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第一章 系統(tǒng)概述
同步電動(dòng)機(jī)是各工業(yè)部門(mén)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(guò)改變勵(lì)磁電流的大小來(lái)改善電網(wǎng)功率因數(shù)從而節(jié)約能源的特點(diǎn)。主要用于驅(qū)動(dòng)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(lì)磁系統(tǒng)作為同步電動(dòng)機(jī)的重要組成部分，它對(duì)于同步電動(dòng)機(jī)的安全、高效運(yùn)行起著重要的作用。目前我國(guó)正在生產(chǎn)和使用的勵(lì)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(jì)線(xiàn)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(wú)法解決的零飄溫飄等問(wèn)題，維修困難，必須由具有相當(dāng)專(zhuān)業(yè)素質(zhì)的人員才能勝任這些工作。而且與上一級(jí)系統(tǒng)交換信息困難，因此已經(jīng)越來(lái)越不適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)和安全運(yùn)行的要求。近年來(lái)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(dòng)機(jī)勵(lì)磁裝置的開(kāi)發(fā)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。
為了盡快提高我國(guó)同步電動(dòng)機(jī)組的運(yùn)行水平，滿(mǎn)足企業(yè)生產(chǎn)對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)提出的越來(lái)越高的要求，我們研制了新一代的LD2002步電動(dòng)機(jī)全數(shù)碼勵(lì)磁裝置。該裝置綜合運(yùn)用了同步電動(dòng)機(jī)的現(xiàn)代勵(lì)磁控制理論，采用目前國(guó)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(lì)磁裝置。它徹底解決了其他勵(lì)磁裝置存在的起動(dòng)脈振、投勵(lì)滑差捕捉不到、投勵(lì)沖擊、運(yùn)行中起動(dòng)電阻發(fā)熱等問(wèn)題；能實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)節(jié)和控制，可使同步電動(dòng)機(jī)和共用電網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性加強(qiáng)，廠礦的無(wú)功分配優(yōu)化。由于本勵(lì)磁系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁部分具有滑差檢測(cè)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(dòng)再同步性能；靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的全數(shù)字微機(jī)化設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)具有常規(guī)勵(lì)磁不能實(shí)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(lì)磁裝置設(shè)有兩個(gè)完全獨(dú)立的自動(dòng)通道互為備用,整機(jī)可靠性高,為同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)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(lèi)C級(jí)T3組爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所使用的無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)，也可應(yīng)用于普通場(chǎng)所的各類(lèi)無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)。
1.1、主要特點(diǎn)
* 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(jì)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(lì)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(jiǎn)化或取消。實(shí)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(xiàn)性最優(yōu)LOEC、線(xiàn)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(jí)流水線(xiàn)、高速DSP內(nèi)核，數(shù)據(jù)處理速度和精度大大提高。
* 起動(dòng)平穩(wěn):
勵(lì)磁系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)主控制模塊設(shè)有起動(dòng)控制高、低定值轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，在電機(jī)起動(dòng)時(shí)旋轉(zhuǎn)起動(dòng)二極管和可控硅設(shè)為低定值對(duì)稱(chēng)接入方式，使電機(jī)在異步起動(dòng)中有良好的對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)矩特性，起動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)、迅速。
* 投勵(lì)可靠無(wú)沖擊:
旋轉(zhuǎn)主控制模塊設(shè)有滑差準(zhǔn)角投勵(lì)檢測(cè)控制環(huán)節(jié)，能迅速準(zhǔn)確捕捉到滑差，實(shí)現(xiàn)真正準(zhǔn)角投勵(lì)。特別適合于帶負(fù)荷起動(dòng)及要求實(shí)現(xiàn)不減載自動(dòng)再整步的各類(lèi)場(chǎng)所。同時(shí)還設(shè)有零壓計(jì)時(shí)投里作為后備投勵(lì)環(huán)節(jié)。
* 旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)可靠性高:
旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)的主回路采用過(guò)零觸發(fā)三相半控橋式電路，較其它形式更為簡(jiǎn)潔可靠。取消了常規(guī)電路設(shè)置于直流回路的投勵(lì)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(shí)不會(huì)導(dǎo)致電機(jī)立即失磁。
* 失步保護(hù)及不減載自動(dòng)再同步功能:
具有失步保護(hù)及不減載自動(dòng)再同步功能。當(dāng)擾動(dòng)超過(guò)同步電機(jī)同步能力極限而失步時(shí)，該裝置能迅速檢測(cè)到并采取可靠技術(shù)措施，使用同步機(jī)自動(dòng)恢復(fù)再同步，保持連續(xù)運(yùn)行。該裝置還具有過(guò)勵(lì)、欠勵(lì)、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(shí)現(xiàn)斷電失步再整步功能（可選）。
* 設(shè)有旋轉(zhuǎn)起動(dòng)滅磁電阻回路誤開(kāi)通保護(hù)環(huán)節(jié)，在電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，確保旋轉(zhuǎn)起動(dòng)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(shí)，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(jì)時(shí)充分考慮極端工況的過(guò)壓及欠頻沖擊。
* 靜態(tài)勵(lì)磁裝置設(shè)有旋轉(zhuǎn)勵(lì)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(shí)，能及時(shí)動(dòng)作于報(bào)警或跳閘。
* 表面貼工藝，多層印刷電路板，軍品級(jí)芯片，重要芯片均采用國(guó)內(nèi)外知名企業(yè)的成熟產(chǎn)品。保證裝置平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)100000小時(shí)。
* 獨(dú)特的軟件設(shè)計(jì)方法：
采用美國(guó)CMX公司推出的微控制器實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)RTOS及其功能強(qiáng)大的專(zhuān)家?guī)旌瘮?shù)，面向任務(wù)的程序設(shè)計(jì)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(yǔ)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(lèi)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(chǔ)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(kāi)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(chǎng)總線(xiàn)CANBUS、MODBUS、MODBUS PLUS、TCP/IP或MODEM等實(shí)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(shí)現(xiàn)設(shè)備控制、管理的自動(dòng)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(xiàn)選擇、切換工作方式，設(shè)置、修改參數(shù)和對(duì)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控�？梢宰龅綗o(wú)需說(shuō)明手冊(cè)而操作。
* 對(duì)于無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)，具有旋轉(zhuǎn)整流盤(pán)故障監(jiān)測(cè)功能。
* 可靠的滅磁系統(tǒng)：
可選用阻容無(wú)觸點(diǎn)的靜態(tài)滅磁方法（我公司專(zhuān)利技術(shù)），無(wú)噪音、無(wú)操作過(guò)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(lì)磁裝置本身和同步電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行：
具有失步、誤強(qiáng)勵(lì)、過(guò)勵(lì)反時(shí)限、欠勵(lì)、失脈沖、均流越限檢測(cè)及保護(hù)、過(guò)流、過(guò)壓等保護(hù)功能。
* 控制單元采用西門(mén)子結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)型單元機(jī)箱、插拔式模塊，獨(dú)特的抗干擾設(shè)計(jì)，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(xiàn)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(yùn)行及電機(jī)帶正常負(fù)荷、不間斷運(yùn)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(yùn)行。
* 具有手動(dòng)（恒觸發(fā)角）、自動(dòng)（恒勵(lì)磁電流、恒勵(lì)磁電壓、恒功率因數(shù)、恒無(wú)功功率）調(diào)節(jié)勵(lì)磁功能，相互切換無(wú)擾動(dòng)。
* 雙通道互為備用工作方式：
根據(jù)用戶(hù)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(wú)擾動(dòng)自動(dòng)切換（可選）。裝置可設(shè)置為自動(dòng)和手動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)設(shè)置為自動(dòng)（閉環(huán)）運(yùn)行時(shí)，采用內(nèi)外雙閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。內(nèi)環(huán)為勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)環(huán)，可提高勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)的快速性，在外部擾動(dòng)時(shí)迅速調(diào)節(jié)勵(lì)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(dòng)或電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)維持功率因數(shù)恒定運(yùn)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(cè)數(shù)據(jù)，包括勵(lì)磁電流、功率因數(shù)、有功功率、無(wú)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(shí)間等。
按照先進(jìn)先出的原則記錄20組操作信號(hào)、故障信號(hào)、保護(hù)動(dòng)作信號(hào)發(fā) 生的時(shí)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(yàn)功能：
可以在線(xiàn)修改放大倍數(shù)、微分時(shí)間常數(shù)、慣性時(shí)間常數(shù)、進(jìn)行±10％的階躍、滅磁實(shí)驗(yàn)及聯(lián)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，所有這些修改及實(shí)驗(yàn)均只需進(jìn)行按鍵操作即可，不用改接線(xiàn)。
* 源可以采用單路供電，也可采用雙路供電，一路來(lái)自于直流蓄電池電源，另一路來(lái)自廠用交流電降壓整流。兩路電源經(jīng)二極管并聯(lián)運(yùn)行，互為冗余，提高了裝置的可靠性。
* LD2002全數(shù)碼控制無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)適用于增安型II類(lèi)C級(jí)T3組爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所各種容量、各種不同負(fù)載的無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)，也可用于普通場(chǎng)所的各類(lèi)無(wú)刷同步電動(dòng)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(mǎn)足強(qiáng)行勵(lì)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(cè)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(jì)規(guī)范。
* 單元測(cè)試，功能測(cè)試和總聯(lián)調(diào)。
* 完備的文檔管理。
1.2.3、整機(jī)測(cè)試
* 絕緣耐壓裝置/抗干擾試驗(yàn)。
* 連續(xù)拷機(jī)試驗(yàn)。
1.3、主要技術(shù)指標(biāo)及功能
1、調(diào)節(jié)精度(恒勵(lì)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(lì)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(shí)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(kāi)關(guān)量I/O：24路開(kāi)關(guān)量輸入，16路開(kāi)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(chǎng)情況而定）。
定子電流：1相或是3相（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況而定）。
轉(zhuǎn)子電流信號(hào)。
同步電壓信號(hào)：3相。
13、本裝置具有低壓強(qiáng)勵(lì)和整步強(qiáng)勵(lì)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(lái)自于廠用交流電源降壓整流，一路來(lái)自蓄電池電源或其它備用電源，兩路電源并聯(lián)運(yùn)行，互為冗余，提高了裝置的可靠性。
15、旋轉(zhuǎn)勵(lì)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(dòng)滅磁電阻
電阻值：0.1~0.6Ω；
電流值不大于210A；
通電時(shí)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(xiàn)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(shí)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(dòng)滅磁電阻組成起動(dòng)滅磁回路，而控制模塊則可根據(jù)旋轉(zhuǎn)整流盤(pán)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。 | 
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