KGLF2C型同步机励磁装置说明书

1、、概述KGLF-2C型同步电动机励磁装置，系我厂开发研制的全数字化产品。装置 操纵核心由 SEIMENS 公司 S7200-PLC 和 Pro-face GP37W2-BG41-24V 触摸屏与 KGLF-2型微机励磁操纵器组成,主回路选用6只KP500A/1000V晶闸管风冷器件 组成三相全控桥可控硅整流供电，采纳全数字操纵技术，运行参数由人机界面 触摸屏设定,微机智能完成的转差率检测、灭磁操纵、运行显示、实时投励、脉 冲形成、故障自诊断等功能，此励磁装置具有：良好自诊断功能，能够进行运 行参数及故障治理，可在线修改和显示当前运行的各类参数，并可循环存储故 障信息，而且运行靠得住、技术先进、

2、结构简单、功能齐全、性能稳固、调试 方便、保护简单等优势。二、适用范围本励磁装置可适用于水泵、鼓风机、气体紧缩机、球磨机、粉碎机、轧钢 机等负教类型的同步电动机励磁系统。3、工作环境海拔高度不超过2000米；周围介质温度为-20c+40C ：周围介质相对湿度不超过85% （相当于温度20±5C）； 环境没有导电及易爆尘埃，没有侵蚀气体。4、引用标准GB10585-89中小型同步电动机励磁系统大体技术要求：GB12667-90同步电动机半导体励磁装置总技术条件；GB3797-83电控设备第二部份：装有电子器件的电控设备;GB3859半导体电力变流器；GB2681电工成套装置中的导线颜色

3、；GB2682 -81电工成套装置中的指示灯和按钮的颜色；GB10233-88电气传动操纵设备大体实验方式；五、励磁装置的型号及规格型号说明KGLF-2-dA/dV可控 硅整流励磁强迫风泠L,额定励磁电压1 额定励磁电流系统特征代号设计序号第2代全数字产品规格系列励磁装置额定功率柜体外型尺寸(高x宽x深mm )二相干式整流变压器 (A/Y-11)(Y/Y-12)300A/50V2000x800x65035kVA53A/268A380V/75V300A/75V2000x800x65050kVA76A/263A380V/110V300A/110V2000x800x65070kVA106A/254A

4、380V/160V300A/140V2000x800x65085kVA129A/246A380V/200V300A/170V2000x800x650105kVA159A/248A380V/245V500A/50V2200x800x80050kVA76A/384A380V/75V500A/75V2200x800x80075kVA114A/395A380V/110V500A/110V2200x800x800lOOkVA152A/362A380V/160V500A/140V2200x800x800130kVA196A/374A380V/200V500A/170V2200x800x800160kVA2

5、42A/376A380V/245V500A/220V2200x800x800210kVA318A/403A380V/300V六、性能指标励磁输出电压可调范围励磁输出电压可在额定值的10% 125%范围内滑腻可调。励磁装置输出能力励磁系统在额定输出电压40% 100%范围内，能输出额定电流并持续运行。按转差率投全压、投励磁投全压转差率为10% ,误差不超过±10%，投励磁转差率为5% ,并保证顺极性投励。恒流调剂励磁当电网在额定电压的80% 110%转变时，恒流励磁调剂误差不大于±4%。过流和欠流整定范围系统具有过流和欠流爱惜，过流爱情可整定范围为额定值的80% 180% ,

6、 欠流爱惜可整定范围为额定值的20% 60%。起动超时爱惜超过正常起动时刻的上限值不投励，励磁系统自动跳闸停机。失步爱惜同步电动机一旦失步，励磁绕组中的直流电流必然会加看较大的交流分量， 交流分量的峰值达到额定应磁电流的50%并持续一按时刻，系统确认失步，同 步电动机联锁停机。7、要紧特点系统具有三种投励磁方式：当转子的转速达到电机额定转速的95%时（国标），当即投励磁,该为优先级投 励；按转子感应电压的最小幅值投励，同步电动机在起动后，随着转速的升高，转子 感应电压的幅值会愈来愈低，当此值降至相当于50周交流电压8 10伏有效值 时自动投励，为次优先级投励；当转子转速达到电机颗定转速的90%

7、 95%后，微机重复检测转差信号十次延 时2 3s投励，为次优先级投励。具有双路灭磁功能为了保证设备的平安性，系统设计为低电压和高电压双路灭磁。同步电机在 异步起动进程中，低电压灭磁先灭磁，起动电阻的投入和切除由运算机来操纵， 由于电阻投入刹时电压较低，一样仅为额定应磁电压的倍，从而同时也抑制了 转子感应的过电压，保证转子绝缘不受损坏，使电机具有良好的异步驱动特性。 投励后低电压灭磁取消，高电压灭磁仍然存在，保证假设转子绕组一旦产生高压, 灭磁可及时开通,起到爱情系统的作用。系统可选工作方式恒角给定方式；电压PI操纵方式电流跟踪方式为了使同步电动机投励后能迅速、滑腻、靠得住地拖入同步，系统设有

8、强励整 步操纵。即在投励开始时，励磁电压可强励倍，时刻1 50S。强励倍数和时 刻依照需要可任意设定。具有完备的故障自诊断、报警、爱惜和显示功能装置送电后，单片机第一检查供电电源是不是欠相，快熔是不是熔断，若是 有欠相或快熔损坏，发出故障信号，系统不许诺开车。开车前将工作方式开关XK置于"调试"位置，能够很方便地检查装置整流、 灭磁、投励等环节工作是不是正常，从而确保开车万无一失。系统中的五路稳压电源、六组脉冲、运行状态、以急欠相、快熔熔断、失磁、 过磁、失步、启动超时等各类故障等都有发光二极管显示，同时还有故障代码显 示功能。还能够在触摸屏上查询故障类型和发生故障时刻，可

9、查询200个故障 记录。具有直观的起动进程监控和显示起动进程中将转差信号的频率折算为数码显示，采纳倒计数方式显示，操作人员能够直观地监视同步电动机异步起动全进程。具有200个故障循环记录功能具有不时励磁电流、励磁电压运行曲线录波功能八、同步电动机操纵大体原理简介凸极式同步电动机电磁功率表达式为：Pm= P ' m + Pm = mSI NO + m - () SIN 20X42 Xq Xd相应的电磁转矩表达式为：M = M ' +M "+ m- ( - - - ) SIN202Q。 Xq Xd由此可见凸极式同步电动机的电磁功率Pm (电磁转矩M )由两部份组成, TB

10、份为大体分量P'm(M '),另一部份为附加分量凸极式同 步电动机的附加分量与励磁的状态无关，而隐极式同步电动机Xq=Xd，附加分 量P - =0 , M '' =0 ,因尔后面的分析不考虑附加分量,因此同步电动机的电 磁功率和转矩的表达式简化为Pm=M=m- LE'-SIN0Xdx.q。电动机空载时:机械负载转矩M2=0 ,空载损耗Po 0 ,那么空载转矩Mo* 0电磁转矩M=M2 + Mo-O那么M=m也S/N6慰0X”SIN 6 川 060e说明转子磁极轴线与定子等效磁极轴线几乎重合,现在电机过载能力最强，最不易失步。电动机加负载时：加载时两组磁极

11、系统的轴线被拉开，e就有必然数值,负载愈大,e愈大当e max=时 S/N6 =1 时，Mmax= PH -2XdQ。电磁转矩最大。负载超极限：当a抵达e max以后，如负载再加大,现在两组磁极轴线进一步拉开,当e > e max时，Pm及M不但不增加，反而显现M<M2+Mo的现象，电动机便减 速，以致e更增大，减速愈甚，结果致使转子不能与定子等效旋转磁极同步运行, 电动机处于失步状态，被迫停转。这种电磁现象在物理模型中表现为表征磁拉力 的弹簧被拉断，引发失步停转。因此为了保证同步电动性能十分平安而稳固运行, 在额定工作下,一样使e = 30°左右。因为同步电动机的最大电

12、磁转矩M与Eo成正比，Eo又与励磁电流II成正 比，因此加大励磁电流II能够增大电磁转矩。若是电动机负载突然增加的同时增 加其励磁，就能够提高电动机的电磁力矩，增加系统的稳固性，从而幸免失步。 同步电动机恒定励磁拖动冲击负载的分析同步电动机恒定励磁拖动冲击负载运行,依照轻载，满载和超载，用磁势向AT载B满载CT载从图A、B、C可见，当施加于同步电动机的定子电压Ub和励磁电流II必然，如此合成磁势fH ( Ih )就确信了。若是同步电动机负载增加时，具定子有功电流ly就增加(Iy3 > Iy2 > lyl ),因为转子励磁电流1L不变，当负载增加时，励磁电流II只沿着轨迹图“M-N移

13、动向量，而绝对值不变(即Ili= Il2=匕)，故同步电动神口定子回路无功电流Iw从容性变成了感性，(Iwi > Iw2均为容性,IW3那么为感性X因此同步电动机定子电流Ibi和IB2别离超前定子电压Ub的角度为1和2 ,所有电动机的功率因数COS1和COS2超前(1 >2 ),而定子电流I B 3掉队Ub的角度为3 ,因此功率因数COS3滞后。从上分析可知，恒定励磁拖动冲击负载时，随着负载的增加，功率因数角中愈来愈小，最后从超前变至滞后；功率角e愈来愈大，当e > 90。时z同步电动机无法维持静态平稳，因此要失步。结论:恒定励磁电流的同步电动机静态过载能力为：E.UXdsi

14、non sin0n负载转变时，为幸免失步，应保证功率因数cos(p1sin 30° 2超前运行。适用于稳固负载，如：球磨机、鼓风机、紧缩机等。恒无功调剂励磁电流恒无功调剂励磁电流向量图如右：关于冲击负载，为了使电动机稳固运行不失步，同时幸免电网受到过大的电 流冲击，可采纳恒无功调剂励磁电流。上图绘出了同步电动机空载运行及突加负载运行时各电量参数转变的关系， 施加于同步电动机定子电压Ub必然，转子励磁电流为Ili ,对应定子电流脸分 解为一部份有功电流lyl （空载损耗）,一部份容性电流IW1O现在定子电流IB1 超前定子电压Ub为（P 1角，功率因数cos（p 1超前,现在同步电动机

15、输出无功电 流 Iwio当同步电动机负载突加时，有功电流lyl增加至Iy2 ,通过无功闭环操纵使 Ili增加至电，维持同步电动机定子电流轨迹按“恒无功线"M'-N'转变，使同 步电动机输出的无功电流Iw2 =Iwi不变。现在同步电动机定子电流IB2与Ub夹 角为2 ,功率因数2仍超前。卸载后，励磁电流匕回到Ili ,系统又回到空 载状态下运行。恒功率因数调剂恒功率因数调剂励磁电流的向量图如下：设同步电动机在某一负载下运行，其定子电流为IB1 ,有功电流lyl ,无功电 流Iwi ,励磁电流Ili ,功率因数coscp（超前，当负载转变时，通过功率因数调剂器闭环操纵，使

16、定子电流Ib沿着”恒功率因数"轨迹线M '' N ''转 变。即励磁电流Ili -Il2 ,功率角6 i-0 2 ,定子电流由Ibi增大至Ib2 ,无功电流由Iwi增大至I W2，从而维持功率因数角(P 1 =(P 2从而确保功率因数不变, 即 COS(p 1 二 COS(p 2o恒功率因数调剂操纵除幸免同步电动机可不能因突加冲击负载而失步外，还 能够向电网提供足足数量的无功电流。九、励磁装置工作原理主回路部份主回路的组成和功能装置主回路完成整流和灭磁两大功能，系统采纳三相全控桥可控硅整流电 路，向同步电动机转子绕组提供直流励磁电流。灭磁回路由可控硅7

17、、8KGZ与 二极管GZ反并联组成，事实上组成为一个大功率电子开关,完成同步电动机在 异步起动进程中串入起动电阻，起动终止后自动切除，保证同步电动机在异步起 动期间，转子励磁绕组既不开路也不短路，从而幸免励磁绕组经受过电压和过电 流。励磁回路三相全控桥可控硅1 6KGZ的选择(1)可控硅1 6KGZ电流容量的选择可控硅整流器许诺等效发烧电流，即有效电流(导通角180°)1=式中Ikgz可控硅正向平均电流(2)实际线路中可控硅整流器的等效发烧电流考虑强励倍I " =x IL =(3)依照等效发烧原那么，可控硅1 6KGZ的正向平均电流IkgzN1.571.57r 0.81。式

18、中Id转子最大负载时的励磁电流可控硅整流器1 6KGZ的正反向峰值电压的选择US 哭 xK? 二10t/叱 lOt/,.x K, =- x 1.7 = Ul2 2x0.9式中：Ki可控硅串联时均压系数取K2-可控硅正反向峰值电压的平安系数取励磁装置主回路三相整流变压器的选配三相整流变压器采纳 /Y-11或Y/Y-12接线方式，一次侧线电压为AC380V。整流变压器视在功率：P 二 Pi 二 P2 二百 U2I2XIO-3 kVA整流变压器二次线电压：. KcUl(1.21.4)Ul/J2= L* ( ) Ul0.8x 1.35xcosak 0.8x 1.35xcos3CP整流变压器二次线电流：

19、l2=L 严3以匕=IL ；±x= g XIL * V23 V3Kc=强励倍数用网电压波动系数UL满载时励磁电压Il满载时励磁电流a k< 25° 30°最小操纵角(即a限制)a n满载时操纵角,一样在60。左右说明：当电网下降为额定值的80%时，励磁系统保证顶值电压倍数不小于。强励电流许诺倍,时刻不得超过50s。现在整流变压器仅作过载运行。10 .励磁装置操纵部份:系统操纵部份包括S7200PLC、Pro-face触摸屏、KGLF-2型微机励磁操纵 器三部份组成。PLC要紧完成继电回路逻辑操纵工作方式切换、运行时PI调剂 和对外通信等工作,Pro-face

20、触摸屏要紧完成系统参数设置和运行时故障、工 作时刻、设定运行参数信息查询，触摸屏具有励磁电流?口励磁电压录波曲线信息 查看。KGLF-2型励磁操纵器里由主机MC87C51和副机AT89C51单片机组成。 励磁操纵器要紧完成频率测量及投励、脉冲形成、故障检测及处置。 转子感应电压频率的测量同步电动机起动时，转子感应电压的频率随着转速的上升慢慢下降,同步电 动机一旦起动，单片机就当即检测转子感应半个周波的时刻，从20ms开始，数 码管记"9",中间每增加20ms,数码减L到200ms时数码管显示"0"。同步 电动机在异步起动进程中，当转子转速达到同步转速的9

21、0%时,转子感应电压 的频率5 Hz ,周期，半周时刻为100ms ,运算机一旦检测到该值，当即投全压。 投全压后,电动机的转速将继续上升,当转速增加到同步转速的95%时，转子 感应电压的频率为Hz ,周期为，半周时刻为200ms ,运算机检测到此值，迅 速进入整流程序，输出脉冲，装置投入励磁，同时接通投励工作指示，关掉低压 灭磁并开放失磁爰惜和失步爱惜等。脉冲形成同步信号Ta、W3提供正偏移，及励磁调剂器的输出信号Uk,三者通过运 算放大器综合处置后作为单片机外部中断请求INTO的输入信号，当INTO从1 变0时，单片机同意中断，当即发出第一组脉冲去触发1#可控硅，同时给6# 可控硅补一个脉

22、冲。以后每距离60。发下一组脉冲，触发相应的可控硅，直至一个 周期六组脉冲发完，再等待下一次中断。改变Uk的大小就改变了中断申请的时 刻，达到操纵a角的目的。为了提高整流电压波形的对称度，系统还不断监测电 网的频率，随时对60°按时进行修正，确保整流电压波形对称，如此产生的脉冲 精度高，无需外部调整，且稳固靠得住。故障爱惜系统具有进线电源空开跳闸、电源掉相、快熔熔断、欠磁、失步、过流、起 动超时等爱惜。这些故障要紧由辅机监控检测，一旦确认故障发生，辅机当即通 知主控运算机，主机接收此信号后迅速作出相应的故障处置，发出故障显示和声 响信号，接通高压油断路器分闸回路，同步电动机紧急停车。

23、同时系统推0逆变 运行，将励磁绕组贮存的能量回馈电网，延时5 6s后封锁脉冲。故障发生后由辅机经历故障缘故，并显示故障代码，以便查询处置。数字代码显示方式故障原因控制状态匚常亮/待机0-9动态倒计数/到0后投励1闪亮电源掉相报警停车2闪亮快熔熔断报警停车3闪亮欠磁报警停车4闪亮失步报警停车5闪亮励磁过流报警停车6闪亮整步失败报警停车7闪亮起动超时报警停车8常亮失控报警停车电动机异步起动时转速和转差率对应数码管显示表同步电动机异步起动时转速和转差率对应数码管显示值数 码 管 值周期T(S)半波检测时间(ms)转差频率f2(Hz)转差率S电机转速ne%92084076068051004120314

24、0216011800200转差率S=(电机信号频率f2 (Hz) /工频fl(50Hz)转差率S=(电机额定转速ne -电机运行转速n)/电机额定转速ne电机运行转速n二电机额定转速ne -转差率S*电机额定转速ne11 .触摸屏人机界面及参数设置Pro-face GP37W2-BG41-24V工业级触摸屏作为一种新型的人机界面，具 有功能壮大、性能稳固、简单易用、全中文显示等优势。该触摸屏屏幕尺寸为 时，4灰度级颜色，320x240分辨率。它符合工业环境的电磁兼容要求CISPR (EN55011 ) Groupl , A 级电磁辐射符合 EN50081-2 和 US FCC CLASS A

25、工业标准。抗干扰符合EN 50082-2工业标准。通过该触摸屏能够对KGLF-2c型全数字励磁装置的运行参数、工作方式、故障事件和累计工作时刻进行监视或调剂。1 .当励磁装置通电后，触摸屏第一自动显示主画面（如图1）:欢迎使用武汶科技大电控设备厂 叵而|2则川川2。:5。:45图22随后手指点击触摸屏屏幕左下角的功能选择按钮，屏幕左侧将弹出选择菜单（如图2）:别离点击不同的按钮可进入不同显控窗口。3 .点击“主画面"按钮，屏幕将显示主画面窗口（如图3，在那个窗口下可显示设备运行的大体参数。窗口上部为设备运行时整流电流 的曲线图，依照事前设定可记录一按时刻内的曲线。窗口的中部为工作方式

26、指示, 通过文字反映装置当前的工作运行方式。窗口的下部为运行参数指示，通过直观的数字显示运行时的实际电压、电流。图3图44 .点击功能选择菜单中的设定按钮，将进入工作方式选择及运行参数设定窗口（如图4 X5 .在工作方式选择及运行参数设定窗口中有两个夺目的按钮，别离为"工作 方式选择"和"运行参数设定、因为点击这两个按钮将进入调试人员利用的窗 ,因此点击任一个按钮将进入密码输入窗口（如图51图5图66 .进入空码输入界面后就能够够用窗口下方的数字键盘输入空码，密码在窗 口上方的文本框中一以*号的形式显示，然后按“ENT"按钮确认。如密码正确， 将进入设定

27、窗口。因"工作方式选择"和"运行参数设定"的级别不同，进入不同窗口利用不 同的密码（密码在出厂前已设定好，进入工作方式设定的密码为"1111”,进入 运行参数设定的密码为"2222" 1输入正确密码后，将别离进入不同的窗口（如 图6,图7，.呆样时I号g sSSp I。1 "眨1 . . M 12345 J1s s 起动强励值E3SH低电压轻励值Ru缪SB起动褪勘时同目1234.雕Ss s低电压强励，问R 1234Ts田臼图7图87 .图6为工作方式选择窗口,在该窗口中有两组选择开关，点击后可别离选 择“恒角&qu

28、ot;、"闭环操纵"、“恒压"、"恒流跟踪”方式。同时在主画面窗口对应切换成不同的工作方式。8 .图7-11均为运行参数设定窗口，在这三个窗口中可对"PI采样时刻"、"P"、"I"、"起动强励值"、"起动强励时刻"、"低电压强励值"、"低电压强励 时刻"、"上限幅"、"下限幅"、"过流值"、"欠磁值"、"延时"、&qu

29、ot;定子欠压强励 点”等运行所需参数进行设定。（如图7-11所示1倜节器上限幅: 12345 修困臼过沆值艮记”一岫SB堤节器下限幅H12345 JiS臼欠诲值1012345 II ftSB故障检,时 山2345小S田臼异步运行延亨.十离言错投入）时1| 1234. 5II S1234, 5 1S田臼：S 图10镇谈鲤卷赴建at 112345 | A .1 12345 | A .设定值.实际值.国粗城国： 囚将调国 1 定图12图119 .点击“功能选择”主菜单中的"给定"按钮，可进入运行给定参数设置窗 口（如图12 I注意，设置了不同的工作方式后，进入的给定选择窗口也不

30、一样。 对应的窗口中设置的参数也不同。在不同的给定窗口中能够对设备运行时的电流或电压进行调整。窗口上部左 侧为设定值，右边为实际运行值。下部别离有粗调和精调按钮，粗调按钮可快速 调整设定值，粗调分辨率为10 ,精调按钮可精准调整设定值，精调分辨率为1。10 .在"主画面”的下方中部有一个"运行参数报表”的按钮（如图3）,点 击可进入运行参数报表画面（如图13 1此报表中可详细查询运行中的励磁电压及励磁电流的精准值。11 .点击功能选择菜单中的“故障"按钮，可进入故障报警记录显示窗口（如图13图14当柜发生故障时，在该窗口中将显示各类故障。显亮的是故障发生的年、月、

31、 日、时刻和故障类型，灰暗的是显示已解除的故障，白色为故障未解除。通过窗 口右边的按钮可查寻故障的历史记录，并可掉电维持。12 .点击功能选择主菜单中的“时刻"按钮，将进入系统时刻和累计工作时刻 显示窗口。在该窗口里能够观看到设备的累计工作时刻和除摸屏的当前系统时刻 （如图17 113 .当系统由于长时刻停电而使得PLC电池电量耗尽时，PLC中保留的系统 运行参数就会丢失，从头启动系统时，只需进入出厂设定画面进行简单的设置, 即可恢恢复先的运行参数设置，方便快捷。（如图15 ,16。进入出厂参数设置画 面的密码为"3333”。）图15图1614 .点击功能选择菜单中的“产品"按钮，将进入产品介绍窗口。在该窗口中 能够了解到我厂的要紧产品、本励磁装置的简要操作说明及我厂的联系方式（如图18115 .设备调试或运行时，每一个窗口都有一个返回”按钮，点击该按钮，窗 口将退回上一级，直到主画面。也能够点击左下角的功能选择"按钮，弹出选择菜单直接选择需进入的窗口按钮，点击进入。当前时间200V11/17 20:50:45图17图1812.网络通信本励磁装置采纳S7200-PLC外挂标准的通信接口 EM277单元，选用 PROFIBUS-DP通信协议。通信接口如下：1 .主站地址：S7-300为主站。2 .从站地址:从1#号