由于某因素造成同步電動(dòng)機(jī)失步運(yùn)行。一旦失步,電動(dòng)機(jī)定子回路功率因數(shù)會(huì)大幅度下降,失步保護(hù)電路經(jīng)延時(shí)后,給出失步跳閘信號(hào),延時(shí)跳閘可避免誤動(dòng)作,增加了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
1. 可控性
自勵(lì)式磁控電抗器:四個(gè)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(lì)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(dòng)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(gè)控制繞組控制三相工作繞組,是一種松散控制,直流勵(lì)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(dòng)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(lì)式磁控軟啟動(dòng):起動(dòng)電流恒流值可在接近全壓起動(dòng)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(jì)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(dòng)成功;
傳統(tǒng)磁控軟啟動(dòng):起動(dòng)電流恒流值只能是設(shè)計(jì)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(jì)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
4. 諧波
5. 漏磁
傳統(tǒng)磁控軟啟動(dòng):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
傳統(tǒng)磁控軟啟動(dòng):噪音大,現(xiàn)場感覺明顯。
勵(lì)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(lì)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(lì)磁柜軟硬件設(shè)計(jì)得到了市場的認(rèn)可和應(yīng)用。該同步電機(jī)勵(lì)磁柜的軟硬件設(shè)計(jì)步驟和方法如下:
一 同步電機(jī)勵(lì)磁柜系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
為了滿足同步電機(jī)起動(dòng)、運(yùn)行和故障監(jiān)控的要求,同時(shí)便于將機(jī)械設(shè)備的控制柜與勵(lì)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(dòng)化水平。本勵(lì)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(lì)時(shí)刻、后備投勵(lì)、強(qiáng)勵(lì)時(shí)間;運(yùn)行模式選擇。二是工作狀態(tài)顯示,如實(shí)驗(yàn)投勵(lì)、正常投勵(lì)、后備投勵(lì);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(lì)磁超限。全部采用漢字顯示。
(1)起動(dòng)時(shí)滅磁繼電器接點(diǎn)CJll、CJ22閉合,使同步電機(jī)在異步驅(qū)動(dòng)狀態(tài)時(shí),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(duì)稱的。有效地消除了傳統(tǒng)勵(lì)磁屏在同步電機(jī)異步啟動(dòng)過程中轉(zhuǎn)子回路感應(yīng)電流正負(fù)半周不對(duì)稱現(xiàn)象,避免了異步啟動(dòng)過程中所存在的脈振現(xiàn)象,具有良好的異步驅(qū)動(dòng)特性。
(2)在啟動(dòng)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(shí),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(shí),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(shí),減少電機(jī)受損傷程度。
(3)起動(dòng)前,人為按下ANl、AN2可以實(shí)驗(yàn)滅磁回路。
1.2 投勵(lì)控制
同步電機(jī)的投勵(lì)過程控制是一個(gè)非常重要的問題,主要表現(xiàn)為對(duì)投勵(lì)時(shí)間和投勵(lì)角度的選擇上。理想的投勵(lì)時(shí)間是指當(dāng)電機(jī)異步啟動(dòng)到亞同步速時(shí),即轉(zhuǎn)速達(dá)到同步速的95%-98%之間;準(zhǔn)角度投勵(lì)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(lì)。滿足兩者條件時(shí),勵(lì)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(jì)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(shí),輸出6路觸發(fā)信號(hào),完成投勵(lì),常見有兩種投勵(lì)方式:
(1)按照"準(zhǔn)角強(qiáng)勵(lì)整步"的原則設(shè)計(jì),并具有強(qiáng)勵(lì)磁整步的功能。
所謂準(zhǔn)角度投勵(lì),系指電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)入臨界滑差,按準(zhǔn)角度投勵(lì)方式,這樣電機(jī)進(jìn)入同步時(shí)輕松、快速平滑無沖擊。投勵(lì)時(shí)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(lì)
若滑差投勵(lì)不成,即達(dá)不到設(shè)定的滑差值,可按預(yù)定的后備投勵(lì)時(shí)間和準(zhǔn)角度方式投勵(lì)。后備投勵(lì)時(shí)間的大小,通過面板按鍵菜單操作任意設(shè)定。
1.3 勵(lì)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(dòng)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(lì)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(lì)磁電流控制模式分為:恒勵(lì)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(lì)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(lì)磁電流由霍爾元件LEM塊檢測勵(lì)磁電流得到。三個(gè)模擬信號(hào)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(lì)磁電流超限等。
1.4.1 失步監(jiān)測
失步保護(hù)采樣信號(hào),來自串接在轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路的分流器兩端的不失真毫伏信號(hào)。此信號(hào)經(jīng)放大、變換,光耦隔離后輸入PLC,對(duì)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(lì)失步時(shí),首先應(yīng)切斷勵(lì)磁,識(shí)別后判斷是報(bào)警還是再整步運(yùn)行。
1.4.2 晶閘管故障監(jiān)控
晶閘管勵(lì)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(lì)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(huì)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(shí)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(hào),經(jīng)過比較判斷,將結(jié)果送入PLC,進(jìn)行聯(lián)鎖和報(bào)警。
1.4.4 勵(lì)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(shí)別電路后,將信號(hào)送入PLC,過流信號(hào)達(dá)到設(shè)定時(shí)間后,報(bào)警或跳閘。以防止勵(lì)磁電流過大引起勵(lì)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(shí),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(shí)轉(zhuǎn)子電感放電造成續(xù)流或顛覆而燒壞元件。
②勵(lì)磁控制
當(dāng)電網(wǎng)電壓下降到整定值,一般為80%時(shí),PLC發(fā)出強(qiáng)勵(lì)信號(hào),可達(dá)到正常勵(lì)磁電流的1.4倍,進(jìn)行強(qiáng)勵(lì),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(lì)信號(hào),以防轉(zhuǎn)子繞組過熱。
強(qiáng)勵(lì)時(shí)間為10-14s,具體時(shí)間人機(jī)界面設(shè)定。
二 同步電機(jī)勵(lì)磁柜系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
同步電機(jī)勵(lì)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(shí)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(chǔ)器,以便調(diào)用。
2.3 實(shí)時(shí)處理程序
2.3.1 投勵(lì)模塊
(1)一是正常投勵(lì):智能監(jiān)測轉(zhuǎn)子滑差,在主機(jī)起動(dòng)后,通過計(jì)算轉(zhuǎn)子滑差的變化來開放相應(yīng)的功能(如投全壓、投勵(lì)),即轉(zhuǎn)子頻率為5Hz時(shí),發(fā)出投全壓指令;當(dāng)轉(zhuǎn)子頻率為2.5Hz時(shí),選擇在"感應(yīng)電壓順極性尾端過零點(diǎn)"的時(shí)刻投勵(lì),此時(shí),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(lì)磁裝置輸出電流方向一致,投勵(lì)最為容易,有利于將電機(jī)迅速牽人同步,完成正常投勵(lì)。
(2)二是后備投勵(lì):若正常投勵(lì)不成功,在主機(jī)起車后,開始記時(shí),若記時(shí)到后備投勵(lì)設(shè)定時(shí)間,同樣選擇在"感應(yīng)電壓順極性尾端過零點(diǎn)"的時(shí)刻投勵(lì),完成后備投勵(lì)。
2.3.2勵(lì)磁調(diào)節(jié)模塊
(1)一是恒定勵(lì)磁調(diào)節(jié)模式,將勵(lì)磁給定信號(hào)和勵(lì)磁電流反饋信號(hào)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(lì)磁給定信號(hào)和無功電流反饋信號(hào)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(lì)磁整流波頭相互比較,寬度誤差大于10%,報(bào)警;如果波頭相互比較誤差大于20%,或周期內(nèi)缺一個(gè)波頭,而且時(shí)間超過1 min,停機(jī)并報(bào)警?傊,正常情況下,三相全控橋的整流波形在一個(gè)周期,有六個(gè)波頭,而且,每個(gè)波頭幾乎相同。不符合此標(biāo)準(zhǔn)者,被認(rèn)為故障,會(huì)引起帶勵(lì)失步,若不及時(shí)處理必將事故擴(kuò)大。
2.3.4 失步檢測模塊
將失步信號(hào)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(lì)控制信號(hào),同時(shí)滅磁繼電器復(fù)位,使電機(jī)進(jìn)入異步驅(qū)動(dòng)階段,然后電機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)上升,待進(jìn)入臨界滑差后,勵(lì)磁裝置自動(dòng)投勵(lì),按準(zhǔn)確強(qiáng)勵(lì)對(duì)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(hào)動(dòng)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(hào),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(bào)警信號(hào)送人PLC,依據(jù)壓風(fēng)機(jī)的具體要求實(shí)現(xiàn)連鎖。