长沙八达微机全数字励磁装置说明书.docx

1、长沙八达微机全数字励磁装置说明书WBL30系列微机控制同步电动机励磁装置技术使用说明书 长沙八达电控设备实业有限公司目 录一、 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、 图纸资料一、概述WBL30系列微机控制同步电动机励磁装置是长沙八达电控设备实业有限公司总结近二十年生产同步电动机励磁装置积累的丰富经验，装备了功能强大的WBS型微机全数字励磁控制单元研制而成的高可靠、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

2、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-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-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公司原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-型微机全数字励磁控制单元，该控制

3、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-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

4、双套WBS-型微机全数字控制单元配置时，双机互为热备，且双机无任何公用部分，真正做到百分之百软、硬件冗余。二、主要技术特点WBL30系列微机控制励磁装置作为我公司全新一代同步电动机励磁系统，是我公司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。并有早投保护及后

5、备延时投励，延时投励时间060秒可设。2.3励磁装置功率单元（主回路）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030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

6、.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

7、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

8、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

9、。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

10、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。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RS485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-

11、型微机全数字控制单元时双机热备用功能。双机分主、备机运行，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，I/0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。三、主要技术性能

12、参数3.1系统主要技术指标：（1）、 输入要求：三相四线交流，380V220V10，50Hz1Hz；（2）、 触发脉冲移相范围 0170（3）、 可满足额定励磁电压从20V270V，额定励磁电流从100A600A；（4）、 功率因数在0.51范围内连续可调；（5）、 强励倍数为1.21.6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，维持时间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：0.30（10）、滑差投励：按转子

13、滑差 5%4%顺极性投励；（11）、后备投励：投励时间030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030秒可设；（14）、停机逆变：5秒内以最大逆变电压快速灭磁（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=(0100%)；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在上、下无功功率限定范围内,

14、额定功率因数条件下.有功功率在额定值的50%范围时,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=(0100)%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100M。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级的振动响应能力。检验时，

15、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/T1

16、4537-1993中4.3规定的严酷等级为级的碰撞能力。检验时，施加激励量，不带包装；检验后，产品不应有机械损坏。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规定的严酷等级为级的1MHz和100kHz的脉冲群干扰试验。四、型号意义、外形尺寸及

17、选型一览表4.1型号意义如图1所示：微机 W BL3 /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型 号 规 格输入电压输入电流外型尺寸整流变压器备 注WBL3-200/503N 380V17.5A柜 1柜内安装WBL3-200/753N 380V26A柜 1柜内安装WBL3-200/1103N 380V39A柜 1

18、柜内安装WBL3-200/1403N 380V48.5A柜 1柜内安装WBL3-200/1703N 380V59A柜 1柜内安装WBL3-300/503N 380V26A柜 1柜内安装WBL3-300/753N 380V39A柜 1柜内安装WBL3-300/1103N 380V57A柜 1柜内安装WBL3-300/1403N 380V73A柜 1柜外附装或柜内WBL3-300/1703N 380V88.4A柜 1柜外附装或柜内WBL3-450/503N 380V39A柜 1柜外附装或柜内WBL3-450/753N 380V58.5A柜 1柜外附装或柜内WBL3-450/1103N 380V86

19、A柜 2柜外附装或柜内WBL3-450/1403N 380V109.1A柜 2柜外附装WBL3-450/1703N 380V132.5A柜 2柜外附装WBL3-600/503N 380V52A柜 2柜外附装或柜内WBL3-600/753N 380V78A柜 2柜外附装或柜内WBL3-600/1103N 380V114.3A柜 2柜外附装WBL3-600/1403N 380V145.5A柜 2柜外附装WBL3-600/1703N 380V177A柜 2柜外附装五、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

20、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系列励磁柜装置主要由柜体、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：2200800600；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

21、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、

22、标准化。对WBS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（2）、控制单元原理框图前置模拟信号处理协 处理 器内部数据交换总线保护计算以及判断采保转换前置开入量处理电 气隔 离测量以及通信处 理通信接口隔离及频率测量前置频率通 道显 示键 盘指 示灯 人机交换处 理保护控制输出及驱动输出隔离 前置同步信号处理电路硬件脉冲分配器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 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12864；并把其它三个插件的总线端子分布于此板背面。 电源插件

23、：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I/O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CPU主板插件采样板插件B1N1B2N1B3N1UF+励磁电压+485IA定子IA进UF-励磁电压-485IAN定子IA出ZC+转差电压+B2N2IC定子IC进ZC-转差电压-1TD调定/工作位置开入

24、ICN定子IC出空2FJ风机工作位置开入UA定子UADC（AC 220V）3MC灭磁开入UB定子UBDC（AC零线）4ZC增磁开入UC定子UC空5JC减磁开入UTA同步电压*GND外部24V地6BY备用开入UTAN同步电压10+24外部输入24V7BY备用开入10空B1N28BY备用开入11UTB备用同步电压1MC1低压灭磁控制19GG开入公共端12210GG开入公共端B3N23MC2低压灭磁控制2B2N31Z8 整流变B相41IF+励磁电流2K26 -B触发端5TQY投全压常开2IF-励磁电流3K25 +C触发端6励磁电流来自直流变送器4Z7 整流变A相7JZ保护告警输出5K24 -A触发端

25、86K23 +B触发端9SB保护跳闸7Z9 整流变C相108K22 -C触发端9Z11 整流输出+10K11 +A触发端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RFd12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、R

26、31、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

27、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。六、工作原理6.1系统工作原理框图灭磁回路功率单元整流变压器整流电源 脉冲驱动滑 电差 压检 反测 馈IF反馈脉冲发生器微机控制器同步回路定子电流电压保护和控制输出开关量输入人机界面处理器风机、调定等开入人机接口图 6（注：虚线框内为WBS-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

28、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。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

29、)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。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