WKLF系列微机全控励

1、WKLF系列微机全控励磁装置 电气分厂1基本知识 同步电动机起动方式 同步电动机起动方式主要有异步起动和变频起动。 变频起动需一套专用调频电源，技术复杂且设备成本高，主要用于负载及转动惯量都很大的大容量高速同步电动机， 国内钢厂有几套进口变频起动装置，其它行业一般不使用。异步起动是同步电动机常用的起动方式， 视供用电系统容量采用全压起动或降压起动，降压起动分为电抗器降压和自耦变压器降压。电抗器降压起动 图 1-1 为采用电抗器降压起动主接线及投全压开关合闸控制回路示意图。 电抗器降压时施加于电机端电压电流降低的同时起动力矩相应降低较大， 适用于系统容量小不允许直接全压起动且对起动力矩要求不高的

2、机组， 如供电系统容量小但又要求起动力矩大的场合，需采用自耦变压器降压起动。电抗器降压起动时，合 1DL，机组转速加速至投全压滑差时（约0.9Ne） ，励磁装置投全压继电器JQY 动作，控制2DL 合闸，将母线电压直接施加于电机定子。 自耦变压器降压起动 图1-2 示自耦变压器降压起动主接线及控制回路， 两者都较电抗器降压起动复杂。励磁装置投全压继电器 JQY 需控制2DL 跳闸及3DL 合闸， 操作顺序为1DL 合闸-2DL 合闸-JQY，动作跳2DL，合3DL。2降压启动3WKLF-11励磁硬件配置 主机系统 CPU主机板插件 I/O通道板插件 MF脉冲放大板插件 SW切换板插件 RW-2

3、型读写控制器 以上插件和读写器可组成单通道自动调节控制系统， 采用双自动通道时，CPU、I/O、MF插件均需两块。推荐用户采用双通道。信号变换及电源系统 包括母线电压、电流及同步信号变换器，励磁电流霍尔传感器和交直流输入两路独立开关电源 操作继电器系统 仪表、显示、操作系统 风机、可控硅、启动控制、阻容吸收等主回路系统 45硬件原理 WKLF11型励磁装置的硬件原理由以下几部分构成： （1）主桥及启动回路 WKLF11型励磁装置的主桥电路为三相全控桥式整流电路，并配有交流侧浪涌吸收、可控硅换相过电压吸收及均压电路等保护。 主桥可控硅由接于其控制极的脉冲变压器触发顺序导通，从桥臂输出相应的励磁电

4、压。 启动回路包括启动电阻RQ、启动二极管ZQ、启动可控硅KQ及其控制电路以及监视启动回路的JQJ继电器等。在电机启动时，通过ZQ和KQ将启动电阻RQ接入电机转子回路，以改善电机的起动力矩，使起动过程平稳、迅速。投入正常励磁后，由JQJ保证启动回路自动切除。6硬件原理 2）信号检测 在电源及信号变换箱中，安装有信号前置变换板，用以给主机提供必要的控制及反馈信号，其种类有： 同步变压器。其原边取自励磁电源的A相电压。给主机提供产生触发脉冲的同步信号。 母线电压变换器。其信号取自母线PT的电压小母线，定子BC线电压信号。 定子电流变换器。其信号取自同步电机定子侧A相CT，它产生定子A相电流信号，与

5、定子BC线电压一起构成功率因数测量的原始信号。11M和11Z型还配有定子电流测量值变送回路。 在主桥的输出母线上，串接有霍尔电流传感器，用以实现励磁电流的变换。 前置变换板上设有励磁电流信号的前置放大， 以满足后续电路需要的信号电平。7（3）操作回路 WKLF11型励磁装置的操作回路包括： 控制开关KK。（11D2型无KK开关，装置的调试位、工作位和零位由读写控制器设定，见读写器章节）为三位置开关，分调试位、工作位和零位。在调试位和工作位分别有一付接点引入通道板，以给主机提供控制开关的状态。在工作位还有一付接点外引至定子断路器的合闸回路， 以联锁定子回路的合闸操作。 手动投励和手动灭磁按钮。

6、用于装置静态或动态调试时进行手动试验。 手动增减磁按钮。用于手动调节励磁，在功率因数闭环退出运行时，可通过它们增减励磁电流；在双闭环运行时，可通过它们改变功率因数的设定值。 8操作回路开闭环转换开关。用于手动设置励磁装置是单一电流环运行还是双闭环运行。对于11M型装置，起动离合器吸合后返回一付接点做为闭环投入的另一个必要条件， 只有该接点吸合且开/闭环旋钮置闭环位时，才能投入双闭环运行。 手动切换按钮。用于对A、B通道进行手动切换，在两个通道均完全正常时，通过它可任意指定一个通道为主机，另一个通道即变为备机，若出现两通道一个或两个都发生故障时，手动切换不起作用，A、B通道的主备机状态由自动切换

7、信号控制。 A、B通道更换旋钮。用于在A（B）通道故障时更换A（B）通道所有的三个插件（CPU、I/O、MF板）。若A（B）为正常主机运行，B（A）为正常备机运行，将A（B）的更换开关置“更换”位置时，A（B）通道会自动切换到B（A）而转入备机运行，原为备机的B（A）转入主机运行。切换过程无抖动。 定子断路器状态。它引自定子高压开关的辅助接点。 主桥起动回路开通监视继电器JQJ的输出接点。 9（4）通道板（I/O板） 作为主机板与外界信息交换的通道， IO板主要完成电平转换隔离等输入、输出功能。具体有以下几部分： 模拟量输入。 包括IF、PT、CT、ID等四个模拟量输入通道，其中IF还有一个整

8、形通道IFT，它们的输入信号取自前置放大板，输出送至主机板供AD采集或逻辑判别使用。 接点量输入。 包括上一节所有接点量，都通过光耦隔离后输入主机板，共有28个通道。 接点量输出。 共有4个继电器接点输出通道，分别为投全压、投励、报警和跳闸。 指示信号输出。 共有11个通道，输出直接驱动发光二极管（8）以提供励磁工作时的信号指示。 内部电平量输入，包括A、B套确认，主、备机确认，IO板脉冲检测及MF板脉冲检测输入等。这些都属于非隔离量输入。脉冲输出。 用以产生触发主桥可控硅的六路双脉冲信号， 并通过光耦隔离输出至脉冲放大板。六路脉冲的波形图如上图示。另外在IO板中还设有脉冲丢失检测电路。10脉

9、冲放大板 主机板（5）脉冲放大板（MF板）。 用以对IO板产生的六路脉冲进行电平转换和放大，以驱动脉冲变压器，触发脉冲的波形如图示。 在脉冲放大板中，也设有脉冲丢失检测电路以确保六路脉冲的可靠性。 （6）主机板（CPU板）。 主机板是励磁装置的控制核心，它接收从I/O板传送过来的信息，进行相应的逻辑处理及数值运算，产生结果从I/O板输出。另外，CPU板还通过切换板不断与另一通道的CPU板进行通信，同时也在读写控制器请求时与读写器通信。 按硬件结构分CPU板有以下几方面的内容： 11单片机及其常规外围系统；包括CPU程序存储器、数据存储器、基准时钟电路、地址译码电路等。 AD采集电路；有励磁电流

10、和定子电流（11M和11Z型）两路AD采集。 滑差检测电路；在电机启动时通过转子电流信号IFT 检测转子的转差率，供CPU作投全压及投励判别的依据。 功率因数检测电路。用以对IO板送来的BC电压和A相电流信号进行变换，从中检出两信号的相位差角，供CPU测量功率因数值。 CPU工作时的软、硬件监测（看门狗）电路。 主机板的硬件资源， 只是提供了一个实现励磁装置各项功能的基础，它还需要有丰富的软件与其相结合。在下一章软件原理中，将结合介绍CPU板的主要功能。 12切换板（SW板）（7）切换板（SW板）。 切换板上设有两部分电路：主备机切换电路；信息交换电路。 主备机切换电路。 通过它确定A、B两通

11、道谁是主机、谁是备机。它受自动切换信号和手动切换信号控制。 自动切换的优先级高于手动切换信号，只有在A、B两通道均正常工作时，才能通过手动切换按钮任意指定主备机。 信息交换电路。 包括： a、A、B通道之间的信息交换，在切换板上设有A、B通道信息交换的双向并行通信口。 b、主备机之间的信息交换。 c、与读写控制器进行数据通信。 d、功率因数显示接口，A、B通道中的主机通过切换板设置的串行通信口， 将功率因数的给定值和实测值送至显示板进行显示。 13读写控制器读写控制器 概述 RW2 型读写控制器是 WKLF 系列微机励磁装置的一个重要辅件。操作人员使用读写器可与主机进行信息交换。不论主机在工作

12、位、调试位或零位，都可与主机进行通信。 读写器本身是一个小的微机系统，其中央处理器为 8031，用以完成键盘和显示器扫描数据输入、 处理和主机通信及上位机通信等功能。它是主机与操作人员之间的一个信息交换工具，通过它将主机中的数据代码变成人能识别的信息， 从而协助操作人员更好地对励磁装置进行操作和维护。 同时通过它可以在不占用主机时间的条件下，与上位机保持通信，实现上位机对各励磁设备的遥测或远控。 14三相变压器的接线组别三相变压器的接线组别 WKLF 系列励磁装置的励磁变压器统一使用/Y11 连接组别，对于 41 型装置由于变压器柜内安装，到现场不会有任何问题，11 型装置则不然。 当变压器的

13、连接组别不为/Y11 点时， 会依据实际连接组别而产生不同的现象，励磁输出非大即小，调试位时数码显示器下排正向（138）或负向（000）饱和，此时应使用读写控制器系统使能功能，将电流闭环退出以排除电流调节器的影响。对于三相干式变压器，从外观上观察其连接组别应该不难，但要核对变压器与机柜之间的电缆有无交叉错位。 如果上述检查仍无错误，则可尝试掉换励磁电源进线的 B、C 相。15装置运行过程中的正常操作 电动机启动投励完成后，电机即进入正常运行状态，电机运行时， 装置主机箱面板按钮或开关根据需要可进行正常的操作。 （1）开闭环转换操作 在确定功率因数测量正常后， 且通过初次调试配置好功率因数闭环调

14、节系数后，用户可操作“开闭环”转换开关，将系统设置成开环或闭环运行。 注：在空电机运行状态（有功功率小于30%额定有功功率）时11M型和11Z型装置将自动转入开环运行，11D型装置则应手动将励磁装置设置成“开环”运行。 （2）增减磁操作 开环运行时，可操作“增磁”或“减磁”钮，增大或减小装置的励磁电流输出；闭环运行时，操作“增磁”或“减磁”钮，则增大或减小闭环给定值。 （3）更换插件操作 当主机箱控制插件出现故障时，操作故障插件所在套的更换/复归”转换开关至“更换”位，拔出故障插件（A、B套插件包括主机板、通道板、脉冲板，切换板为公用插件，严禁在线拔出），推入备用插件，将转换开关打至“复归”位

15、。严禁将A、B两套更换旋钮都置于更换位。 电源及信号变换箱插件故障时，对于交、直流电源插件，许将其面板上的“电源开关”置“分”位后在线更换；前置变换插件严禁在装置通电、特别是电机运行中在线拔插，与切换板一样，前置变换插件故障必须待装置断电才允许更换。 （4）双机切换操作 在A、B通道均正常工作时，用户可操作“切换”钮进行切换操作，主机通道发生故障时自动切换至备机。16工作电源工作电源 本装置电源系统包括一个交流220V输入和一个直流220V输入的两个开关电源，两套电源具有相同的四路直流（5V、15V，24V）输出，且5V、15V、24V 均相互隔离。电源采用特殊设计，使得15V、24V 两套并

16、联运行，且每套的设计容量都足以提供励磁装置的全部份额， 因此当一套电源发生故障时，负载电流全部转移到另一套上。5V 两套电源相对独立，分别给主机箱中 A、B 两套控制插件供电，这样的电源配置使得整机运行可靠性大大提高。 不论交流输入还是直流输入其工作原理大体相同， 但由于设计的工作点不同，二者不能互换，特别是若将直流电源插入交流电源插位将会导致输入过压而烧坏。 开关电源的各路输出， 都有严格的电压范围； 特别对于A、B 套的5V 电源， 电压超差会导致主机无法正常工作而出现意外后果，使用时应注意避免。 下表列出了各回路电压标称值和允许偏差 （指电源在空载情况下）17电源电压18保护回路 保护回

17、路 由于 WKLF11 型励磁装置采用了微处理器芯片，它除了完成双闭环励磁调节功能外，还具有很强的保护功能，在下一章软件原理中将作详细介绍，因此，继电保护回路实际上只承担动作出口、跳闸、报警及其复归等功能。另外，还有一小部分常规保护设有引入主机箱控制器中， 它们通过出口跳闸继电器直接输出，如： 、空气开关过流保护； 、励磁变压器二次侧的快速熔断保护； 还有一些只动作于报警的监测环节设有送入主控制器中，而是直接引至报警继电器，如： c、风机监视； d、A、B 套24V 电源监视，位于交、直流开关电源内部； e、交流电源监视； f、直流电源监视。 所有动作于跳闸出口的保护都会动作报警， 在报警回路

18、中设有音响报警和灯光报警，并设有音响报警复归按钮，而灯光报警信号只有在故障消失后才撤除。19故障处理PT 回路断线故障 现象：a、单套故障时，故障套为备机（若原为主机将切换至另一套转入备机运行） ，通道故障灯亮，读写器检查故障总数一种，故障类型为PT 回路断线，代码A07 或B07。b、双套同时发生该类故障，不发生切换，两套通道故障灯点亮，若故障前为闭环运行，故障发生后自动退出闭环，闭环灯熄灭，数码显示器上、下排全熄灭，用读写器查故障总数 2，故障类型均为PT 回路断线故障，代码为A07 和B07。 分析处理：a、单套发生该类故障时，不影响机组正常运行，故障判别方法与单套同步信号丢失类似：测量

19、故障套300 端子 PT 信号，UPT（30018、30024）或（30046、30052）应为AC6.7V 左右；更换通道板；更换主机板，若为主机板故障则应换回原通道板以确认其是否损坏。b、双套都发生该类故障时，机组也可维持连续运行，但此时功率因数闭环已退出；励磁电流无法依负载或电网自动调节。故障点判别方法为：测量 600 端子上 PT 信号输入 YMB、YMC（60020、60021）之间电压应为 AC100V；测量前置板 PT 信号输入（40034、40035）之间应为AC100V ；测量前置板 PT 信号输出 BPT（40015、40016）和 APT（40029、40028）的电压均

20、应为AC6.7V 左右。选择时机停机，拔出电源箱插件，检查 400 单元母板是否有烧痕；更换前置变换插件，更换时应将新插件上的电阻 R3R6 按现场实验报告上记录的阻值重新配置。 20故障分析(8)CT 回路断线故障 现象：a、单套故障时，故障套为备机（若原为主机将切换至另一套转入备机运行） ，通道故障灯亮，读写器检查故障总数一种，故障类型为CT 回路断线，代码A08 或B08。b、双套同时发生该类故障，不发生切换，两套通道故障灯点亮，若故障前为闭环运行，故障发生后自动退出闭环，闭环灯熄灭，数码显示器上、下排全熄灭，用读写器查故障总数 2，故障类型均为CT 回路断线故障，代码为A08 和B08

21、。 分析处理：a、单套发生该类故障时，不影响机组正常运行，故障判别方法与单套 PT 回断线故障类似：测量故障套300 端子 CT 信号，UCT（30016、30021）或（30048、30053）应为 AC10V 以上（若此时电子电流非常小，该值会稍偏低） ；更换通道板；更换主机板，若为主机板故障则应换回原通道板以确认其是否损坏。b、双套都发生该类故障时，机组也可维持连续运行（伴随有其他故障发生时，可能会跳闸停机） ，但此时功率因数闭环已退出；励磁电流无法依负载或电网自动调节。故障点判别方法为：观察仪表板上定子电流表是否有指示； 测量前置板CT 信号输出BCT （40018、40019）和 A

22、CT（40026、40025）的电压均应为 AC10V以上（若此时电子电流非常小，该值会稍偏低） ；选择时机停机，拔出电源箱插件，检查400 单元母板是否有烧痕；更换前置变换插件，更换时应将新插件上的电阻 R3R6 按现场实验报告上记录的阻值重新配置。 由于 CT 开路时会在回路上产生过电压，有可能导致其他周边回路联锁击穿，应依现场实际情况具体分析。 21 (10) 长时间不投励故障 现象：电机起动过程中，未及投励，即发出跳闸信号，电机跳闸停机。读写器检查故障类型为长时不投励，代码 A10（A套主机时）或B10（B 套主机时） 。 分析及处理：可按下述步骤分析：参数项“起动闭锁”参数是否设置恰

23、当，若电机初次起动，无法估测起动时间，可将该参数适当延长。参数项“投励滑差”及“全压滑差”以及“计时投励”是否设置恰当，检查励磁电流测量环节是否正常，方法为调试位手动投励是否能正常工作；工作位短接油开关辅助接点（可短接 600 单元22#和24#端子）模拟油开关合闸，观察装置是否能自动投全压投励；用读写器功能二测取“起动时间”是否等于 2 倍“计时投励”设定值，若该试验中无法自动投励，须确认前置板调零是否合适，如正常应更换通道板，若测试时间异常应更换主机板。 $落实故障原因后，可重新开机，但应复归信号指示，复归方法参阅读写器手册功能四。 22 (15)输出电流过小故障 现象：主机套的通道故障灯

24、与脉冲故障灯同时点亮，励磁电流表指示非常小（约5Ife） ，不发生切换，读写器检查故障类型为输出电流小，代码 A15 或B15，正常运行时发生该类故障，则会伴随有电机失步故障。 分析及处理：实际输出励磁电流小于5造成，分析原因为： 交流电源消失， 伴随有同步信号丢且交流电源指示灯灭；调试位空气开关“分闸”位，伴随有空开跳指示灯亮；工作位闭环运行时，功率因数测量故障，引起调节器负向饱和；触发脉冲全部丢失，伴随脉冲板及通道板故障。处理方法为根据不同的伴随现象作出相应处理，若触发脉冲全部消失，最大可能是双套24V 电源均发生故障（短路） ，需查找原因并更换相应部件。 处理完重新投入前应使用读写器作信

25、号复归。 23主桥缺相故障 现象：主机套通道故障灯及脉冲故障灯点亮，在调试位发生时会立即灭磁，同时下排数码显示器显示 2 A ，工作位运行时不会灭磁，不自动切换，励磁电流表指示正常，功率因数显示及调节正常，若手动切换则故障暂时消失，但原主机套内部记忆有缺相故障，新主机运行时，若故障仍然存在则稍后（8 秒）仍会发出相同信号，不跳闸也不会灭磁。 分析及处理：原因有多种可能性。用示波器测量励磁电压信号，观察波形是否正常（有无丢失波头数） ；若有可按下列步骤查找。励磁电源某相缺损；脉冲输出板（MC）局部故障导致某路或多路脉冲丢失；主桥可控硅故障，常伴随有快速熔断器熔断；300 单元至 MC 之间六路脉

26、冲连线是否有不可靠。用示波器测量300 单元26#31#端子波形是否正常，若异常且 A、B 套均未提示脉冲丢失，则需更换 300 主板。若测量励磁电压波形正常， 则检查变压器系数 ADJ 是否与报告记录值相符或是否整定合适；核实运行的 380V 电源 24(19)风机故障 现象： 风机停故障指示灯亮， 风机停转， 风机箱保险熔断，励磁输出不受影响。 分析及处理：短时间内（暂定1 小时内，配合监视可控硅与散热器接合处温升不超过 40）能完成处理则无需停机，更换时应先拧开风机箱上航空插头，取出风机箱，采用替换故障风机或整体更换风机箱的方式均可。 在投励前风机停指示灯也会点亮，但无报警，此属正常现象而非故障。 (20)快速熔断器熔断 现象：快熔断故障指示灯点亮，快速熔断器单相或多相熔断，与之并联的指示熔芯弹出。机组因励磁故障跳闸停机。 分析及处理：主回路存在有一只或多只可控硅反向击穿，或负载（励磁输出）短路导致，处理方法为停电检查：逐一测试可控硅元件是否有损坏现象（可用 500 V摇表测试正、反向电阻） ；测试主回路是否有多点对地绝缘损坏；测试励磁绕组是否存在短路现象；用 500V 摇表测试两根励磁引出电缆之间是否有绝缘损坏。查出故障点后应切实查明事故原因，再更换损坏器件。 25 (21)空气开关跳闸故障 现象：空开跳故障指示灯点亮，空气开关