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磁控軟啟動
時間:2019-05-27 14:32 來源:勵磁軟啟動柜 作者:源創(chuàng)勵磁柜
文章摘要：同步電動機(jī)的定子合上電源,降壓或全壓起動后,進(jìn)入異步運(yùn)行狀態(tài)，勵磁繞組通過滅磁環(huán)節(jié)自行滅磁,在此期間,觸發(fā)電路脈沖被封鎖,整流橋不工作,。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到一定值時,通過投全壓環(huán)節(jié),電動機(jī)全壓起動,當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到亞同步速時,觸發(fā)電路開啟,輸出脈沖送至晶
同步電動機(jī)的定子合上電源,降壓或全壓起動后,進(jìn)入異步運(yùn)行狀態(tài),，勵磁繞組通過滅磁環(huán)節(jié)自行滅磁,在此期間,觸發(fā)電路脈沖被封鎖,整流橋不工作。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到一定值時,通過投全壓環(huán)節(jié),電動機(jī)全壓起動,當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到亞同步速時,觸發(fā)電路開啟,輸出脈沖送至晶閘管控制極,全控橋輸出直流電壓,施加于電動機(jī)的勵磁繞組兩端,同步電動機(jī)被牽入同步運(yùn)行,起動完畢,。
改變勵磁給定值,可使電動機(jī)在要求的功率因數(shù)下運(yùn)行,。
當(dāng)電網(wǎng)電壓下降到 80% 以下時,通過欠電壓繼電器元件的作用,給出強(qiáng)勵磁信號,并與勵磁給定值迭加,使電動機(jī)勵磁電流(或電壓)上升。一旦電壓恢復(fù),強(qiáng)勵切除,系統(tǒng)又恢復(fù)到原來的穩(wěn)定狀態(tài),。
電動機(jī)定子回路斷電后,由于延遲電路的作用,使觸發(fā)電路延時封鎖脈沖,。在此延遲時間內(nèi),三相全控橋進(jìn)入逆變狀態(tài),使貯藏于勵磁繞組中的能量回饋電網(wǎng),保證硅元件不受過電壓影響。
由于某因素造成同步電動機(jī)失步運(yùn)行,。一旦失步,電動機(jī)定子回路功率因數(shù)會大幅度下降,失步保護(hù)電路經(jīng)延時后,給出失步跳閘信號,延時跳閘可避免誤動作,增加了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,。
1. 可控性
自勵式磁控電抗器：四個控制繞組共同控制一相工作繞組，是一種緊偶合控制，直流勵磁效率高,，電抗器可控性好,，阻抗可調(diào)整至初始阻抗的5%以下，起動過程中,，電機(jī)端電壓最高可接近于額定電壓；
傳統(tǒng)飽和電抗器：一個控制繞組控制三相工作繞組,，是一種松散控制,，直流勵磁效率低，電抗器可控性差,，阻抗調(diào)整到初始阻抗的40—50%,，起動過程中，電機(jī)端電壓最高值為80%Ue左右,。
2. 可調(diào)整性
自勵式磁控軟啟動：起動電流恒流值可在接近全壓起動電流以下任意選擇,，調(diào)整范圍寬，設(shè)備通用性好,，在原始參數(shù)缺失導(dǎo)致設(shè)計偏差或現(xiàn)場工況改變的情況下,，可通過修改設(shè)置參數(shù)確保起動成功；
傳統(tǒng)磁控軟啟動：起動電流恒流值只能是設(shè)計值（調(diào)整范圍為5%）,，設(shè)備無通用性,，在原始參數(shù)缺失導(dǎo)致設(shè)計偏差或現(xiàn)場工況改變的情況下無補(bǔ)救措施，可能導(dǎo)致設(shè)備投運(yùn)不成功或不理想,。
3. 輔助電源
自勵式磁控軟啟動：不需輔助電源,，控制電源220V10A；
傳統(tǒng)磁控軟啟動：需要大的輔助電源（3AC380 V200A以上）,。
4. 諧波
自勵式磁控軟啟動：專門設(shè)計濾波裝置,，濾除三次以上諧波，諧波分量在國家標(biāo)準(zhǔn)以下,；
傳統(tǒng)磁控軟啟動：無濾波裝置,，諧波直接注入公共電網(wǎng)，諧波分量在30%以上,。
5. 漏磁
自勵式磁控軟啟動：設(shè)計專門的寬鐵軛屏蔽交流線圈產(chǎn)生的交變磁場,，無漏磁；
傳統(tǒng)磁控軟啟動：交流線圈產(chǎn)生的交變磁場直接散發(fā)到空中,，造成了“磁場滿天飛”的現(xiàn)象,，漏磁嚴(yán)重。
6. 噪音
自勵式磁控軟啟動：噪音小,，現(xiàn)場無感覺,；
傳統(tǒng)磁控軟啟動：噪音大，現(xiàn)場感覺明顯。
勵磁系統(tǒng)是同步電機(jī)中最核心,、最主要的且成部分之一,。長期以來同步電機(jī)勵磁柜技長性能不完善，導(dǎo)致同步電機(jī)損壞,，成為影響生產(chǎn)的安全,、連續(xù)及穩(wěn)定運(yùn)行的制約環(huán)節(jié)。隨著可編程控制器（PLC）技術(shù)的發(fā)展,，以微型PLC為核心的同步電機(jī)勵磁柜軟硬件設(shè)計得到了市場的認(rèn)可和應(yīng)用,。該同步電機(jī)勵磁柜的軟硬件設(shè)計步驟和方法如下：
一 同步電機(jī)勵磁柜系統(tǒng)硬件設(shè)計
為了滿足同步電機(jī)起動、運(yùn)行和故障監(jiān)控的要求,，同時便于將機(jī)械設(shè)備的控制柜與勵磁裝置融為一體,，減小體積、增強(qiáng)控制功能,、提升原來系統(tǒng)的自動化水平,。本勵磁裝置主控制器采用西門子微型可編程序控制器S7-200，并使用成熟的晶閘管的觸發(fā)電路TC787,。
顯示電路采用西門子的TD200來完成,，一是參數(shù)設(shè)置，如投勵時刻,、后備投勵,、強(qiáng)勵時間；運(yùn)行模式選擇,。二是工作狀態(tài)顯示,，如實(shí)驗(yàn)投勵、正常投勵,、后備投勵,；運(yùn)行模式。三是故障顯示,，如失步,、整步失敗、晶閘管故障,、滅磁晶閘管誤導(dǎo)通,、熔斷器故障、勵磁超限,。全部采用漢字顯示,。
1.1 啟動回路
（1）起動時滅磁繼電器接點(diǎn)CJll、CJ22閉合,，使同步電機(jī)在異步驅(qū)動狀態(tài)時,，滅磁晶閘管7KGZ、8KGZ在較低的電壓下便可開通，保證感應(yīng)電流在正負(fù)半周是對稱的,。有效地消除了傳統(tǒng)勵磁屏在同步電機(jī)異步啟動過程中轉(zhuǎn)子回路感應(yīng)電流正負(fù)半周不對稱現(xiàn)象,，避免了異步啟動過程中所存在的脈振現(xiàn)象，具有良好的異步驅(qū)動特性,。
（2）在啟動結(jié)束后,，滅磁繼電器接點(diǎn)CJll、CJ22斷開,，滅磁 晶閘管7KGZ,、8KGZ在較高的電壓下便可開通。當(dāng)電機(jī)在同步狀態(tài)時,，滅磁晶閘管在過電壓情況下才開通，既起到保護(hù)器件的作用,，又當(dāng)電機(jī)正常同步運(yùn)行時,，保證附加電阻RFl、RF2被可靠切除,，并防止滅磁晶閘管誤導(dǎo)通,，可使電機(jī)在遇到故障，被迫跳閘停機(jī)時,，減少電機(jī)受損傷程度,。
（3）起動前，人為按下ANl,、AN2可以實(shí)驗(yàn)滅磁回路,。
1.2 投勵控制
同步電機(jī)的投勵過程控制是一個非常重要的問題，主要表現(xiàn)為對投勵時間和投勵角度的選擇上,。理想的投勵時間是指當(dāng)電機(jī)異步啟動到亞同步速時,，即轉(zhuǎn)速達(dá)到同步速的95％-98％之間；準(zhǔn)角度投勵是指在轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流的過零點(diǎn),，即從負(fù)半周到正半周的零點(diǎn)準(zhǔn)確投勵,。滿足兩者條件時，勵磁繞組產(chǎn)生同步力矩,，使電機(jī)盡早進(jìn)入同步,。
在檢測電路中，轉(zhuǎn)子兩端的電壓經(jīng)電阻R12,、R11,、二極管D7后，在穩(wěn)壓管Z7兩端得到了近似的矩形波,，經(jīng)過光耦TPl送人PLC,。經(jīng)過計算和判斷后，PLC輸出點(diǎn)PLCDO控制光耦TP3，控制TC787的5腳,，當(dāng)其為低電位時,，輸出6路觸發(fā)信號，完成投勵,，常見有兩種投勵方式：
（1）按照"準(zhǔn)角強(qiáng)勵整步"的原則設(shè)計,，并具有強(qiáng)勵磁整步的功能。
所謂準(zhǔn)角度投勵,，系指電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)入臨界滑差,，按準(zhǔn)角度投勵方式，這樣電機(jī)進(jìn)入同步時輕松,、快速平滑無沖擊,。投勵時刻的滑差大小，通過面板按鍵菜單操作任意設(shè)定,。
（2）后備投勵
若滑差投勵不成,，即達(dá)不到設(shè)定的滑差值，可按預(yù)定的后備投勵時間和準(zhǔn)角度方式投勵,。后備投勵時間的大小,，通過面板按鍵菜單操作任意設(shè)定。
1.3 勵磁電流控制
三相晶閘管移相觸發(fā)電路選用TC787,，經(jīng)三極管后,，驅(qū)動6路脈沖變壓器，輸出為調(diào)制脈沖列,，觸發(fā)1KGZ～6KGZ晶閘管,。TC787有移相控制端和投勵控制端。
為了滿足同步機(jī)各種工況的要求,，運(yùn)行過程中的勵磁電流控制模式分為：恒勵磁電流模式和恒無功功率模式,。因此選用了模擬量模塊與S7-200配合使用，構(gòu)成單閉環(huán)控制系統(tǒng),。勵磁給定值由外接電位器提供,，無功電流由無功電流轉(zhuǎn)換器提供，勵磁電流由霍爾元件LEM塊檢測勵磁電流得到,。三個模擬信號送入 PLC的模擬輸入端,。
1.4 系統(tǒng)故障監(jiān)控
系統(tǒng)故障主要包括：同步機(jī)失步、可控整流器缺相或失控,、滅磁晶閘管誤導(dǎo)通,、熔斷器故障、勵磁電流超限等,。
1.4.1 失步監(jiān)測
失步保護(hù)采樣信號,，來自串接在轉(zhuǎn)子勵磁回路的分流器兩端的不失真毫伏信號,。此信號經(jīng)放大、變換,，光耦隔離后輸入PLC,，對其波形特征進(jìn)行分析，判斷電機(jī)是否失步,。當(dāng)發(fā)生帶勵失步時,，首先應(yīng)切斷勵磁，識別后判斷是報警還是再整步運(yùn)行,。
1.4.2 晶閘管故障監(jiān)控
晶閘管勵磁整流波形整型后經(jīng)光耦送入PLC,，如果波頭相互比較，寬度誤差較大,，說明全控整流橋出現(xiàn)故障,，如：脈沖丟失、三相丟波缺相,、失控,、管壓降波形崎變等各種現(xiàn)象，造成勵磁電流不穩(wěn)定,。
1.4.3 滅磁晶閘管誤導(dǎo)通
在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，偶爾會出現(xiàn)滅磁晶閘管誤導(dǎo)通,，引起附加電阻加熱,，經(jīng)過一段時間后，造成控制柜內(nèi)的控制線烤焦,、進(jìn)而發(fā)生電氣短路事故,。
檢測附加電阻RFl、RF2兩端的電壓信號,，經(jīng)過比較判斷,，將結(jié)果送入PLC，進(jìn)行聯(lián)鎖和報警,。
1.4.4 勵磁電流超限
在整流變壓器的一次側(cè),，A相和C相裝有電流互感器，二次引線經(jīng)變換識別電路后,，將信號送入PLC,，過流信號達(dá)到設(shè)定時間后，報警或跳閘,。以防止勵磁電流過大引起勵磁繞組過熱,，損壞電機(jī)。
1.4.5 輔助控制環(huán)節(jié)
①停車后逆變控制
當(dāng)同步機(jī)停車或故障跳閘時,，PLC發(fā)出指令使三相全控整流橋晶閘管1KGZ-6KGZ的控制角變?yōu)?40°,，可控整流橋工作在逆變狀態(tài),，不致因同步機(jī)停車時轉(zhuǎn)子電感放電造成續(xù)流或顛覆而燒壞元件。
②勵磁控制
當(dāng)電網(wǎng)電壓下降到整定值,，一般為80％時,，PLC發(fā)出強(qiáng)勵信號，可達(dá)到正常勵磁電流的1.4倍,，進(jìn)行強(qiáng)勵,，以防止同步機(jī)失步，10s鐘后,，若電網(wǎng)電壓不回升,，PLC撤消強(qiáng)勵信號，以防轉(zhuǎn)子繞組過熱,。
強(qiáng)勵時間為10-14s,，具體時間人機(jī)界面設(shè)定。
二 同步電機(jī)勵磁柜系統(tǒng)軟件設(shè)計
同步電機(jī)勵磁,，PLC它的軟件主要由三大部分組成：主控程序,、顯示及設(shè)置程序、實(shí)時處理程序,。
2.1 主程序
主要完成PLC的各種參數(shù)的初始化,，子程序的調(diào)用、及系統(tǒng)的主要監(jiān)控環(huán)節(jié),。
2.2 顯示及設(shè)置程序
依據(jù)系統(tǒng)程序調(diào)用漢顯內(nèi)容的使能位,，顯示有關(guān)內(nèi)容；將設(shè)置的內(nèi)容存放在指定的存儲器,，以便調(diào)用,。
2.3 實(shí)時處理程序
2.3.1 投勵模塊
（1）一是正常投勵：智能監(jiān)測轉(zhuǎn)子滑差，在主機(jī)起動后,，通過計算轉(zhuǎn)子滑差的變化來開放相應(yīng)的功能（如投全壓,、投勵），即轉(zhuǎn)子頻率為5Hz時,，發(fā)出投全壓指令,；當(dāng)轉(zhuǎn)子頻率為2.5Hz時，選擇在"感應(yīng)電壓順極性尾端過零點(diǎn)"的時刻投勵,，此時,，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓及電流接近于零，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流方向與勵磁裝置輸出電流方向一致,，投勵最為容易,，有利于將電機(jī)迅速牽人同步，完成正常投勵,。
（2）二是后備投勵：若正常投勵不成功,，在主機(jī)起車后,，開始記時，若記時到后備投勵設(shè)定時間,，同樣選擇在"感應(yīng)電壓順極性尾端過零點(diǎn)"的時刻投勵,，完成后備投勵。
2.3.2勵磁調(diào)節(jié)模塊
（1）一是恒定勵磁調(diào)節(jié)模式,，將勵磁給定信號和勵磁電流反饋信號經(jīng)模擬量輸人模塊送人PLC進(jìn)行數(shù)字PID運(yùn)算,，通過模擬量輸出端控制晶閘管移相觸發(fā)電路；
（2）二是恒定無功功率調(diào)節(jié)模式,，將勵磁給定信號和無功電流反饋信號經(jīng)模擬量輸入模塊送人PLC進(jìn)行數(shù)字PID運(yùn)算,，通過模擬量輸出端控制晶閘管移相觸發(fā)電路。
2.3.3 晶閘管故障檢測模塊
如果勵磁整流波頭相互比較,，寬度誤差大于10％,，報警；如果波頭相互比較誤差大于20％,，或周期內(nèi)缺一個波頭,，而且時間超過1 min，停機(jī)并報警,�,？傊Ｇ闆r下,，三相全控橋的整流波形在一個周期,，有六個波頭，而且,，每個波頭幾乎相同。不符合此標(biāo)準(zhǔn)者,，被認(rèn)為故障,，會引起帶勵失步，若不及時處理必將事故擴(kuò)大,。
2.3.4 失步檢測模塊
將失步信號整形后送人PLC,，測量矩形的寬度和頻率，與設(shè)定值比較,，達(dá)到者被認(rèn)為失步,。當(dāng)電機(jī)失步后，PLC立即封鎖投勵控制信號,，同時滅磁繼電器復(fù)位,，使電機(jī)進(jìn)入異步驅(qū)動階段，然后電機(jī)轉(zhuǎn)速自動上升,，待進(jìn)入臨界滑差后,，勵磁裝置自動投勵，按準(zhǔn)確強(qiáng)勵對電機(jī)實(shí)施整步，使電機(jī)恢復(fù)到同步狀態(tài),。如整步失敗,，PLC發(fā)出跳閘信號動作于跳閘回路。液晶顯示屏顯示"失步"或"整步失敗",，按復(fù)位鍵復(fù)位,。
2.3.5 故障連鎖模塊
同步機(jī)的負(fù)載以壓風(fēng)機(jī)為例來說，把壓風(fēng)機(jī)的保護(hù)檢測信號,，如軸溫,、一排溫度、二排溫度,、一排壓力,、二排壓力、冷卻水壓等等報警信號送人PLC,，依據(jù)壓風(fēng)機(jī)的具體要求實(shí)現(xiàn)連鎖,。
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