同步电动机励磁技术说明书

1、同步电动机DLCT微机励磁控制器技术说明书上海欣红电器设备有限公司目录1、概述 (22、适用范围 (23、主要特点 (24、主要功能 (45、主要技术指标 (46、系统及硬件体系结构 (56.1DLCT型微机励磁调节器的总体设计: (56.1.1总体框图 (66.1.2各部分功能 (66.1.3励磁主回路的工作原理及灭磁环节工作原理 (76.2控制器硬件部分: (96.2.1主机板 (106.2.2可控硅脉冲放大隔离板 (156.2.3模拟量信号处理板 (166.2.4电源板 (176.2.5继电器板 (187、软件说明 (187.1主程序: (187.2中断程序: (211、概述DCLT型同

2、步电动机微机励磁调节装置是我公司最新推出的专为大、中型同步电动机设计制造的高科技产品,适用于轧钢机、球磨机、空气压缩机、矿石破碎机、大型风机、给排水泵等同步电动机励磁要求。DLCT型微机励磁调节装置,以DSP芯片为核心,具有更简单的硬件结构和极其丰富的软件功能,采用先进的控制理论及全数字化的微机控制技术,该产品具有极高的性能价格比,其主要技术指标均达到或优于国家标准GB12667-90同步电动机半导体励磁装置总技术条件和GB10585-89中小型同步电机励磁系统基本技术要求。2、适用范围DLCT型微机励磁调节装置适用于额定功率为20010000KW的静态励磁系统或无刷励磁系统的同步电动机。3、

3、主要特点3.1采用DSP高速数字信号处理芯片做为微处理器运用DSP做为CPU是新一代的微机励磁产品的特点,其内部并行处理总线加上硬件乘法器使DSP运行速度更快,硬件设计也更为简单,具有明显的优越性。3.2全数字化电路装置的硬件电路采用14位AD芯片,从交流采样到脉冲输出,全部实现高精度数字化,没有调整电位器,极大地简化了调试工作量。3.3装置总线不出主机板、软件不出片(DSP芯片计算机的数据总线,地址总线、控制总线均在CPU主板内,提高了装置的抗干扰能力。软件不出DSP芯片,确保了程序的高速运行及可靠性。3.4硬件简单,可靠性高对电动机电压、电流等交流量直接进行交流采样,每周波采32点,均方根

4、计算电压、电流等有效值,有功、无功、功率因数等均通过软件计算,调节器的逻辑操作回路、可控硅脉冲形成,调节器投励、主环控制,失步再整步及其他各种限制、保护功能和调节器的纠错容错处理也全部由软件实现,加上液晶显示控制等以上所有操作均由单一的DSP芯片完成,故硬件电路更为简化,调节器的核心部件只有3块印制板,同时印制板制造采用贴片工艺,使装置的可靠性更加提高。3.5全中文显示在控制器面板上装有一块135×40mm大屏幕全中文界面的液晶显示器、人机联系键盘及一些用做信号指示的发光二极管。通过液晶显示器,可以查看电动机的各种运行参数、运行状态。同时该显示器还提供各种操作提示,人机界面友好,全中

5、文菜单。3.6完善的智能调试软件可以直观地在线修改参数,包括PI运行参数及欠励、过励等限制保护参数,以及进行各种试验。安装调试、修改参数及进行各种试验均只需在控制器的面板上进行键盘操作即可,不需外接PC机,不需外接线,不需专用工具。3.7故障录波功能装置每一周波记录一次模拟量及状态量,共16组,即10个模拟量及6组开关量共96个状态量。发生故障时,记录故障点时间(年、月、日、时、分、秒及故障前8秒和故障后12秒的数据,且具有连续记录多次故障功能。可在断电情况下保存至少最近10次故障记录数据。3.8具有操作事件记忆功能当开关量信号发生变化时,比如油开关,灭磁开关(如果有动作,运行方式开关操作等一

6、系列事件发生时,装置将按先进先出的原则记录最近至少4000条事件发生的年、月、日、时、分、秒及状态。这些量都能断电保存。3.9配置后台工控机对于大型同步电动机可以选配一台工控机,可实时显示运行工况曲线、试验录波曲线、故障波形及自动生成励磁特性曲线及进行数据的智能化分析。3.10超级看门狗设计除具有普通软硬件看门狗功能外,另有一路不依赖于程序的强触发回路,以保证在特强干扰时程序连续跑飞的情况下将其拉回。3.11独特的脉冲回读检查功能装置的DSP芯片,可对每一相可控硅脉冲进行回读,以确保真正发出去的脉冲同理论上的脉冲完全一致,以保证装置的正确性,同时也能检查是否发生失脉冲和错脉冲现象。脉冲的发生硬

7、件和脉冲的回读硬件相互独立,分属于两片芯片。3.12独特的双通道相互跟踪功能真正独立的双通道运行,相互间通过开入开出量只有两到三对硬接点相联系。自动运行方式下双通道之间相互自动跟踪,跟踪时不需要从对方通道得到任何数据,只依赖于PI数学模型及各种采样量得到各种给定和可控硅的开放角,跟踪量非常准确,切换时没有任何波动。3.13中频励磁方式下使用50Hz同步试验电源在检修调试时,针对无刷励磁系统中使用中频励磁电源,调节器可控硅脉冲能适应50Hz及中频电源信号,给无中频试验电源的电动机运行维护带来很大的方便。3.14抗电磁干扰设计对机箱的设计、强弱电走线及接地线等进行合理布局,硬件设计上采用多种滤波电

8、路等措施,用以抗电磁干扰。3.15参数在线修改调节器在运行方式下除了涉及到自动运行及主环计算的PID的放大倍数和时间常数、电动机电压整定参数等少量参数不允许修改外,如欠励限制与保护参数、过励限制与保护参数、直流采样量整定参数等等绝大部分参数都能真正的在线修改,即这些参数的修改和参数存盘不需要调节器处于退出状态或切至从柜状态。3.16输出开关量调试不需要辅助设备或措施,通过操作液晶显示器可以调试任何一个输出开关量的动作。4、主要功能4.1比例、积分(PI调节4.2恒功率因数调节4.3恒无功功率调节4.4恒励磁电流调节4.5最大励磁电流限制及过励保护4.6最小励磁电流限制及失磁保护4.7强励功能4

9、.8PT熔丝熔断保护4.9脉冲回读及错失脉冲检测4.10完善的软件自检及容错处理4.11配有RS232或RS485通讯接口,可以与上级计算机交换信息4.12同步电动机顺极性投励及时间投励4.13带励、失励失步及自动再整步和断电失步保护5、主要技术指标5.1可控硅控制角分辨率:0.05度/位码5.2A/D转换量分辨率:2-14,8路输入5.3移相范围:10150度,范围可调5.4主调节环运算周期:10ms5.5开关量I/O:16路开关量输入,16路开关量输出,均采用光电隔离5.6励磁电流调节范围:10%130%额定电流连续可调5.7调节精度:<0.5%5.810%阶跃响应试验:超调量小于2

10、0%,振荡次数小于3次,调整时间小于5秒5.9调节器输入电气量:定子电压:Va、Vb、Vc定子电流:Ia、Ic转子电压信号:Vfd转子电流信号:Ifd同步电压信号:Vab5.10脉冲输出参数:六相双窄脉冲触发,脉冲宽度大于100us,可触发1000A及以下可控硅6、系统及硬件体系结构6.1DLCT型微机励磁调节器的总体设计:调节器的输入交流量有电动机机端PT副边的三相电动机电压及电动机CT回路的二相电流,直流信号为电动机转子电压,转子电流(若无刷励磁则为调节器输出电压、电流。这些信号经模拟信号处理板处理后,送入主机板。恒无功方式:通过采样计算得到的电动机无功与无功参考之差;恒功率因数方式:通过

11、采样计算得到的功率因数与功率因数给定之差;恒励磁电流方式:通过采样计算得到的转子电流与转子电流给定之差,经PI运算得到一个控制量,去改变可控硅的控制角。这个控制量是一个数字量,直接由CPU写入定时器中,定时器根据写入数的大小及同步电压信号产生相应控制角的触发脉冲,经组合、功率放大,产生双触发脉冲,通过脉冲变压器隔离去触发可控硅,从而改变调节器的输出电流,控制同步电动机的转子电流以维持同步电动机端无功或功率因数或励磁电流的恒定,实现同步电动机的闭环调节。主调节环的运算周期为10ms,也即励磁调节器的固有时间常数为10ms,主环计算的全过程在中断程序中完成。通过以上采集到的数据,通过软件计算,可以

12、得到同步电动机运行工况,励磁参数,调节器输出参数等全部信息,如电动机各相电压有效值,三相电压平均值,各相电流值,有功功率,无功功率,转子电压,转子电流,可控硅控制角等供各软件功能模块使用。主回路及灭磁回路工作原理: 流并能承受同步电动机起动时的约5-10倍电机额定励磁电压的过电压。6.1.2.2灭磁环节,在停机时用于灭磁,使电机磁场快速消除,在起动时,作为磁场开关接入起动电阻,保证同步电动机起动,在正常工作时不起作用,但有过电压时起过电压保护作用。6.1.2.3同步电动机起动工作由TD、QDK、1-2DL及控制器的投全压、投励环节组成,当起动时2DL断开,合1DL,高压电经1DL、QDK降压送

13、到同步电动机TD上,TD的绕组工作,当电机的转速升到90%的额定转速时,由控制器的投全压的DO20发出可投全压信号,通过继电回路合2DL短接QDK进入全压起动,当转速上升到95%的额定转速时,由控制器发出可投励信号,送出触发脉冲,并且使磁场开关M进入工作(本产品用灭磁环节7KGZ、8KGZ、GZ等电子器件代替磁场开关。6.1.2.4调节器去控制触发脉冲,然后调节KGZ,根据不同的运行方式使得直流电流工作在给定值上。当电网波动时,由于有了闭环,电流能自动维持恒定。在停机时,通过逆变快速灭磁。当要强励或有附加给定时,仅是给定值变化,工作原理相同。 流器1-6KGZ的控制角即可得到不同值的直流电压,

14、控制角越大直流输出电压就越小,而电压波形的脉冲率越大,当控制角大于60°时整流电压波形脉动厉害,出于同步电动机转子励磁绕组电感放电致使整流电压波形出现正、负两半周不对称,而负半周小于正半周。所以整流电压的平均值仍是正值。因为同步电动机转子励磁绕组是一个大电感加电阻的负载,当整流电压脉动时转子电感通过三相全控可控硅1-6KGZ(导通工作的那两只可控硅元件流过变压器ZLB二次绕组放电,这样就产生了连续的励磁电流,而且使可控整流器1-6KGZ在的控制角时基本上导通120°工作。当同步电动机正常停车或故障跳闸停车时,由于给定逆变开放角=140°,自动灭磁。6.1.3.2直

15、流电压表V与放电电阻Rfd串联接于可控整流桥的输出端,作为整流电压的测量。同步电动机起动过程转子感应的交变电压正、负半周分别将磁场开关M(灭磁开关和Rfd导通,电压表V指示出直流励磁电压值。在正常励磁时,如果三相全控整流桥上可控硅整流器的控制角大于60°,整流桥出现正、负两半波的电压波形,所以电压表V测量到的电压值,此时电压表V的读数是有一定的误差。6.1.3.3直流电压表A串接于励磁回路靠同步电动机转子负载侧,测量励磁电流值同电动机起动过程中(未投励前电流表A在转子感应出正、负两半周的交流作用下就没有正确的指示,只有在投入励磁后电流表A才会指出励磁电流值。6.1.3.4过电压保护6

16、.1.3.4.1同步电动机在异步运行时,转子励磁绕组感应过电压,由灭磁环节的可控硅7-8KGZ接入放电电阻R fd1-2消除转子的开路过电压。6.1.3.4.2闭合或打开整流变压器ZLB一次侧空气自动开关ZK所引起的操作过电压。整流变压器ZLB二次侧的三角形阻容吸收装置Ra、Ca、Cb、Rc、Cc进行保护,阻容三角形还能起到吸收由于整流变压器ZLB产生的三次谐波的干扰。6.1.3.4.3三相可控整流桥可控整流器1-6KGZ换流载止及快速熔断器1-3KRD熔断时,在可控硅1-6KGZ阳极和阴极两端产生的过电压由换向阻容R1-6,C1-6缓冲吸收,削弱电压上升率。6.1.3.5均压保护为使三相可控

17、硅整流桥臂同一相正、负两侧上的可控硅整流器合理分担同步电动机的转子感应电压,因此装设R11-R16均压电阻。6.1.3.6过电流保护6.1.3.6.1安装于三相可控硅整流桥前的3只快速熔断器1-3KRD是作为直流侧短路和可控硅1-6KGZ元件本身短路的保护用。1-3KRD熔断时,通过附装在其上的微动开关1-3RK的常开接点闭合及时跳开同步电动机定子回路电源开关。6.1.3.6.2安装在整流变压器ZLB一次侧的空气自动开关ZK的热脱扣器,主要作为整流变压器ZLB二次侧过载保护用,其动作电流应满足强励电流10秒不脱扣。6.1.3.7灭磁环节同步电动机起动至投入励磁前的这一段时间内,三相全控整流桥的

18、可控硅1-6KGZ 没有得到触发脉冲,所以处于阻断状态。同步电动机起动过程中,励磁绕组中感应出交变电压,当G1点为正的半波,开始时感应交变电压未达到可控硅7-8KGZ所整定的导通开放电压以前,感应电流是通过电阻R fd1、R20、R21,电位器1W及电阻R17、R18,电位器2W,放电电阻R fd2回路,这样外接电阻为转子励磁绕组直流电阻的3000倍以上,所以励磁绕组相当于开路起动,感应电压就加剧上升。当感应电压瞬时值上升至可控硅7-8KGZ所整定的导通开放电压,此时稳压管1WY和2WY的稳压值U1WY(U2WY、硅二极管1BZ、2BZ的正向降压U1B Z(U2BZ及可控硅7KGZ或8KGZ的

19、控制极与阴极上的降压(U R7、U R8分别为可控硅控制极可触发电压U R7(U R8之和,即U1W=U1WY+U1BZ+U R7;U2W=U2WY+U2BZ +U R8,可控硅7KGZ和8KGZ便导通工作,短接了电阻R17、R18、R20、R21和电位器1W、2W,使同步电动机转子励磁绕组从相当于开路起动变为只接入放电电阻R fd1、R fd2起动,因此感应电压峰值就大为减弱,直至此半波结束时,可控硅7-8KGZ由于其阳极电压为零值(瞬时值没有维持电流而自动关闭,调电位器1W和2W的电阻,便可使得可控硅7-8KGZ在不同的感应电压(瞬时值导通工作接入放电电阻R fd1-2,同步电动机起动过程

20、转子励磁绕组感应交变电压,同步电动机起动完毕投入同步运行,如灭磁可控硅7-8KGZ没有关断,而这时三相可控整流桥交流侧电源出现A相(A2点为正,C相或B相(C2点或B2点为负时,那么放电电阻R fd1和可控硅7KGZ被熄灭线短接,可控硅7KGZ没有电流流过就自动关闭,等到三相可控桥交流侧电源换相,即A相交流电源从正变为负,流经可控硅8KGZ及放电电阻R fd2的电流也从正到负,当减少至可控硅8KGZ的维持电流以下的瞬间,可控硅8KGZ没有电流流过也自动关闭。这样就保证了在投励后同步电动机拖入同步运行的一个周波内,灭磁可控硅7-8KGZ能准确的自动关闭,之后,虽然三相可控硅桥整流电压分别加在灭磁

21、可控硅7-8KGZ上,但电位器1-2W所得到的分压不足以使7-8KGZ触发导通,所以放电电阻R fd1、R fd2被切除了。另外为了保证牵入力矩又用3ZJ的节点加强7-8KGZ的导通能力,使在起动时有最大的牵入力矩。按钮CA供检测灭磁环节准确与否,揿下按钮CA,使电阻R17、R18与R19并联,R20、R21与R22并联,由于R19、R22阻值较小,相对增加了电位器1W、2W的降压。检测时,调节装置在较低整流电压时,灭磁可控硅7-8KGZ即可导通,电压表V指示为零。松开按钮CA,熄灭线将可控硅7-8KGZ关闭,电压表V回到原来的调定值。灭磁环节整定的要求是在同步电动机起动过程中,使可控硅7-8

22、KGZ导通灭磁,而在××投励后,使7-8KGZ在整流变压器线电压峰值下不导通,其整定值为U峰1.1 1.12U L。其中:U峰灭磁整定峰值电压值××1.1 1.1为电网波动上限值110%安全系数110%2U L整定变压器付边线电压峰值出厂整定值可控硅7-8KGZ导通开放的电压瞬间时峰值约150(伏左右。6.2控制器硬件部分:本节主要介绍调节器控制核心部分的硬件,略去大功率整流电路及逻辑操作电路。DLCT微机励磁控制器为一台6u的机箱,硬件电路组成如下:主机板1块可控硅脉冲隔离放大板1块模拟信号处理板1块电源板1块继电器板1块各板通过进口插头座同背板相连,

23、机箱通过端子同外部连接。一台DLCT微机励磁控制器再配上输入输出开关、可控硅功率单元就构成一台完整的励磁调节器。如需双微机、双自动通道,则须配两台DLCT微机励磁控制器。6.2.1主机板主机板的核心由DSP组成,框图如图6.2.1-1所示: 通过背板进出主机板的输入、输出各种数字量都在主机板上进行光电隔离处理,真正做到总线不出板。6.2.1.1DSP主机板的核心为DSP。何为DSP?DSP从字面上来说即为“数字信号处理”,也即将现实世界的模拟信号转换成数字信号,再用数学的方法来处理此数字信号,得到相应的结果。经典的数字信号处理包括:时域的信号滤波(如IIP、FIR,频域的频谱分析(如FFT。I

24、IR、FIR和FFT 等处理,归根结底为A i×X i,即乘加运算。数字信号处理的关键在于,研发一种处理器,对这种处理器从结构上进行优化,使其更适合于乘加运算,高速实现复杂的数字信号处理。DSP实际上是一种特殊的MCU(单片机,只不过DSP内部结构专为数值处理进行了优化,使其主频和运算速度远比MCU快,外部特性与MCU基本相同。与MCU相比它有以下的特点:(1片内有多条地址、数据和控制总线,可使多个控制和运算部件并行工作,提高CPU的处理能力。例如,CPU完成一条指令,一般要有取指、译码、执行和存数等4个步骤。MCU顺序执行上述4个步骤,所以一个指令周期要由多个机器周期组成。而DSP

25、 并行执行上述4个步骤,所以指令周期等于机器周期。也就是说,上述4步DSP以流水线方式运行,提高了CPU执行速度,其绝大部分指令只要一个CPU时钟周期即可完成。(2DSP中有硬件乘法器,使乘法运算比普通CPU更快捷,乘法运算由单机器周期就能完成,这样装置的数据计算如均方根计算、PID计算、PSS计算都能很快速地完成。并且乘法器是独立的,可以同加法器等运算部件并行工作,提高了CPU的数字处理能力。(3DSP芯片因其用途不同,而有多种内部结构,我们装置所选用的DSP的芯片内具有快速闪速存储器(Flash以存放程序,片内双口RAM及单口RAM存放常用数据,片内资源得以充分利用,从而使得装置在真正意义

26、上高速运行。(4DSP芯片内具有丰富的传统外围电路,如硬件定时器,通用I/O引脚,串行口等,使主机板的硬件设计更为简单。(5DSP有较大的片内存储体(RAM、ROM、FLASH,少则几K字,多则几十K字,甚至几百K字。综上所述,励磁调节器采用DSP做为微处理器,使硬件电路更为简化,运算速度也大大提高,能实时地进行复杂的数据处理,同时,使微处理器的冗余度大为提高,有更多的时间进行更完善的容错处理,提高了装置的可靠性,使励磁调节器的档次也得以提升。主机板还具有如下功能:6.2.1.2A/D转换主机板提供了8路14位的高速A/D转换通道,各通道对应的模拟量如下:三相交流电压(电动机定子电压的PT、仪

27、表PT二相交流电流(电动机定子电流的CT励磁变电流电动机转子电压电动机转子电流基准2.5V6.2.1.3开关量输入开关量输入回路采用光电耦合芯片实现内外电路的电气隔离,同时在开关量输入外回路中加上抗干扰能耗电路,所谓抗干扰能耗电路是等同于继电器能耗的电路既该电路动作电压、动作电流、动作时间等同于继电器,相当于该电路抗电磁干扰能力等同于继电器但体积小于继电器体积,且无机械接点,可以无限次的动作,具有很高的可靠性,见图6.2.1.3-1。 6.2.1.4开关量输出开关量输出信号经过光电耦合隔离后通过背板送继电器板再经继电器二次隔离输出,见图6.2.1.4-1。 主机板提供了16路开关量输出通道,其

28、定义如图6.2.1.4-2所示。 6.2.1.5测频信号测频信号来自于交流信号处理板的电动机电压频率方波,经光耦隔离后再经反相器得到正负半波的两个方波,分别送计数器电路计数,两计数器的值经过相加后取倒数等运算得到电动机电压频率,见图6.2.1.5-1。 同步信号(A相电压来自于交流信号处理板,经光耦隔离后再经反相器得到正负半波的两个方波(分别为+A相和-A相送计数器电路,供产生可控硅触发脉冲,见图6.2.1.6-1。 通过计数器电路,由同步信号产生可控硅+A相和-A相触发脉冲后,分别两次产生60°移相延时得到-C相、+B相和+C相、-B相可控硅触发脉冲见图6.2.1.7-1。6相脉冲

29、经光耦隔离后送入直流信号处理及脉冲放大板。 6.2.1.8脉冲回读及错失脉冲检测将+A相同步信号、+A相脉冲、-C相脉冲、+B相脉冲四个信号通过综合电路产生int2, -A相同步信号、-A相脉冲、+C相脉冲、-B相脉冲四个信号通过综合电路产生int3,这两个中断直接送DSP芯片,结合计数器时钟得到同步信号和各相脉冲点的时间,见图6.2.1.8-1。通过计算得到实际上产生的可控硅触发开放角即脉冲回读数据,这些开放角同程序中发出的开放角是否一致即为错失脉冲检测。 6.2.1.9提供一个全中文界面的液晶显示器接口。6.2.1.10提供人机对话键盘及面板操作开关和部分状态量的接口。6.2.1.11串行

30、口提供一个异步串行口,可配置为一个RS232或RS485串口,通过切换操作界面,该串口即可同笔记本电脑通讯,也可同上级DCS通讯。串口电源与主CPU电源隔离,信号也隔离,可带电热插拔。6.2.1.12时钟电路提供年、月、日、时、分、秒。6.2.1.13F lash闪速存储器提供多达512K字的Flash闪速存储器,用于存储最近至少10组故障数据记录(每组故障前8秒至故障后12秒10个模拟量96个开关状态量,每周波一次的数据记录及最近至少4000组事件状态记录,这些记录都含有时间。一些可修改的调节器参数也存放在Flash中。6.2.1.14超级看门狗图6.2.1.14-1示:当程序正常运行时,但

31、是DSP通过信号闭锁器闭锁复位信号发生器发出的复位信号脉冲,程序跑飞后DSP不再控制信号闭锁器,复位信号发生器发出的复位信号脉冲不断地送往DSP复位端直至程序正常。6.2.1.15测电动机滑差 放大后送入隔离单元,见图6.2.2-1。脉冲隔离单元:来自脉冲放大单元的脉冲,经脉冲变压器隔离后,直接送可控硅单元。示意图见图 调节器用二次PT采用有源PT直接焊在交流信号处理板上,同步变压器也焊在交流信号处理板上,调节器用二次CT采用有源CT焊在背板上。从PT和CT及励磁变阳极电流CT和转子直流回路CT来的交流信号共6路经过小PT 和小CT隔离后,进行滤波处理后送入主机板,供A/D转换用,见图6.2.

32、3-1。 由PT信号综合处理为一方波供主机板测量电动机频率,见图6.2.3-2。 来自励磁电源的信号经同步变压器整流滤波后形成方波,送入主机板产生同步脉冲,见图6.2.3-3。 由转子电压来的信号降压后经霍尔传感器,一路滤波后送入主机板供A/D转换用;另一路经方波整形电路以后送主机板测电动机滑差,见图6.2.3-14所示。 装置的电源采用高可靠性的开关电源,见图6.2.4-1。装置的电源由DC220V及AC220V双路输入供电。为防止直流输入极性错误,经单相桥式整流输入,交流220V输入经变压器隔离后,两路并联,经滤波、DC/DC变换后产生+5V、±12V、24V1、24V2等电源。

33、各电源用途如下:+5V用作数字电路电源±12V用作模拟电路电源24V用作可控硅脉冲电源和操作回路电源 6.2.5继电器板来自于主机板的16路开关量输出信号经继电器板继电器二次隔离后,送中控发信号,见图6.2.1.4-1。7、软件说明调节器软件设计采用模块化设计,软件分为主程序和中断程序。绝大部分工作由中断程序完成。定时器中断保证每周波等分32次以使程序完成32点交流采样。脉冲回读中断保证真正的可控硅脉冲形成时的准确时间,以确认该脉冲是否为实际需要所触发的脉冲。7.1主程序:开机流程如下: 主程序包含以下子程序:(1液晶显示子程序(2整定参数计算子程序(3整定参数修改写flash子程序

34、(4事件记录写flash子程序(5故障记录写flash子程序(6通讯子程序(7时间刷新子程序主程序的操作模式设计成多任务的操作系统,因为主程序要解决的问题实时性相对于直接面对电动机励磁控制要低,且主程序中的每次任务需执行的时间相对比较长,在执行过程中又需要延时等待,因此为充分提高DSP的利用率,把主程序中的各个子程序都分成线性执行的小段(称之线程,那么,遇到延时或等待事件时,就令线程挂起来,另换一个线程给DSP去执行,仅在延时到或等待事件出现,再回来继续执行。这些子程序的基本执行模式框图如图7.1-2所示。主程序为一个采样周期循环一次,既每工频周波执行32次,因此主程序的执行以定时器中断的采样

35、次数作为基准,以判断主程序的一次循环是否结束。 7.1.1液晶显示子程序:根据调节器面板键盘操作,液晶显示子程序可提供如下界面:(1供运行人员参考的运行参数显示。(2供调试人员参考的参数显示。(3各种菜单显示。(4输入输出状态量显示。(5调节器整定参数的显示与修改与存盘。(6调节器试验的选择、显示与开始进行。(7调节器属性的显示与修改(注:修改只能由制造厂调试人员操作。(8时间的显示与修改。7.1.2整定参数计算子程序通过液晶显示子程序可对电动机励磁系统额定参数、额定交流量采样值(HEX、调节器放大倍数及PI参数、额定直流量采样值(HEX、欠励限制参数、过励限制参数、其他参数及DCS通讯地址等

36、等进行修改,这些参数必须通过整定参数计算子程序转变成DSP能识别的数据形式。7.1.3整定参数修改写flash子程序修改后的整定参数必须写入flash后才能永久保存。7.1.4事件记录写flash子程序发生输入开关量变化事件后,将变化事件时刻的输入输出开关量和调节器状态量及时间写入flash后才能断电保存。7.1.5故障记录写flash子程序发生调节器各种故障后,将故障记录的模拟量和状态量数据及故障时间写入flash 后才能断电保存。7.1.6通讯子程序通讯子程序分DCS通讯子程序和后台机通讯子程序,这些功能可相互切换。DCS通讯子程序:将调节器的状态和运行参数上传给DCS及接收DCS的指令。

37、后台机通讯子程序包括下列部分组成:(1接收后台机发来的各种指令。(2将调节器整定参数上传给后台机。(3接收后台机下传的整定参数并进行参数修改。(4将各种调节器试验波形上传给后台机。(5将调节器事件记录上传给后台机。(6将调节器故障记录上传给后台机。7.1.6时间刷新子程序监测时间芯片上时间的变化并记录,计算事件记录和故障记录时刻的具体毫秒数。7.2中断程序:中断分DSP内部芯片定时中断和外部中断int2、int3。定时中断为每工频周波32次,调节器的计算与控制由定时中断完成;可控硅的触发脉冲回读由外部中断int2、int3完成。7.2.1定时中断定时中断程序完成的具体工作:在第1次与第16次采

38、样之间进行对各采样值进行均方根计算,算出交流量的有效值,并进行PI计算,发可控硅脉冲。在第17次与第32次采样之间第二次对各采样值进行均方根计算,并进行PI计算,发脉冲,以确保每周波两次PI计算。定时中断的其它时间要完成:键盘分析,数据记录、控制规律的实现,运行状态的确定,手、自动相互间跟踪,保护等等。定时中断程序包括以下子程序:(1测速子程序(2采样子程序(3电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数计算子程序(4PI计算子程序(5开关量输入输出操作子程序(6开关量分析子程序(7各种保护限制子程序(8试验子程序(9调节器状态确定子程序(10录波子程序(11故障记录子程序(12跟踪计算子程序(1

39、3跟踪限制子程序(14回读脉冲检测子程序(15检测滑差子程序(16投励子程序(17失步及再整步子程序7.2.1.1测速7.2.1.2采样采用交流采样技术:对于周期为T的周期信号u(t=u(t+T,在一个周期内对该信号等间隔均匀采样N 点,得到N 个采样点的电压值u 0,u 1,u N-1,通过均方根法得到电压的有效值。=1021N i i u N U 7.2.1.3电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数计算采样得到电动机单相电压电流值:c b a j v V i fji fj ,3213102=其中cb a j i I i fji fj ,3213102=其中电动机电压V f 、电流I f

40、按如下公式得到:(33fc fb fa f V V V V +=(33fc fb fa f I I I I +=电动机有功P、无功Q、功率因数COS计算按如下公式得到:fcfc fb fb fa fa I V I V I V P +=(33+=fa fb fc fc fa fb fb fc fa I I V I I V I I V Q 22cos Q P P +=7.2.1.4PI 计算在自动方式下,PI 计算分恒无功方式和恒功率因数方式。恒无功方式如图7.2.1.4-1所示的数学模型计算。恒功率因数方式如图7.2.1.4-2所示的数学模型计算。手动方式下,PI 计算接转子电流闭环计算,如图7

41、.2.1.4-3所示的数学模型计算。 7.7.同步电动机只能在同步转速下才能产生恒定的同步电磁转矩,如果将同步电动机励磁以后,直接投入电网,这时转子处于静止状态,作用于转子上的同步电磁转矩为交变的脉振转矩,平均值为零,因此同步电动机必须借助其它方法起动。其中常用的方法为异步起动,异步起动又分为全压起动和将压起动两种。7.2.1.5.2转差率测量同步电动机异步起动时,在转子回路里感应出一交变的感应电流,如图7.2.1.5-1DLCT 系列 微机励磁控制器 技术说明书 所示，该感应电流通过起动电阻转化为电压信号，该电压信号经过霍尔传感器模块隔离 后，送入主控制器，经过进一步的整形后变成方波，送主机

42、板计算出感应电流的频率， 即为转差率。 Uz t 图7.2.1.5-1 7215 3 最佳投励时刻的确定 转差率测量示意图 t 当电动机的转速达到额定转速的 90%时，对于降压起动的同步电动机，由控制器发 出控制信号，切除降压电抗器，投入全压使电机加速起动，当电动机的转速达到额定转 速的 95%以上时，可整定控制器向整流桥六个可控硅发出触发脉冲，整流桥输出励磁电 流。 7215 4 顺极性投励 当励磁绕组中的感应电流方向与所加的励磁电流同方向时，且电动机转速达到额定 转速的 95%以上，即滑差频率在 2.5Hz 以下时，给予励磁电流，即为顺极性投励。 7215 5 整步强励 为提高同步电动机牵

43、入同步的能力，在投励初期，调节器自动进行强励，强励倍数 为 1.1 倍（可整定） ，强励时间 10 秒（可整定） 。 7216 同步电动机的失步及其保护 7216 1 断电失步 当与同步电动机相连的电网发生瞬间短路时，继电保护动作，将线路断开，导致同 步电动机失步运行。 即使间隔 1 秒左右自动重合闸成功， 仍不能将电动机牵入同步。 DLCT 型微机电动机励磁调节器的断电失步判断条件为： a、对机端的电压的幅值进行测量，比较其是否低于设定值 b、对功率因数角进行测量，比较其绝对值是否大于 90º 如果上述条件均成立，则判定电动机断电失步。若发生断电失步，则立即进行保护，即 停机。 25 DLCT 系