励磁装置在无刷同步电动机的应用

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇励磁装置在无刷同步电动机的应用范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：本文详细介绍了励磁装置的原理、结构技术性能和励磁保护，穿插介绍了国内最新颖的全数字式微机励磁装置实际的先进的工作原理和应用情况，分析说明目前我厂同步电动机所使用励磁装置的应用状况。

关键词：同步电动机；励磁装置；励磁保护

中图分类号：TM341 文献标识码:A

前言

励磁装置是同步电动机中最核心、最主要的组成部分之一，励磁系统是用来给同步电机转子励磁。系统性能的好坏直接影响到电机及电力系统运行的可靠性、安全性和稳定性。同步电动机的励磁装置主要有三个方面的作用，一是完成同步机的异步启动并牵人同步运行；二是在牵入同步以后励磁电流的调节控制；三是监控系统故障，确保同步机安全运行。

旧式励磁装置在同步电动机运行中发生事故的频率较多,给生产造成较大危胁，同步电动机损坏率高,主要原因旧式同步电动机励磁装置技术性能不完善所致,国内最新颖的全数字式微机励磁装置采用微机控制系统，具有优良的可靠性，具有先进的点阵液晶触摸显示屏，可显示各项运行参数、控制参数及故障信息。装置具有保护功能完善，有失步保护及不减载自动再整步功能；装置设有手动调节及自动调节励磁方式，智能化程度高，调试方便，操作简单，人机界面良好，平时维护工作量极少；可满足工业环境下长期、可靠、连续运行。

1 励磁装置工作原理：

励磁装置是指同步电机的励磁系统中除励磁电源以外的对励磁电流能起控制和调节作用的电气调控装置。

1.1 起动回路接线

同步电动机一般常用的是异步起动，而异步起动又分为：全压起动和降压起动，同步电动机异步起动时，必须将转子励磁绕组通过起动电阻RF短路。励磁装置励磁回路的起动电阻通过跨接方式接入转子回路，如图：

当电动机起动时，通过控制摸块触发起动可控硅KQ，将起动电阻RF接入转子回路。

1.2 转速测量

同步电动机异步起动时，再转子回路里感应出一个交变的感应电流，如下图：所感应电流通过起动电阻转化成电压信号，该电压信号经过隔离后，进入主控制单元，经过进一步的整行后变成方波，测量感应电流、电压的频率，即转差率，也就测量出转子的转速。

1.3 投励

当同步电动机的转速超过某一转速时，对于降压起动的同步电动机，由主控单元发出控制信号，切除降压电抗器，投入全压使电动机加速起动，当电动机的转速达到给定的投励转速时主控单元发出投励信号进行投励。

1.4先进数字式微机励磁系统励磁原理：

数字式微机励磁系统由旋转励磁装置，失步检测装置，微机型静态励磁装置三部分组成，采用两级整定的启动控制电路，按滑差顺极性过零投励技术，启动牵入同步可靠、无冲击，另有计时投励作后备，附加电阻在投励后即自动退出，并设有检测系统保证在点击运行中不会误通附加电阻。装置具有强大的人机对话功能，可随时查看同步电机的电压电流功率因数等，查看励磁装置的励磁电压、励磁电流、可控角等各项重要参数及各类励磁故障的原因，并可在运行中随时修改设定值，设定精度高。手动/自动调节励磁功能，调节范围在在10度到140度之间电度内设定。手动调节采用按键，代替以往故障高的调节电位器；自动调节有恒功率因数、恒励磁电流、恒无功三种，并且具有失步检测及带载自动再整步技术。

2 目前国内先进的励磁装置主要性能及特点：

2.1全数字化、高可靠性：主控单元采用高性能的数字式控制单元，励磁装置的操作逻辑电路、机械或者电子的电压整定机构都可以简化或者取消，实现全交流采样技术，采用大规模集成芯片，可靠性能大大提高。

2.2方便直观的人机界面对话

采用汉化触摸屏人机界面，信息量丰富，观察直观，操作方便。可随时查看同步电机的U、I、cos 、f、P、Q，可查看励磁装置的UL，IL， 等各项重要参数及装置发出的各类报警信息，并可在运行中随时修改设定值，设定精度高。

2.3具有恒电流、恒功率因数自动调节功能

可通过装置控制中心面板上的触摸屏选定何种自动调节方式，自动/手动方式可通过操作仪表面板上的自动/手动旋钮实现切换。由于有 角自动跟踪，所以由"自动"转向"手动"调节时为无扰动切换；当由"手动"转为"自动"调节时，若原手动设定的 角与自动调节所需的 角有差异，则会向自动调节所需的 角方向调节，调节快慢可通过触摸屏调整参数。

2.4具有手动/自动调节励磁功能

手动调节范围一般设置为额定励磁电压值的20%~130%。采用增/减磁按钮来调节励磁，取消了以往故障率高的励磁调节电位器。

2.5完善的自检、控制及保护功能

具有完善的保护功能，用于保护励磁装置本身和同步电动机的安全运行，除一般常规保护外，本装置还具有欠励、过励时延时报警并自动调节至正常值的功能，具有高压断路器拒跳、PT断线、直流失压等报警功能。具有旋转整流器故障检测功能。

具有失步保护及不减载自动再整步功能。当电机因负载突增、电压剧降、励磁电源短时消失等原因导致电机带励、失励失步时，在故障源消除后，本装置会实现自动带载再整步，使电机恢复稳定同步运行，如因故障时间过长或电机特性过差，无法实现再整步时，失步保护装置会自动动作于跳闸。在运行期间，电网电压降到额定电压的80%时（定值可设定），励磁系统可提供不小于额定励磁电压1.4倍的强励电压，强励时间不大于50秒。

2.6具有通讯功能，可实现上位机远程监控

2.7故障数据录波及事故记忆功能

记忆故障前以及故障后的检测数据，包括励磁电流、功率因数、有功功率、定子电流、定子电压等重要参数。按照先进先出的原则可记录操作信号、故障信号、保护动作信号发生的时间等。历史记录中包括故障报警及重要操作，便于分析问题。

2.8控制系统采用交直流电源双路供电

交直流电源双路供电当任一路电源消失后，另一路电源仍可保证装置正常工作。

2.9装置主电源采用双回路电源

双回路电源可自动切换，切换时间

3、励磁装置的结构及组成

3.1结构。励磁柜一般为钢质单柜体结构。钢板表面喷塑，前后开门，一般要求离墙800～1000mm安装。柜前为玻璃门，门内各种仪表及信号指示通过玻璃门清晰可见。柜后门及柜顶部设有通风窗。

3.2一般的励磁柜按单元式柜前、柜内、柜后、上、下顺序布局

Ⅰ单元 仪表操作单元

Ⅱ单元 传感器单元

Ⅲ单元 主回路单元

Ⅳ单元 继电器单元

Ⅴ单元 电源板单元

Ⅵ单元 主桥整流板单元

Ⅶ单元 控制中心单元

下面对Ⅰ、Ⅶ、Ⅴ单元分别介绍如下：

3.3 仪表操作单元。本单元上有定子电流、功率因数、励磁电流、励磁电压表计指示；有交流电源、直流电源、电机运行、励磁工作、励磁故障信号指示灯，控制开关WHK有调试位，0位，工作位三挡；设有手动投励、音响解除、手动增磁、手动减磁按钮以及调节方式选择旋钮、主备电源选择旋钮。操作人员通过本单元可完成常规监视及操作功能。

3.4控制中心单元

控制中心是装置的控制核心，其可靠性和功能决定了微机励磁装置的水平。这是依靠简洁、可靠的硬件电路和强大的软件功能来得到保证，控制中心设在专用的小机箱内。机笼机笼内有6个插道，它包含A/B两个系统的CPU板、IO板、DY电源板。

3.5电源板单元及传感器单元

本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文

3.5.1同步变压器TB：同步变压器一次侧~220V引自电源进线，二次侧2路~12V输出提供装置的A/B系统的同步电源。

3.5.2双24V开关电源交流开关电源、直流开关电源的输入由WHK控制，当WHK在调试或工作位时，电源接通；WHK在0位时，电源断开。

3.5.3开关电源板其作用是将开关电源的DC 24V输出用二极管两两并联后输出，并监视各24V输出是否正常。Ⅰ路直流24V输出供控制中心，Ⅱ路直流24V输出作本装置的控制、保护回路电源。

3.5.4传感器板A/B系统各有一套传感器板，本板功能是将定子电流、定子电压、励磁电压、励磁电流信号经传感器隔离、转换成0～5V级信号送入控制中心。

3.5.5旋转整流器故障检测板旋转整流器故障检测板是通过分析交流励磁机励磁绕组中电流的谐波分量来确定旋转整流器内部是否产生了故障。

4励磁保护系统

为了保证同步电动机的安全稳定运行，励磁装置具有全面的保护功能，所有限制的保护功能的定值和时间均能在现场进行设定，主要保护如下：

4.1 最大励磁电流限制

最大励磁电流限制，是为了防止电动机励磁绕组长期过载而采取的限制措施；

最大励磁电流限制采用反时限特性，模拟转子的发热模型，其允许的过励时间是随电动机励磁电流的大小而变化的，

4.2最小励磁电流限制

同步电动机一般运行在超前功率因数下，当励磁不足时，电动机定子电流的功率因数有超前变成滞后，从电网吸收感性无功功率，再电动机所带负载较轻时，尚可稳定运行，但是当负载较重时，若减少励磁电流，电动机的静态稳定系数降低，严重时将会导致失步，必须加以限制，最小励磁电流限制在检测到励磁电流达到最小限制电流值时，延时后即进行保护，控制方式转入恒励磁电流控制。

4.3 缺相、失控报警

缺相运行时，电动机的功率只是额定功率的一半左右,如果额定负载不变,这时的电动机绕组间的电流必然会超过额定电流,将使电动机外壳发热,长时间运行会烧毁绕组，损坏电动机。

该项保护灵敏度受"低电平阀值"控制，增大该参数将使灵敏度增大，但该值过高有可能在正常较小励磁电压时误报"失控或缺相"故障，并且每台装置的该项参数可能不同。

在主整流板上解开一组可控硅二极管模块的触发极引线（模拟丢失一相触发脉冲），励磁输出出现图所示的缺相励磁电压波形，经过一段延时，励磁装置响铃报警，仪表板上励磁故障灯亮，键盘板上"报警"灯亮，打开报警窗显示失控或缺相。

在仪表板上按一下音响解除按钮，停掉电铃报警，接上触发极引线，励磁电压波形恢复正常，此时励磁故障报警继电器处在自锁位置，故仪表板、键盘板上的报警灯继续亮，在键盘板报警窗界面下按OK键，励磁故障灯灭，报警窗显示清除。

在主整流桥板上解开二组或三组可控硅二极管模块的触发极引线（模拟丢失两相或三相触发脉冲），励磁输出出现图所示的失控励磁电压波形，经过一段延时，励磁装置响铃报警，各种显示及恢复过程同上述的缺相报警，接着进行下面的试验。

5励磁装置的正常维护

目前国内先进的数字微机式励磁装置，其维护十分简便，可结合机组的大、中修进行必要的检查：

除尘土，保持装置的清洁。

对静态励磁柜上的紧固点、接线端子进行检查，对有腐蚀和锈蚀部分进行处理。

对继电器、接触器、控制单元的板卡进行检查，腐蚀严重时必须更换或清理。

结论：

同步电动机励磁装置采用了先进的数字化控制技术及半导体可控整流技术，通过对同步电动机的运行参数、运行曲线及特性曲线进行优化处理，使同步电动机在异步起动、脉冲形成、脉冲放大、自动投励、自动灭磁，失步保护、过电压保护、抗干扰等方面具有先进而可靠的技术处理方法，达到了对同步电动机的运行智能化控制， 使得同步机更可靠的运行。

参考文献

[1]杨成德.同步电动机励磁装置的技术改进・电工技术杂志，2001(4).

[2]陈小明．励磁装置原理讲解．葛洲坝水力发电厂技术教材，2001.2.

本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文