BL系列同步电动机励磁装置使用说明书

1、BL系列同步电动机励磁使用说明 长沙伟定达电气自动化工程有限公司 同步电动机晶闸管励磁装置 BL系列 使用说明书目 录 一、概述1 二、外型尺寸3 三、工作原理4 四、整定、调试方法 10 五、系统试车程序13 六、订货与储运 14 七、外附 15- 8 -一、概述本系列产品分BL21，BL22两种类型。两种类型中根据控制单元型号不同又分为多种数字式励磁及模拟式励磁（详细资料请参阅KCL 系列控制单元使用说明书）1.用途： BL21 */*型可作为拖动重载或轻载起动的同步电动机的直流励磁电源，与同步电动机单机配套。适用于各种气体压缩机、风机、球磨机等。 BL22 */*型适用于拖动冲性击负荷的

2、同步电动机励磁用(如轧钢负荷)。此类型励磁装置可根据电动机的负荷以及功率因素自动调节励磁。2型号及意义如图1所示：3.使用条件:(1).海拔高度小于1000米；(2).周围空气介质温度-10 - +40；(3).周围空气相对湿度不大于85% (20±5)；(4).无腐蚀性气体导电尘埃及易燃易爆场所；(5).无冲击,倾斜度不超过5°；(6).户内安装。4.本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).同步电动机定子回路继电保护盘。(3).辅助机组(油泵、风机等)控制设备。5.主要特征: 本系列产品为KGLF、BKF等系列的更新换代产品，

3、主回路采用晶闸管模块，控制部分采用全数字式集中控制方式或全集成化大板控制方式，提高了产品的自动调节性能及稳定性和可靠性，也更便于维护及维修。 BL21 具有以下特点:(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。(2).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。(3).实现了按同步电动机转子滑差,顺极性自动投励,同步机起动后转速到达亚同步速时,按转差为6%-4%时投入励磁,使同步机拖入同步运行。(4).降压起动的同步电动机转速到达同步速的90%左右时,自

4、动切除降压起动电抗器或电阻,投入全压,使同步机加速起动。然后投入励磁。(5).当电网电压(即高压3-6-10KV或低压380V) 波动时。具有电压或电流负反馈自动保持恒定励磁.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。(6).同步电动机起动与停车时自动灭磁(包括低通灭磁),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。(7).可以手动调节励磁电压、励磁电流且可从零至额定值的110%连续平滑可调。(8).本设备交流输入电源须与同步电动机定子回路来自同一段母线。(9).同步电动机正常停车后3-5

5、秒钟之内,本设备全控桥交流电源及触发电路同步电源不允许断电,仍保持工作状态。(10).本设备所带的放电电阻RFD1和RFD2用户需根据电机厂规定自行将电阻接成串联或并联,使RFD1、RFD2的阻值分别为所配用的同步电动机转子励磁绕组直流电阻的35倍,其长期允许电流为同步电动机额定励磁电流的15%,如出厂附装电阻不满足以上要求,用户要自行解决。(11).本设备很容易与计算机接口，实现监视、监控等功能，且具有完善的保护功能（此功能见KCL系列控制单元说明书）。 BL22 除BL21功能外另具以下特征: 按负荷及功率因素自动调整励磁,基本保持同步电动机无功电流恒定。也可以作动力制动用。6.本设备以下

6、环节需在现场试车时复测或重新整定:(1).灭磁环节晶闸管导通开放电压的整定值。(2).励磁电流、电压的箝位值。(3).比例积分的P、I值。励磁柜的分流器值（此功能只限于数字式励磁柜）。(4).失步保护功率因素值及其失步保护延时时间值。(5).顺极性滑差投全压、滑差投励值及投励环节后备投励时间。(6).早投保护延时时间值。二、外型尺寸：BL系列设备的规格的外型尺寸见下图2及表一。 三、工作原理系统框图：如下图3 波动恒定负载BL21型灭磁电路冲击负载BL22型整流变压器晶闸管整流380V 定子电源投 励投全压微处理器电源同步变压器停机逆变电流负反馈失步保护电压负反馈无功补偿人机操作界面图 3 同

7、步电动机起动过程中,灭磁环节（数字式励磁柜包括受PLC控制的低通灭磁）工作,使转子感应交变电流两半波都通过放电电阻,保证电机的正常起动。起动过程中,整流电路晶闸管处于阻断状态,当电机起动到亚同步速时(转差4%左右),投励环节自动发出投励脉冲,使触发环节发出脉冲到主电路晶闸管上, 于是投入励磁,使同步电动机牵入同步运行。 电流负反馈环节将设备直流侧引入的电流信号反极性与给定信号综合,保证电网电压波动时,整流输出励磁电流保持不变, 以实现对电机的恒定励磁（或采用电压负反馈，模拟式励磁采用电网电压前馈）。 逆变环节的作用是当电机正常停车时,向触发环节加入一控制信号,使主电路晶闸管从整流状态立即转入逆

8、变状态,以保证电机转子的顺利灭磁,同时部分能量回送至电网。 投全压环节是为电机降压起动设置的,此环节组成与投励环节相同,并取自同一的转子电压信号。该环节发出的脉冲通过微处理器控制（模拟式励磁采用集成电路控制）电机定子侧的全压开关,使其按设定的转子滑差值准确动作。BL22 型设备除了具备以上特征以外,无功补偿环节检测同步电动机有功电流信号，用在负载增加时实现自动增磁,使冲击负荷的同步电动机以输出较稳定的无功电流运行。1.主电路简介 (1) 主电路采用三相全控桥式整流电路,改变全控桥上晶闸管元件的控制角,就可得到不同值的直流输出电压。当同步电动机正常停车或故障停机时,由逆变环节提供的控制信号使全控

9、桥工作在“逆变”状态,这样可避免电机停车由于转子电感放电所造成的“续流”或“颠覆”状态。三相全控桥由“整流”状态停车后变为“逆变”状态的波形变化过程如下图4:励磁电压RFD1-2放电波 形停 车经放电电阻三相全控桥“逆变”阻RFD1-2放电励磁电流“逆变”结束完全经放电电波 形三相全控桥回路放电放电电阻RFD1-2感应电压经三相全控桥及控桥及桥桥及正常励磁 图 4 (2) 直流电压表V与放电电阻RFD1、RFD2串联接于整流桥的输出端作为整流电压的测量。电压表V同时跨接于灭磁晶闸管VT4-1、VT4-2与硅整流元件VD1两端对它们起监视作用。 (3) 直流电流表A串接于励磁回路内,投入励磁后指

10、示出励磁电流值。2. 保护电路 (1) 过电压保护采取以下措施: 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RFd1-2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、R31、R41、R51、R61、和C11、C21、C31、C41、C51、C61吸收。 (2) 过电流保护采取以下措施: 与晶闸管元件串联的快速熔断器FU1、FU2、FU3是作为直流侧短路时元件本身短路保护用,快熔熔断时,“保护”环

11、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。3. 控制简介 (1) 灭磁环节: 同步电动机起动过程中,转子励磁绕组的感应交变电压在一个周期的波形变化如下图5所示：图 5 同步电动机起动后至投入励磁前的这一段时间内,全控桥上晶闸管处于阻断状态。在起动过程中,转子励磁绕组所感应出的交变电压, 开始此电压未达到灭磁晶闸管的整定导通电压,相当于励磁绕组开路起动,感应电压急剧上升,当感应电压瞬间值上升至灭磁晶闸管的导通电压时

12、,VT4-1、VT4-2导通工作,接入放电电阻,直至此半波结束,灭磁晶闸管阳极电压过零而自行关断。 调节电位器19W1、19W2即可改变VT4-1、VT4-2的导通电压值。灭磁检测接点闭合时,在较低的直流输出电压下,灭磁晶闸管即可导通,可以检测灭磁环节正常与否。必须注意在较低的直流输出电压下 (小于80V) 检测（且时间不宜过长）。 数字式励磁灭磁晶闸管导通电压,亦可采用分段式控制。在启动时由继电器接点短接,使用较低导通电压。亚同步速运行时,接点断开,实现较高导通电压。 (2)触发脉冲形成电路:（各种类型不尽一致；敬请参阅本公司的KCL系列控制单元说明书） 采用高集成度专用进口德国西门子或美国

13、英特尔芯片（TCA785），因其调制方法灵活，对称度好，可靠性高，而深受广大用户的喜爱。 (3) 触发脉冲输出电路: （各种类型不尽一致；敬请参阅本公司的KCL系列控制单元说明书） 数字式励磁采用德国原装进口的POWERSEM厚膜电路，该电路无须额外的调制及驱动电路，即可触发1000A以下的晶闸管。 (4)投励环节: 同步电动机在整个过程中,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)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

14、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,微处理器接受到电压频率为 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,控制发出触发脉冲,经厚膜后送至主电路晶闸管,从而投入励磁。将同步电动机拖入同步运行。 按转子滑差顺极性无接点投励环节有关电器元件在同步电动机起动过程中的波形见图6所示:(5) 自动投入全压环节：其控制原理与投励环节相同。同步电动机降压起动至同步转速的90%左右时,微处理器输出高电平接通继电器（模拟式励磁采用集成电路控制）。从而控制同步电动机

15、定子回路的全压开关合闸,电机加速起动, 进入亚同步速时,即同步速的94%-96%时投励环节动作，投入励磁。 图 6 同步电动机采用降压起动方案时,需注意以下问题: 电机拖动重负荷起动时,应先给全压后投入励磁。 电机拖动轻负荷起动时,如电机在降压起动过程中有足够起动转矩拖至亚同步转速,先给全压后投励或先投励后给全压都能拖入同步运行。如在降压起动过程中起动转矩不足,不能加速至亚同步速,则需在电机起动至力所能及的转速下给全压,电机加速起动至亚同步速时投入励磁,拖入同步。 降压起动至给全压使电机加速起动称为“二次起动”,二次起动应在电机降压起动至较高转速下进行,否则将引起电网的过大冲击,转子感应交变电

16、压增高,并引起二次起动电流过大,过流跳闸,造成电机起动失败。(6) 停车逆变环节： 同步电动机定子回路断电正常停车或事故停车,三相全控桥交流电源不得断电,主电路晶闸管控制角从原来的小于120°，突变为大于120°，小于180°, 三相全控桥即由“整流”状态变为“逆变”状态。 工作原理是: 当执行程序检测到油开关分闸信号时,自动将移相脉冲推至逆变区。(7) 无功补偿环节： 拖动冲击负载的同步电动机当负载增加时,其输出无功电流减少,超过额定负载时减少的更为严重,甚至变为从电网吸取感应无功电流,这不利于电机运行和电网电压的稳定,冲击负载的大型同步电动机对电网影响大,需要

17、按照电机负载的大小,自动调节励磁。 BL22 设备用无功补偿电路检测同步电动机定子回路有功电流信号,用来在负载增加时实现自动增磁。使冲击负载的同步电动机以输出稳定的无功电流运行。 无功补偿电路输出电压平均值与同步电动机定子有功电流成比例,经双T滤波取得此环节输出电压,与移相给定综合控制触发环节进行励磁自动调节。数字式励磁无功补偿是通过功率因素传感器送入PLC微处理器进行判断后自动调节励磁电流来实现无功补偿的。(8) 快熔熔断保护环节：主电路快速熔断器熔断时,FA输入保护电路,使故障继电器KM2吸合,发出声、光报警信号,还可以根据需要切断同步电动机定子电源。四、整定调试方法 1.灭磁环节： (1

18、) 灭磁晶闸管导通电压值的整定: 灭磁可控硅VT4-1、VT4-2导通电压的有效值应分别大于整流变压器ZB二次侧线电压的峰值且低于可控硅耐压值的0.5倍,即: 0.5UTUKK10*K11*Uem1.1*1.35*2 Ue2.1Ue式中:UT： 晶闸管耐压值； Uk: 晶闸管VT4-1或VT4-2分别整定的导通电压有效值； Uem: 整流变压器ZB二次侧线电压峰值； Ue : 整流变压器ZB二次侧线电压有效值； K10: 电网电压升高系数取1.1； K11: 可靠系数取1.35。 设备额定整流电压值为250V的产品,VT4-1、VT4-2导通电压的有效值应为: UK=1.62Ue÷2

19、=1.15 Ue (这一电压等级的设备去掉了熄灭线,所以其整定值的选取与其它不一样。) 其它电压等级如下表二（参考值）：整流变压器二次线电压有效值VT4-1、VT4-2分别整定的导通电压工频有效值(V)峰值(V)50V10615075V160225110V233330140V297420170V360510250V280396(2)接线与调试设备如下图7所示：TBV1VPVRD220V或380VRRFD2RFD1VD1VT4-1VT4-2K 图 7(3).调试方法 照上图7接线,切除励磁柜交流电源,断开转子负载，用不小于2.5平方毫米的导线将一支灭磁晶闸管短接。示波器接至灭磁电路对应端(示波器

20、外壳接地线必须解除)。合上开关K,调节TB二次侧电压至10V左右,示波器出现图8(A)波形即正常。后缓慢上升TB,输出电压至灭磁晶闸管的整定导通电压,调节电位器,使示波器出现图8(B)波形,即表示灭磁晶闸管已导通(此种状态不可持续过长),然后微降TB输出电压,又出现图8(A)波形,表示晶闸管已关断。将TB输出电压降至60V左右再检测灭磁,示波器波形又出现图8(B)波形(时间不要过长)。 将开关切断,将短接线改接另一支灭磁晶闸管元件,按上述方法调定后锁紧电位器。 2.三相脉冲触发环节及逆变调整。图 8按下图9接入假负载电阻 RFD2RFD1假负载电阻在无给定和相序正确的情况下，将面板上转换开关打

21、到“调定”位置，合闸后装置应无输出电压。此时调节控制板上负偏移电位器使脉冲宽度为30度，此位置为停车“逆变”状态，晶闸管控制角等于145度左右，调节“电压调节”电位器PW，电压表U、电流表A应均匀上升，且用试波器观察直流输出电压波形是否对称。 如设备送电后,PW在起始位置即有输出电压, 或调节PW时,电压表跳跃上升并有时跌落,即为三相电源相序与设备内部不同引起,应切断电源,将三相电源相序校好。 3.励磁柜分流器的设置(仅限于数字式励磁)。 4.早投保护延时时间值的设置。5.投全压、投励滑差值的设置(仅限于数字式励磁)。6.定时投全压、投励时间的设置。7.比例积分的P、I的设置(仅限于数字式励磁

22、)。8.励磁电压、电流箝位值的设置。9.失步保护功率因素及其保护延时时间的设置。数字式励磁以上39条均可通过人机操作界面设置。10.调节PW整流电压应能从0至额定值的确110%连续平滑可调。11.故障检测：（1）使故障继电器KM2动作，励磁柜会向外输出一对触点信号，数字式励磁同时人机界面会有文字闪烁提示。在故障信号源消除的情况下，按“确认”键后提示消失。（2）在失步保护动作和电流互感器损坏时，人机界面也会有相应提示，在故障信号源消除的情况下，同样按“确认”键后提示消失。 12.给同步电动机转子送电流试验:先在转子绕组上串接假负载电阻,供电后,检查风机风向,输出电压波形及电压指示,正常后解除假负载电阻,接上转子负载，调节输出电压、电流到接近额定值 (时间不可过长),正常后即调试完成。然后可以进行系统试车。 五、系统试车程序 1.注意事项:(1) 同步电动机铭牌所标励磁电压、电流数值不得大于本设备额定值。 (2) 用电桥测