级的分类》
EC34-4-85 《确定同步电机参数的试检方法》 SDJ9-87 《电测量仪表装置设计技术规程》
GB50062-92 《电力装置的继电保护和自动装置设计规程》 GB14285-93 《继电保护和安全自动装置技术规程》
GB50171-92 《电气装置安装工程盘柜及二次回路结线施工及验收规范》GB14285-93 《继电保护和安全自动装置技术规程》 DL/T 5137-2001 《电测量及电能计量装置设计技术规程》
7.2使用条件
(1)、海拔高度不超过2500米；
(2)、周围空气介质温度-20℃ -- +45℃； (3)、周围空气相对湿度不大于90% (20±5℃)；
(4)、无腐蚀性气体，无导电尘埃，无易燃易爆物品场所； (5)、无剧烈振动冲击，地震烈度不超过8°，倾斜度不超过5°； (6)、户内安装，安装地点有良好的通风。
21
八、安装调试及系统试车
8.1励磁装置的安装 8.1.1安装前检查
★检查经长途运输后的包装有无严重的外部损伤；
★开箱后核对装箱物体的品种和数量是否与装箱清单相符合；
★检查设备的外观应无严重伤痕，内部应无电气和机械损伤；如有损坏需更换元器件,应按电气元件表所列规格、参数选配； ★检查接线等有无松动。
★检查同步电动机铭牌所标励磁电压、电流数值不得大于本设备额定值。 ★用电桥测量同步电动机转子励磁绕组直流电阻值,核对放电电阻RFD1, RFD2, 其阻值的和应为转子绕组值的6--10倍。
★检查本设备主电路,控制电路对地绝缘应良好。 8.1.2安装
励磁装置安装于电缆沟槽钢支架上并须可靠接地，接地电阻应小于4Ω。前后空间应保证前后门开度并留有足够的操作空间；柜体与地面垂直，倾斜度不大于5°.柜体与支架之间可用安装螺钉紧固。励磁变压器可安装在柜内，也可与柜体分别安装。 8.1.3配线
按以下配线说明与外部系统正确连线。
出线端子（X1）配线表
端 口 号 X1:71 X1:72 X1:73 X1:74 X1:61 X1:63 X1:64 X1:65 X1:66 X1:67 X1:68 X1:69 X1:55
回 路 号 N U V W A412 A414 N410 C412 C413 A601 B601 C601 DL 去 向 及 用 途 电 缆 线径按励磁变压器一次侧载流量选择 励磁柜电源交流三相四线AC380V 至高压柜定子电流CT 截面不小于2.5m2 至母线电压互感器 （定子电压母线PT） 至高压断路器合位干接点（常开） 截面不小于1.5m2 截面不小于1.5m2 22
X1:56 X1:47 X1:48 X1:37 X1:38 X1:45 X1:46 X1:43 X1:44 X1:39 X1:40 X1:57 X1:58 X1:59 X1:60 X1:27 X1:28 X1:31 X1:32 X1:25 X1:26 跳闸 合闸允许 投全压 告警 保护 励磁电流 励磁电压 增磁 减磁 ±KM ＋485 －485 至高压柜跳闸回路（常开） 至高压断路器合闸，允许条件之一 至降压启动投全压允许接点(常开) 至中控室故障告警 至中控室保护或告警 励磁电流测量回路(中控室或操作柜) 励磁电压测量回路(中控室或操作柜) 远方增磁(中控室或操作柜) 远方减磁(中控室或操作柜) 励磁控制及采样备用电源DC220V 至中控室通迅口 截面不小于1.5m 截面不小于1.5m 截面不小于1.5m 截面不小于1.5m 截面不小于1.5m2 截面不小于1.5m2 截面不小于1.5m 截面不小于1.5m2 截面不小于1.5m 22228.2励磁装置的整定调试 8.2.1参数整定内容：
本装置出厂时按型号规格已进行参数整定，在现场使用时下列几个参数须根据电机实际情况复核或重新整定：
★灭磁回路晶闸管导通开放电压值（整定调试方法见8.2.2） ★最大、最小安全励磁电流值（整定调试方法见8.2.2） ★初始投励磁电流给定值（整定调试方法见8.2.2）
★后备投全压及后备投励延时时间和早投保护时间（整定方法见9.1控制单元操作及9.2参数设置及维护说明表）
★调节模式及给定值（整定方法见9.1控制单元操作及参数设置维护说明表） ★CT变比、PT变比（整定方法见9.1控制单元操作及参数设置维护说明表） 8.2.2整定调试步骤： （1）整定并调试灭磁电路
●计算灭磁晶闸管导通电压值: 灭磁可控硅VT4-1、VT4-2导通电压的有效值应分别大于整流变压器ZB二次侧线电压的峰值且低于可控硅耐压值的0.5倍,即:
23
0.5UT≥UK≥K10*K11*Uem≥1.1*1.35*√2 Ue≥2.1Ue
式中: UT： 晶闸管耐压值；
Uk: 晶闸管VT4-1或VT4-2分别整定的导通电压有效值； Uem: 整流变压器ZB二次侧线电压峰值； Ue : 整流变压器ZB二次侧线电压有效值；
K10: 电网电压升高系数 取1.1； K11: 可靠系数 取1.35。 灭磁晶闸管导通电压（参考值）如下表：
整流变压器二次 线电压有效值 50V 75V 110V 140V 170V 200V
VT4-1、VT4-2分别整定的导通电压 工频有效值(V) 106 160 233 297 360 420 峰值(V) 150 225 330 420 510 600
220V或380V TB V1
RD K
PV
V R RFD2
VT4－1 VD1 VT4－2 图 11 RFD1
●灭磁电路整定调试方法： 照上图11接线,切除励磁柜交流电源,断开转子负载，用不小于2.5平方毫米的导线将一支灭磁晶闸管短接。示波器接至灭磁电路对应端(示波器外壳接地线必须解除)。图中R为1KW左右的电阻性负载。
24
合上开关K,调节TB二次侧电压至10V左右,示波器出现图12(A)波形即正常。后缓慢上升TB,输出电压至灭磁晶闸管的整定导通电压,调节电位器,使示波器出现图12(B)波形,即表示灭磁晶闸管已导通(此种状态不可持续过长),然后微降TB输出电压,又出现图12(A)波形,表示晶闸管已关断。将TB输出电压增加当示波器波形又出现图12(B)波形(时间不要过长)，要求TB电压与定值误差小于5V。
将开关切断,将短接线改接另一支灭磁晶闸管元件,按上述方法调定后锁紧1234电位器。 DGZ管压降 灭磁可控硅导通时的峰值90O灭磁可控硅管压降90O180O灭磁可控GZ阳极为硅阳极为正半波正半波灭磁可控硅没导通图 8 （B）灭磁可控硅导通按下图9接入假负载电阻 （A） 图 12 RFD2C RFD1 假负载电阻 图 13 （2） 将励磁装置“调定/零位/允许”转换开关置于“零位”，用一假负载（1KW）接在整流输出两端。如图13。 （3）、合上空气开关给系统送电，指示灯HL3亮，将“调定/零位/允许”转换开关从零位拨到调定，励磁装置自动进入调定运行。操作增磁、减磁按钮，励磁电B压从零至额定励磁电压连续可调，表明电源进线相序正确；如果励磁电压出现跳跃（或跌落）不规则变化，则可判定电源相序错误，应调整电源相序进线。 （4）停电，去掉假负载，接入转子回路后再送电。将励磁电流调到30%额定励磁电流附近，按下灭磁试验按钮，直流电压表V读数变为零,直流电流表指示增 25 A
加；松开灭磁按钮, 直流电压表V读数复原。
（5）将励磁电流调到额定附近，按“确认”或“取消” 选择励磁电流调定，按下“确认”键，在随后出现的界面上，参照控制单元操作说明，输入当前表计的实际励磁电流，按一次“确认”，控制单元自动校准励磁电流，再按一次“取消”键，返回到调定界面。同样方法校准励磁电压。
（6）将励磁电流调到最小安全值；在控制单元上按“确认”或“取消”选择最小励磁电流调定，按下“确认”键，控制单元自动记录最小安全励磁电流及对应的控制角，再按一次“取消”键，返回到调定界面。
（7）将励磁电流调节到正常工作励磁电流附近，在控制单元上按“确认”或“取消” 选择起始励磁电流调定，按下“确认”键，控制单元自动记录起始励磁电流以及对应的控制角，再按一次“取消”键，返回到调定界面。
（8）将励磁电流调到最大安全励磁电流，在控制单元上按“确认”或“取消”选择最大励磁电流调定，按下“确认”键，控制单元自动记录最大安全励磁电流以及对应的控制角，再按一次“取消”键，返回到调定界面。
（9）将“调定/零位/允许”转换开关拨回零位，调定运行自动结束，励磁停止输出，现场整定调试结束。 8.3励磁装置的系统试车
8.3.1将“调定/零位/允许”转换开关拨回零位，停电，去掉假负载；接上转子，确定转子接线正常后，再送电。
8.3.2确认“调定/零位/允许”转换开关在允许位，短接开车信号辅助接点（102、104），风机运行；装置将按指定的调节模式和给定值自动进入空试，输出励磁。观察各量是否正常，正常后，短开短接点，空试自动结束。
8.3.3断开同步电动机定子侧隔离开关，将转换开关放到“允许”位置，现场操作，空投合闸，进行联锁及模拟故障试验。
注意试车时，同步电动机起动过程中，定子回路不允许断电。例如: 采用降压起动方式，降压起动开关的分闸必须在全压起动开关合闸之后动作。
26
九、控制单元操作说明
9.1控制单元操作说明 9.1.1显示外观
液晶显示 6个指示灯 8个按键
9.1.2面膜8个功能按键如下
复位 取消 确认 复归
9.1.3面膜6个指示灯说明如下
运行 投励 自检 故障 保护 电源
“运行”在装置运行中每秒闪烁一次 “投励”灯点亮指示控制单元输出脉冲；熄灭指示无脉冲输出
“自检” 灯点亮为系统循检及自诊断指示
“故障”指示控制单元检测到故障
“保护”指示控制单元发出过跳闸指令，复归后熄灭 “电源”指示控制单元电源正常 9.1.4人机界面操作说明
27
开机界面（版本信息，公司名称） 任意键 励磁电流=000。0 定子电流=000。0 功率因数=0。000 运行模式：电流闭环 励磁电压=000。0 键 键 有功功率=000。0 无功功率=0。000 同步电压=000。0 运行参数 显示界面 确认/取消键 取消键 键移动光标 长光标指示选中菜单，确认键进入选中菜单项， 运行调节 参数查询 调 定 参数设置 系统维护 退出 菜单界面 运行模式IF闭环 当前值 180. 0 调节模式 00001 给定励磁电流 180．0 参数查询界面
励磁电流000．0 励磁电压000．0 导通角 口令 0 0 0 0 0 0 口令 0 0 0 0 0 0 运行调节界面 调定界面 参数设置口令界面
→、← 键修改光标指示位值；↑、↓键移动光标；取消键回菜单界面；确认键进入参数设置 系统维护口令界面 →、← 键修改光标指示位值；↑、↓键移动光标；取消键回菜单界面；确认键进入系统维护 →、← 键修改当前给定，确认键下达给控制器；
取消键返回菜单界面
→、← 键翻屏查看其它参数；
取消键返回菜单界面
→、← 键修改导通角，改变励磁电流、电压；取消键进入调定菜单 A B C 28
参数设置界面口令，给用户的技术工程师
励磁电流校准界面 输入实际值 00000．000 A 调定菜单界面 励磁电流校准 励磁电压校准 退出调定 上下键移动长光标，确认键进入光标所在菜单项， 取消键返回调定界面，选择退出调定返回运行参数显示界面 输入实际值 00000．000
励磁电压校准界面
这两个界面键盘处理相同，上下键移动光标，→、← 键修改光标所在位的值，确认键控制器自动计算，校准 取消键返回调定界面， B 调节模式 00001 给定励磁电流 180．0 确认键 取消键 上下键移动 长光标 调节模式 00001．000 给定励磁电流 180．0 参数修改 参数值修改界面 数据保存 确认 取消 参数保存查询界面
上下键移动短光标，→、← 键修改光标所在 上下键移动光标，确认键选择光标所在的选项 位的值，确认键暂存本参数修改，返回参数设
置界面，取消键不修改，返回参数设置界面
系统维护界面口令
C 29 为厂家使用，密码
不公开
微分调节系数 001. 00 强加强减系数 001. 00 参数维护界面 系统参数维护，键盘 操作同参数设置界面
保留事项1 0 保留事项2 0 保留事项3 0 保留事项4 0 IF回路断线 0 UF回路断线 0 功率回路断线 0 转差回路故障 0 风机故障 0 系统停机 0 输出回路故障 0 灭磁回路故障 0 失步过电流 0 过电流 0 低励告警 0 低励跳闸 0 事项查看菜单界面
键盘操作同 其他菜单界面 硬件检测菜单界面 键盘操作同 其他菜单界面 状态显示界面
当前事项 历史事项 开入查询 开出测试 导通角 60. 0 运行状态 3 定子电压 6. 30 参数维护 事项查询 装置检测 状态显示 退出
0表示正常，1 表示故障
开入查询，显示8个开入的状态 000000000 出口测试
低压灭磁 投全压 故障 保护
选中光标指定的出口，按确认键 相应出口动作，取消退出，出口复位
9.2 控制单元主要技术参数设置及维护说明表
30
参 数 设 置 参数名称 设定范围及分辨率 说 明 为运行时励磁调节的模型：0~开环；1~电流调节模型 0～4 闭环；2~COS闭环；3~无功闭环；4~开环 给定励磁电流 给定功率因数 给定无功 调节器比例系数 调节器积分系数 启动投全压延时 启动投励延时 早投延时 最小励磁电流 最大励磁电流 CT变比 PT变比 0.2~999A 0.1A 0—0.999 0.001 0-2000 0.1KW 0.1-1000 0.1 0.1-1000 0.1 0~30s 0.01S 0~30s 0.01S 0~30S 0.05S 0-999 0.1A 0-999 0.1A 恒励磁电流运行时的反馈目标 恒功率因数调节时的反馈目标 恒无功运行时的反馈目标 建议使用缺省值 建议使用缺省值 按经验值设置 按经验值设置 按经验值设置 电动机运行中最小安全励磁电流 电动机运行中最大安全励磁电流 如：150∕5 输入30 如：6KV∕100V输入60 参 数 维 护 调节器微分系数 调节器强加系数 起励导通角 最大导通角 最小导通角 0.1-1000 0.1 0.1-1000 0.1 30-70度 0.01度 60-85度 0.01度 5-45度 0.01度 建议使用缺省值 建议使用缺省值 根据电动机额定励磁电流估算 电动机运行中的安全设定 电动机运行中的安全设定 31
灭磁导通角 保护启动延时 带励失步电流定值 带励失步时间定值 低励失步励磁电流定值 低励失步时间定值 低励跳闸励磁电流定值 低励告警励磁电流定值 30-70度 0.01度 0~30S 0.05S 1~900A 0.1A 1-99S 0.01s 1-900A 1A 1-99S 0.01s 1-900A 1A 1-900A 1A 决定灭磁试验时输出的励磁电压 电动机启动后保护开始运行的时间 建议使用出厂参数 建议使用出厂参数 建议使用出厂参数 建议使用出厂参数 建议使用出厂参数 建议使用出厂参数 0表示不判断功率因数条件，认为在别的条件满足时动作（失步保护用） 功率因数投入 0/1 1 表示需要判断功率因数条件，需功率因数变化和其他条件同时成立才认为是失步 建议使用出厂参数 测量校准系数 测量校准系数 测量校准系数 测量校准系数 测量校准系数 测量校准系数 测量校准系数 低励跳闸时间定值 定子电流系数 定子电压系数 同步电压系数 励磁电流系数 励磁电压系数 有功功率系数 无功功率系数 1-99S 0.01s 0.1-100 0.001 0.1-100 0.001 0.1-100 0.001 0.1-100 0.001 0.1-100 0.001 0.1-100 0.001 0.1-100 0.001
32
十、 订货与储运须知
10.1 订货时请指明下列各项: （1）产品名称、型号、规格、数量。
（2）本产品所配电机的型号、容量、额定励磁电压、电流值。 （3）其它具体要求。 10.2 产品的储运:
（1）本产品应储存于下列条件:
空气流通、干燥、环境温度小于45度,相对湿度小于90%,无腐蚀性气体,无剧烈振动冲击。
（2） 本设备运输、吊装应注意:
运输过程中不允许倒置、卧置和剧烈振动、撞击。吊装时应充分利用吊环。安装4个吊环的设备不允许用2个吊环承受全部重量。吊运中,钢丝绳在吊勾处夹角不得大于60°。
33
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容