淮安三站無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)靜態(tài)勵(lì)磁改造升級(jí)

袁 聰 顧一波 劉珊珊

（江蘇省灌溉總渠管理處，江蘇 淮安 223200）

1 概述

淮安三站有兩臺(tái)無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)，幾年前改造了與電機(jī)同軸的旋轉(zhuǎn)整流器，解決了電機(jī)經(jīng)常性起動(dòng)不成功，起動(dòng)振動(dòng)大，旋轉(zhuǎn)整流盤(pán)硅元件時(shí)有損壞的現(xiàn)象。為了滿足泵站同步電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和提高自動(dòng)化程度的需求，需升級(jí)靜態(tài)勵(lì)磁裝置。本文闡述這種新型無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)微機(jī)勵(lì)磁裝置在泵站自動(dòng)化的應(yīng)用。

2 原靜態(tài)勵(lì)磁裝置缺陷

2.1 原靜態(tài)勵(lì)磁存在以下性能缺陷

1）核心控制芯片采用 8/16位單片機(jī)，主頻率20MHz以下，控制及數(shù)據(jù)總線外引（如 STD總線結(jié)構(gòu)）。

2）控制器由插件組成，中小規(guī)模 TTL集成電路，品種數(shù)量多，上電、斷電過(guò)程中易丟失參數(shù)；同時(shí)也易導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)、易老化、難維護(hù)的狀況發(fā)生。

3）人機(jī)界面不夠直觀，只有簡(jiǎn)單的事故追憶，且掉電丟失，數(shù)據(jù)顯示只能通過(guò)讀寫(xiě)器查看，不直觀且顯示內(nèi)容有限?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)需帶電調(diào)整PT、CT的物理接線位置等等不便因素。

3 新靜態(tài)勵(lì)磁裝置

1）功率單元

本裝置功率單元采用 PWM 脈寬調(diào)制功率單元，勵(lì)磁電源（直流 或交流、單相或三相，通常采用三相交流電源）通過(guò)接線端子輸入，經(jīng)三相快速熔斷器-FU1∽-FU3 輸入至三相整流橋模塊-V1，整流橋模塊-V1 將輸入的交流電源整流為直流，并通過(guò)電容器-C1 濾波。IGBT 模塊-V2 工作于斬波狀態(tài)，按固定頻率導(dǎo)通和截止；通過(guò)改變-V2 在每一個(gè)導(dǎo)通周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間（即占空比）即可調(diào)整輸出電壓的大小。IGBT 模塊-V3 為滅磁用 IGBT，投勵(lì)時(shí)-V3 持續(xù)導(dǎo)通，滅磁時(shí)-V3 截止；勵(lì)磁電流通過(guò)滅磁電阻-R1 形成回路，勵(lì)磁繞組儲(chǔ)能由-R1消耗以縮短滅磁時(shí)間。-V3 IGBT 的控制信號(hào)由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器發(fā)出，實(shí)現(xiàn)對(duì)功率單元的勵(lì)磁輸出調(diào)節(jié)以及投勵(lì)或滅磁的控制。對(duì)勵(lì)磁電源相數(shù)、相序、頻率等無(wú)嚴(yán)格要求；允許雙套功率單元分主/備機(jī)并列運(yùn)行?；魻栯娏骷半妷簜鞲衅饔糜趧?lì)磁電流及勵(lì)磁電壓的測(cè)量變換。

2）勵(lì)磁調(diào)節(jié)器

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用具有超大規(guī)模集成度的 32 位嵌入式 DSP 處理器做為核心控制單元，其150MHz 的主時(shí)鐘頻率足以應(yīng)對(duì)任何復(fù)雜的快速運(yùn)算；其通道模擬量采集均為每周期（每 20ms）128點(diǎn)高速交流直接采樣，并通過(guò)快速傅里葉變換（FFT）計(jì)算各電參數(shù)基波數(shù)值，信號(hào)測(cè)量不受工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)干擾影響。

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器為結(jié)構(gòu)獨(dú)立的控制單元，有測(cè)量、控制、調(diào)節(jié)與保護(hù)；如 PWM 脈沖形成、模擬量測(cè)量、接點(diǎn)量開(kāi)入開(kāi)出、參數(shù)整定與勵(lì)磁調(diào)節(jié)、軟硬件故障監(jiān)測(cè)、雙機(jī)通信、與 PC或液晶操作面板通信等。采用雙調(diào)節(jié)器配置時(shí)雙機(jī)只通過(guò) CAN 通信電纜連接，無(wú)任何公用部分，真正做到百分之百軟、硬件冗余。具有與斷電保護(hù)裝置配合實(shí)現(xiàn)斷電自動(dòng)再整步功能。具有全面的勵(lì)磁保護(hù)和限制功能。

功率參數(shù)測(cè)量的在線選線功能。 功率參數(shù)的測(cè)量依賴于 PT、 次回路的接 CT線正確性；在電機(jī)開(kāi)機(jī)前要確保接線正確有一定難度，開(kāi)機(jī)后難免存在帶電調(diào)換接線或需停機(jī)調(diào)換接線的難題，而且很難保證一次調(diào)線就能解決問(wèn)題；勵(lì)磁調(diào)節(jié)器可同時(shí)顯示 PT、 所有接線組合測(cè)得的功率參數(shù)值，當(dāng)時(shí)電機(jī)運(yùn)行工況輕松地選擇正確的接線組合并永久保存至調(diào)節(jié)器，無(wú)須調(diào)換PT、CT 物理接線位置。

支持在線參數(shù)整定，所有參數(shù)即改即用，配置參數(shù)保存于串行 EEPROM 中并按正、副本加 CRC校驗(yàn)碼保存，正本參數(shù)錯(cuò)誤自動(dòng)使用副本。掉電不丟失。

完備的事件記錄功能。能準(zhǔn)確記錄勵(lì)磁裝置的每一次就地或遠(yuǎn)方操作、裝置的瞬時(shí)或永久故障信息、輸入輸出接點(diǎn)量及內(nèi)部狀態(tài)變位等信息，可記錄最新發(fā)生的1500條事件信息，掉電不丟失。

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部配置有可同時(shí)錄制兩路模擬量和八路接點(diǎn)量的錄波器；最大錄波分辯率為每周期（每 20ms）128點(diǎn)，最大錄波時(shí)長(zhǎng)為 76s，擇配置為調(diào)節(jié)器采集的所有模擬通道中的任意兩個(gè)通道；錄波器可手動(dòng)觸發(fā)或自動(dòng)觸發(fā)，配合軟件包中的波形分析功能很方便的實(shí)現(xiàn)波形分析、存儲(chǔ)、打印等

全面的電參數(shù)測(cè)量顯示功能。可測(cè)量顯示的電參數(shù)包括：勵(lì)磁電流、勵(lì)磁 電壓、定子三相線電壓、定子電流、電網(wǎng)頻率、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、PWM占空比、電機(jī)起動(dòng)時(shí)間、累計(jì)運(yùn)行時(shí)間、調(diào)節(jié)器環(huán)境溫度等。

具有用于后臺(tái)測(cè)控的 RS-485通信接口，采用Modbus通信協(xié)議，與泵站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。勵(lì)磁設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、工作狀態(tài)和故障信息應(yīng)上送微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；在勵(lì)磁系統(tǒng)操作模式選擇“遠(yuǎn)方”時(shí)，微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可在遠(yuǎn)方實(shí)現(xiàn)對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)在現(xiàn)地能進(jìn)行的所有操作。

4 改造后效果

新型的靜態(tài)勵(lì)磁柜中勵(lì)磁調(diào)節(jié)器集成度高，對(duì)外接口少便于更換；觸摸屏顯示界面更人性化便于記錄參數(shù)；詳細(xì)的事件記錄功能便于排查問(wèn)題，改造后通過(guò)機(jī)組運(yùn)行的檢驗(yàn)，裝置運(yùn)行穩(wěn)定，取得了較好的改造效果。