WKLF无刷同步电动机微机励磁装置用户手册.docx

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WKLF无刷同步电动机微机励磁装置用户手册

WKLF-400无刷同步电动机微机励磁装置用户手册

概述

WKLF-400系列微机控制无刷同步电动机励磁系统是北京前锋科技有限公司研发的最新代无刷同步电动机励磁产品，其核心控制单元为Excitrol-400型做机控制同步电动机励磁调节器。

该系列的标准型产品型号为阪LF-402，配置双套Excitrol-400励磁调节器:

具有双套调节器自动跟踪和故障自动切换（调节器双冗余〕的技术性能。

如用户要求，亦可选配双套功率单元，主通道功率单元故障能自动切换至备用通道。

该系列的旋转励磁系统电气配置完全相同。

Excitrol-400励磁调节捧为结构独立的控制单元，其功能涵盖了励磁系统所有测量、控制、调节与保护:

如F阳脉冲形成、模拟量测量、接点量开入开出、参数整定与励磁调节、软硬件故障监测、双~l通讯、后台i且讯、与PC机或液晶操作面板通讯等等。

采用双调节器配置时双机只通过CAN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。

采用Excitrol-400励磁调节器只需另外配置励磁功率单元、人机操作面板及简单的操作指示元件即可构成整套静态励磁系统，各部分功能明确，结构简洁。

Excitrol-40Q励磁调节器采用具有超大规模集成度的32位嵌入式DSP处理器做为核心控制单元，其150MHz的主时钟频率足以应对任何复杂的快速运算:

Excitrol-400励磁调节器内部儿乎所有模拟量测量均采用快速傅立时变换（FFT）运算，具有极高的抗工业现场干扰能力o

本系列的旋转励磁系统沿用WKLF-41型的旋转睛磁系统，有着多年的高可靠运行业绩，各功能模块均通过了南阳防爆电气研究所国家防爆电气产品质量检测中心的防爆检测，并取得防爆合格证。

本系列的旋转励磁系统具有滑差检测、准角判断环节、零压计时投励环节以及启动回路控制及监测功能，彻底解决了励磁系统可能出现的起动脉振、投励i骨差捕捉不到、投励冲击、运行中起iii）电阻发热等问题:

并使系统具备失步保护和不被载自动再同步功能。

本系列励磁系统可应用于石油、化工、冶金、矿山、煤气等II类C级T3组爆炸危险场所使用的无刷同步电动机，也可州用于普通场所的无刷同步电动机。

飞去LF-400型无刷10J步电动机微机励磁装究用户手册

一、主要技术特点

1.1采用具有超大规模集成度的32位嵌入式DSP处理器做为核心控制单元，主时钟频率为150Hz;励磁调节器具古超强的数字信号处理能力。

1.216通道模拟量采集均为每周期（每20毫秒）128点高速交流直接采样，井通过快速傅立叶变换（FFT）计算各电参数基波数值，信号测量不受工业现场干tit影响。

1.3采用E町、CPLD等超大规模集成电路，最大限度的减少硬件设讨（即硬件功能的软件化设计），主控制线路板采用6层板结构，全面的表面贴装工艺。

1.4起动无脉振、投励无冲击。

旋转主控制模块设有滑差准角投励检测挫制环节，能迅速准确捕捉到滑差，实现真正准角投励。

特别适合J.带负荷起动及要求实现不减载自动再整步的各类场所。

同时还设有军ffi计时投励作为后备投励环节，确保在电机轻载成空载起动时可靠投励。

1.5旋转励磁系统的主国路采用过零触发三相半控桥式电路，较其它形式更为简洁可靠。

取消了常规电路设置于直流回路的投励控制可控硅，使由于散热因素引起的电流限制瓶颈得以消除，适应电机容量更广。

另外，该型电路在旋转控制模块故障或单旋转功率模块故障时不会导致电机立即失磁。

1.6设有旋转起动灭磁电阻回路误开通保护环节，在电机正常运行时，确保旋转起动火磁电'fl维持冷态。

1.7旋转拉制模块采用胶封型全密封结构，具有防爆增安性能的同时，能耐受酸、碱、潮湿、盐雾等恶劣环境:

内部电路采用军品元器件，设计时充分考虑极端工况的过l±及欠频冲击目

1.8静态励磁装置设有纯软件快速算法的旋转励磁系统工作状况判别环节，当旋转系统中的模块功能失效时，能业时动作于报警或跳闹。

1.9静告励磁装置功率元件采用[GET器件，通过PIIM斩波控制调节励磁输出大小，对励磁电源相数、相序、频率等无严格要求:

允许双套功丰单元井列运行。

1.10可满足屯动机降压异步起动和l全压异步起动要求。

1.11励磁调节方式可设置为自动、手动及开环模式。

自动模式为双闭环励磁调节方式，内环为励磁电流调节，夕阳:

可选择采用恒无功功率或恒功率因数调节:

恒功率因数调节方式还配置有上、下限无功功率限位功能，确保电机不长时间超额运行以及轻载运行的稳定性。

手动模式采用恒励磁电流调节目开环模式作为种安全保守运行模式在前两种模式无法正常运行时采用，开环模式将退出所有闭环调节并屏蔽除硬件监测保护外的所有限制保护功能。

各种调节方式可随时于动豆相切换，且切换无抖动（开环模式除外）。

1.12具有失步保护及事减载自动再整步功能。

当扰动超过同步电机同步自~）J极限而失步时，该装置能迅速检测到并采取可靠技本措施，使同步机自动恢复再整步，保持连续运行。

在出现受同步电机自身等条件限制导致再整步不成功时，装置能可靠跳闹停机。

1.13具有与断电保护装置配合头，l\:

断电臼动再整步功能。

1.14具有全面的励磁保护和限制功能。

包括z调节器内部硬件故障及电源监测、霍尔传感器故障检测、励磁输出开路检测、功率单元故障检测、旋转励磁系统故障监测、增减磁接点粘队主保护、PI断线检测、空气开关及快速熔断器检测、带励失步保护、失磁失步保护、旋转励磁系统长时间平投励保护、再整步失败保护、灭磁失败保护，可将定的反时限强励限制、最小励磁限制、过励限制、最小无:

r}J限制、低电压强行勋磁等等。

软件故障设有两级看门狗监测保护B

1.15支持在线参数整定，所有参数即改即用，配置参数保存于串行EEPROM中井按正、副本加CRC校验码保存，IE本参数错误自动使用副本c掉电丰丢失。

1.16支持多种控制操作模式。

包括:

1肃地面板按钮操作，带触摸屏的就地液晶面板操作，就地PC机运行Excitrolsoft软件包操作，远方RS185接口后台PC机（上位机）操作，通过外责调制解调器及公用电话线网络与远程PC机连接实现远程操作、调试及故障诊断。

1.17完备的事件记录功能。

能难确记录励磁装置的每一次我地或远方操作、装置的瞬时或永久故障信息、输入输出接点量及内部状态变位等信息，可记录最新发生的1500条事iii信息，掉电不丢失。

1.18功能强大的内置录波器。

励磁调节器内部配置有可同时录制两路模拟量和

八路接点量的录波器;最大录波分辩率为每周期（每20毫秒）128点，最大录波时长为76秒，在录波时长内可任意配置录波追忆时间，两路模拟量百J根据需要选择配置为调节器采集的所有模拟通道中的任意两个通道，录波器可手动触发或自动触发，配合Excitrol_soft软件包中的波形分析功能很方便的实现波形分析、存储、打印等。

I.19功率参数测量的在线选线功能。

功率参数的测量依赖于PT、CT次回路的接线正确性，在电机开机前要确保接线正确有一定难度，开机后难免存在带电调换接线或需停机调换接线的难题，而且很难保证次调线就能解决问题;Excitrol系列励磁调节器可同时显示PT、CT所有接线组合测得的功率参数值，用户可根据当时电机运行工况轻松地选择正确的接线组合并永久保存至调节器，无须调换PT、CT物理接线位置。

1.20优异的抗干扰性能，通过GB/T17626严酷等级为囚级的抗干扰测试，励磁输出无波动，调节器各项功能不受影响。

1.21双机热备用功能。

现套调节器通过CAN通讯电缆连接，分主、备机运行，双套调节器软、硬件完全独有，各机自动跟踪主机运行状况;双机均巨常时可操作于动切换任意指定主机通道。

采用独特的双机切换优先级控制技术，在主机发生软、硬件故障，电源故障，限制器失灵，调节失效等故障且故障等级恶劣T备机时，自动无抖动切换至备用通道:

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。

1.22励磁屏就地操作显示标准配置5.7英寸320X240点阵彩色中文显示液晶触摸屏面板，亦可应用严要求选配7.7英寸或更大屏幕尺寸640X480点阵TFT彩色中文显示液晶触摸屏面板。

1.23全面的电参数测量思示功能。

可班室显示的电参数包括2励磁电流、励磁电压、定于三相线电ffi、定子电流、电网频率、有功功率、无功功率、功率凶数、PWM山空比、电机启动时间、累计运行时间、调节器环境温度及辅助功能的两路4-20mA电流值。

1.24功能的可扩展性。

预留了两路与调节器内部隔离且相互隔离的4-2毫安模拟量输入接口，可设置上、下限阀值，动作于报警或跳闹停机。

在用户有电机转速、轴承温升、励磁变压器温升等要求时可轻松实现功能扩展。

二、装置的适应范围及使用环境

2.1适应范围

WKLF-400微机控制无刷同步电动机励磁系统适用于转速低于1000RPM增安型II类C级T3组爆炸危险场所各种容量、各种不同负载的无刷同步电动机，也可用于转速高于1000RPM普通场所（非增安型）的各类无刷同步电动机。

2.2使用环境

2.2.1旋转励磁系统的使用环境

WKLF-400微机控制无刷同步电动机励磁系统的旋转励磁系统安装于主电机轴上，其使用环境与主电机相同。

各组成部件均单独取证，符合增去型II类C级T3纽爆炸危险场所的要求。

2.2.2静态励磁装置的使用环境

WKLF-400系列静态励磁装置不符合增安型II类C级T3纽爆炸危险场所的要求，必须与电机分别安置。

2.2.2.1环境温度

Excitrol-400励磁调节器型式试验环境温度低温-10oC，高温55oC，

WKLF-400系列励磁装置使用环境温度为-5oC∽-45oC，环境温度变化率不大于5oC/h，

2.2.2.2海拔

WKLF-400系列励磁装置使用地点海拔不大于1500米，超过1500米与用户协商做降额使用。

2.2.2.3湿度

WKLF-100系列励磁装置使用环境相对湿度不超过90%（20oC），且不得出现凝露。

2.2.2.4气体污染

使用环坊!

时无导电或爆炸尘埃，无腐蚀金属或破坏绝缘的气体或蒸气。

2.2.2.5振动

装置安装地点所允许的振动条件：

振动频率严酷等级为（10Hz∽150Hz）时，振动加速度不大于5m/S2

三、主要技术性能参数

3.1静态励磁装置模拟量测量范围及精度

模拟量测量为每周期〔每20毫秒）128点高速交流直接采样测量，A/D转换分辨率2-120

励磁电流:

0∽不小于1.5倍额定励磁电流，精度不低于土0，5%;

励磁电压:

0∽不小于1.2倍励磁变压器二次侧额定电压峰值，精度不低于±1%;

定于电压：

取自PT二次侧三相线电压，0∽140V，精度不低于±0.5%;

定子电流：

取自CT二次侧单相相电流，设有5A和lA两个独立输入通道

对T5A通道，测量范围0∽30A，精度不低于±1%;

对于lA通道，测量范阐0∽6A，精度不低于±1%;

频率测量:

45Hz∽55Hz验精度不低于±O.05Hz;

功率参数测量:

四象限功率参数测量，功率因数测量范围

-0∽-5∽1.0∞+0.5∽+0，精度不低于±2%;

励磁电流谐波测量:

精度不低于±2.5%;

4-20mA通道输入电流也围O∽25mA，精度不低于±0.5%;

所有模拟量测量在环境温度从-10oC∽55oC变化时波动不超过±0.1%

3.2静态励磁装置开入开出接点量容量

开入:

15路光电隔离开入

开出:

11路继电器开出

3.3励磁调节参数

IGBT控制PWM占雪比分辨率2-16，调节范围2%∽98%

控制调节速度

励磁电流调节200{欠/秒

功率因数或无功功率调节50次/秒（受交流整周期采样限制）

3.4励磁电源允许范围

频率:

25∽1Hz，或直流

相数:

单相或三相

标准配置使用三相50Hz,AC380V双路交流电源，用户要求使用其他类型励磁电源时需在定货前说明。

3.5静态励磁最大持续励磁输出（配置WKLF-PU20功率单元）

电压:

0∽300V

电流；0∽20A

强励倍数:

≮1.4倍，持续时间≮10秒

3.6励磁电流调节器性能指标

·给定值调整范围以及调整速率均可按用户习惯整定，默认值为

给定值上限，120%

给定值下限，40%

给定值调整速率，10%/S

·励磁电源波动不大于士20~时，励磁电流输出波动不大于±0.5%;

·励磁绕组直流电阻波动不大于10%时，励磁电流输出波动不大于±0.5%，

3.7功率因数调节器性能指标

·给定值调整范围以及调整速率均可按用户习惯整定，默认值为.

给定值上限，0.80

给定值F限，1.00

给定值调整速率，5%/S

·在功率因数调节器的上、下无功功率限定范围内，额定功率因数条件下，有功功率波动额定值的±50%时，功率因数波动不大于±0.5%;

3.8无功功率调节器性能指标

·给定值调整范围以及调整速率均可按用户习惯整位，默认值为

给定值上限，120%

给定值下限，0%

给定值调整速率，5%/S

·额定无功功率条件下，有功功率波动额定值的±50%时，或定于电压波动士10%时，无功功率波动不大于±0.5%

3.9静态励磁装置的辅助电源

交、直流双路电源并联供电，任意一路故障装置运行不受影响，双路电路同时掉电能可靠跳闸停机。

交流电源输入:

AC175V∽260V，50Hz±6%;，功率消耗≯200VAo

直流电源输入:

DC100V∽270V.现场无直流电源时也可接入AC175V∽260V，5Hz±6%交流电源:

功率消耗≯50Wo

3.10抗干扰能力

3.10.1抗静电放电干扰

符合GB/T17626.2.等级为Ⅲ级，试验电压6KV.

3.10.2脉冲群干扰

符合GB/T17626.4.等级为Ⅲ级，脉冲频率分别为IMHz和100KHz，共模试验电压2.5Kv.差模试滥电压1.0Kv.

3.10.3快速瞬变干扰

符合GB/T17626.4.等级为Ⅲ级，正、负向尖峰脉冲，频率5Hz.共模试验电压2.0Kv.

3.11串行通讯接口

Excitrol-400励磁调节器提供有四个异步吊行通讯接口

PORT1:

隔离的标准9线市~RS232吊行通讯接口，通讯;草率不低于57600Bit/S，用于与就地PC机直接连接或通过调制解调器及公用电话网与远程"I算机连接，支持调制解调器的初始化配置自动摘机。

PORT2:

隔离的RS485申行通讯接口，并带有24V电源输出，通讯速率不低于57600Bit/S，用于与就地液晶操作面板连接。

PORT2和PORT!

通讯连接不得同时进行。

PORT3:

CAN总线串行通讯接口，通讯迷率500阻HIS，用于双套调节器之间的数据交换。

PORT4:

隔离的R5485串行通讯接口，配置有标准MODBU5RT[模式通讯规约，通讯速率可配置为不超过57600Bit/S，用于调节器与后台计算机通讯，支持后台测控。

A.B套调节器需分配不同的从站地址。

3.12人机界面

标准配置

分辨率，320X240点阵屏幕尺寸5.7英寸

颜色:

彩色

触摸屏，4线电阻式，分辨率1.5mm，表面硬度4H

可选配置

分辨率:

640X480点阵

屏幕尺寸7.7英寸或更大尺寸

颜色TFT彩色

触摸屏4线电阻式，分辨率2mm（7.7英寸），表面硬度扭

3.13旋转励磁系统的主要技术参数

3.13.1旋转功率模块（增安型）

防爆标志:

ExeIIT3，

防爆合格证编号:

CNEx04.499U，

ZL型旋转整流功率模块

通态平均电流200A~500A

断态重复峰值电压1600V~2600V，

QD型旋转整流功率模块z

通态平均电流200A~400A，

断态重复峰值电压600V~1200V，

3.13.2创型旋转起动灭磁电阻（增安型）

防爆标志:

ExEIIT3

防爆合格证编号CNEx04.500U，电阻值，0.1~0.6Ω，

电流值不大于210A（高速型非增安型无此限制）:

通电时间不大于12秒（高速型非增安型无此限制），

3.13.3ZK42型旋转主控制模块（增安型）

防爆标志:

ExeIIT3;

防爆合格证编号:

CNEx04.498U，

最大输入电压AC270V（三相线电压），

三路相互隔离的触发脉冲输出，最大输出电流平均值O.2A，

3.13.1当电机转速超过1500RPM时，可选配高速非增安型旋转励磁系统，除不具备防暴增安性能外,各部件的电气技末指际与均交主主劝应部件完全相同。

4.1电气配置

4.1.1静态励磁装置电气配置

WKLF-402型微机控制同步电动机励磁装置的电气原理图分别如图4.1所示。

装置的电气配置由以下几部分构成

4.1.1.1功率单元

本装置功率单元采用WKLF-PU20型PWM脉宽调制功率单元，励磁电源（直流或交流、单相或三相，通常采用二相交流电源）通过时3#∽5#接线端子输入，经三相快速熔断器-FU1∽-FU3输入至三相整流桥模块-V1，并配置有用于交流侧浪涌;吸收的470V/10KA三相△形连接的压敏电阻-RV1∽-RV3;整流桥模块-V1将输入的交流电源整流为直流，并通过电容器-C1滤波。

IGBT模块-V2工作于斩波状态，按固定频率导迫和截止，通过改变-V2在每一个导通周期内的导迪时间（即占空比〕即可调整输出电压的大小。

IGBT模块-V3为灭磁用IGBT，投励时-V3持续导通，灭磁时V3截止;励磁电流通过灭磁电阻-R1形成回路，励磁绕组储能由R1消耗以缩短灭磁时间。

-V2及-V31GBT的控制信号由励磁调节器发出，经过IGBT驱动板-AP2实现对功率单元的励磁输出调节以及投励或灭磁的控制。

霍尔电流及电压传感器安装于线路板一AP1（型号为EXC_LEM）上，用于励磁电流及励磁电压的测量变换，励磁电压传感器根据励磁电源的峰值选取次测量i电压，励磁电流传感器则根据额定励磁电流的大小选择一次穿心的同数。

功率单元的规格包括励磁电源输入线电压，以及最大输出励磁电流（额定励磁电流的1.5倍），需根据同步电动机额定励磁电流、电压的实际值选择，在《现场实验报告》中有明确记录。

4.1.1.2空气开关

空气开关作为励磁电源投、切控器及励磁装置的输入过电流保护元件，安装于励磁电源进线与励磁变压器一次侧之间（标准配置）。

空气开关输出两副辅助接点，其一反映空气开关的手柄位置（即分、合闸状态），在分闸时接点闭合；其二

为反映空气开关过流保护动作状态，在保护动作时闭告，可以是瞬动或长动。

两画l接点均连接至励磁调节器单元B空气开关的操作型式可由用户选择手动操作（常规〕或电动操作机构，Excitrol系列励磁调节器均配置有空气开关电动操作接口，在选配有电动操作机构时可通过励磁调节器的串行通讯接口以多种模式从就地或远方操作空气开关。

空气开关的容量根据励磁变压器容量选择，在《现场实验报告》中有明确记录。

4.1.1.3励磁变压器

本装置常规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-ll，一次侧电压为AC400V。

励磁变压器的其他形式的连接组别对装置运行无任何影响:

变压器的容量及变比根据电机的实际参数选择，在《现场实验报告》中有明确记录。

4.1.1.4励磁调节器

WKLF-402型微机励磁装置采用两台功能等同的Excitrol-400型微机控制同步电动机励磁调节器作为励磁系统的A（-AA）、B（-AB）两套核心控制、调节正保护单元，两套调节器均能独立完成同步电动机的启动及再整步控制、励磁自动或于动调节、励磁系统的所有保护、多种模式的串行通讯此就地、远方操作等功能:

双套调节器之间没有任何软、硬件公用部件，只通过高速CAN总线连接以交换运行数据，分主、备机运行，备机自动跟踪主机运行状况，双机均正常时可操作手动切换任意指定主机通道。

Excitrol-400型励磁调节器采用了独特的切换优先级控制技术，古主机发生软、硬件故障，电源故障，调节器限制调节器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用通道，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（即励磁事故）则动作于跳闸停机。

每个Excitrol型励磁调节器都设置有软标签，标签记载的信息包括调节器型号、序列号、软件版本号、制造日期、制造商名称及联系电话。

其中调节器序列号是区别不同调节器的唯标识，从调节器上传的所有立件包括调节器配置立件、录波图文件以及事件记录丈件都包含有该标识;其中调节器配置立件固定使用其序列号作为文件名，用户不得随意修改。

录。

每台励磁装置使用的调节器型号及序列号在《现场实验报告》中有明确1己

4.1.1.5测量指示元件

（l）本装置配置有用于励磁电流（-Pl）、励磁电压（-P2）及定于电流（-P3）显示的常规表计，为显示直观，标准配置为指针式仪表。

（2）用于励磁电流和励磁电压的测量的霍尔电流（-Bl）和霍尔电压（-B2）传感器安装于WKLF-PU20型功率单元中，霍尔电流、电压传感器的工作电源从双套励磁调节器获得，其输出的信号直接送至励磁调节器单元。

（3）从电压互感器小母线上获取的三相母线电压信号通过:

熔断器-FU6、-FU7，-FU8直接送至A，B套励磁调节器单元。

（4）从机端电流互感器二次获取的单相定于电流信号串联定于电流表计后依次串联至A，B套励磁调节器单元;Excitrol励磁调节器分别设置有电流互感器二次额定电流为5A和lA的测量通道并设置有不同的接线端子，在用户没有特别说明时按5A考虑，电流互感器二次连线串联于日通道的接线端于。

由于双套调节器的定于电流信号为串联连接，在电机运行中若需更换A或E套调节器单元，需先将对应调节器的谈信号短接，在端子排-X6上设有专用的短接端于。

（5）用于用户自定义功能扩展的两路-20mA输入信号在柜内己从A（B）套励磁调节器单元配线至端于排（-X8）时，用户有功能扩展要求时可将带有4-20mA输出的传感器直接连线至端于排-X8，并修改调节器配置整定扩展功能动作闺值并设置动作方式（跳闸或报警），由于每一路4-20mA通道的A、B套调节器的输入均为串联接线，要求外配4-20mA传感器具有不小于10V负载能力，两路4-20mA通道相互隔离，并与调节器内部隔离，隔离耐受电压不低于AC1000V。

（6）本装置仪表板单元安装有交流电源、直流电源、励磁工作、故障指示及电机运行五个不同颜色指示灯；在故障指示点亮时说明励磁系统（包括励磁装置及其外部关联设备）存在非正常状况，但并不一定表明励磁装置自身存在故障，需根据液晶触摸屏面板显示的故障信息加以区分。

4.1.1.6液晶面板

液晶面板归为本装置就地操作、参数配置、信息显示等的人机交互于台，标准配置为320X240点阵5.7英寸彩色液晶触摸屏面板:

高端配置为640X480点阵7.7英寸TFT彩色液晶触摸屏面板。

显示器表面安装有四线电阻触摸国板，也可根据应用户要求选配不同尺寸的液晶触摸屏丽版。

液晶面板通过RS4B5通讯接口及通讯电缆（Excitro