一种基于PLC控制的多功能同步电机励磁装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于PLC控制的多功能同步电机励磁装置，励磁装置实现同步电机的转子励磁功能的具体包括以下步骤：步骤S1：在同步电机工作过程中，当出现了定子合成磁势的负序与正序之比(F

【技术实现步骤摘要】
一种基于PLC控制的多功能同步电机励磁装置


[0001]本专利技术涉及电气自动化
，具体为一种基于PLC控制的多功能同步电机励磁装置。

技术介绍

[0002]目前工程技术上的大型同步电机启动控制的有关转子回路以及同步电机励磁装置的励磁直流电源、灭磁电阻等几个环节的技术细节：
[0003]1.1同步电机的启动程序：
[0004]异步启动、亚同步顺极性投励、同步运行。
[0005]同步电机开始异步启动时，定子回路被接通三相交流电源，立即在定子绕组上产生交变旋转磁场，并在转子励磁绕组内感应出电势，转子绕组为单相绕组，也是励磁绕组；
[0006]同步电机励磁装置的PLC控制器，控制励磁装置的灭磁回路接通转子绕组，灭磁电阻与转子绕组串联，共同构成闭合回路，频率为sf1的转子感应交流电流，在异步启动过程中产生异步转矩，同时转子回路的灭磁电阻，将感应电流以热量形式消耗掉(灭磁电阻实质是板状电阻，陶瓷片上单层缠绕着的电阻热丝)。启动开始瞬间转子绕组的异步感应电势e的峰值约为三相定子线电压U
A
的10％，同步电机转差率s＝1，并立即下降，此后的异步启动过程一直伴随有e
↓
、s
↓
的衰减趋势。
[0007]励磁装置的取样检测电路始终在线检测转子绕组上的交流感应电势的交流波形及频率，励磁装置的控制PLC对检测到的感应交流波形的幅值和频率进行分析；
[0008]当同步电机处于正常的三相交流电流对称状态下，同步电机检测转子上获取的亚同步信号、转子上感应交流电势的波形和阈值图如图1
‑
2、图3所示：
[0009]图1中的交流波头是励磁装置的转子取样检测电路，检测到的转子感应交流电势波头的正向部分，阈值波形是指经过励磁装置的控制器阈值函数组，计算过滤之后的转子感应交流电势脉冲矩形波；(阈值波、励磁装置的控制器阈值函数组也是本励磁装置的又一核心技术)图4中脉冲矩形波的幅值E,是转子感应交流电势e的幅值；脉冲矩形波的频率，空占比，是当(s≈0.05)时，转子上出现的感应交流电势的频率；
[0010]分析投励条件：
①
在同步电机转差率s≈0.05，相应的脉冲矩形波的频率约为2
‑
3Hz时，即同步电机的亚同步时刻；
②
脉冲矩形波的幅值小于励磁直流电压U
f
,即∣E∣<U
f
(即阈值波的含义)；
③
当出现了转子感应交流电势脉冲矩形波的上升沿时刻；
④
三相定子绕阻的对称状态下合成磁势为圆形，或近似圆形，负序与正序分量之比约为F
‑
/F
+
<20％(具体数值现场定)。
①②③④
同时具备的时刻即同步电机的投励时刻，此时本励磁装置的控制PLC适时发出投励控制信号，将励磁直流电源投入到转子回路，同时切断灭磁回路灭磁电阻。在转子上新投入的直流励磁电压产生的转子磁势，与定子交变旋转磁场组成的气隙磁场作用，将同步电机转子拉入与三相定子的旋转磁场速度同步状态，同步电机开始同步运行，启动过程结束；此后励磁装置始终一直在运行，保证励磁直流电压的正常供应给同步电机转子励磁；
[0011]用逻辑式表示励磁直流电压U
f
的投励控制与投励
①
、
②
、
③
、
④
四个条件的“与”相互关系：U
f
＝
①
∩
②
∩
③
∩
④
；
[0012]1.2同步电机的失步以及再整步：
[0013]同步电机在同步状态下正常运行时，如果遭遇负载突变、以及由于三相定子绕阻不对称造成的电机旋转磁场突发不对称状态，使得运行中的同步电机的矩角特性突变；转子磁势与三相定子旋转磁势之间的功率角θ，由正常的(0
°
<θ<∣45
°
∣)，跌入到(∣45
°
∣<θ<∣90
°
∣)区间，严重时甚至在(∣90
°
∣<θ<∣180
°
∣)区间，同时励磁电流I
f
需要随失步而上升，如果此时不采取强励，那么同步电机的正常励磁运行会变为欠励运行，或同步电机运行速度跌入亚同步状态；同时，励磁装置的取样电路，在线检测到了转子绕组上，励磁直流电压中呈现在异步运行时才出现的感应交流电势e的波头；失步现象严重时，电机出现转差率上升(s＞0.05)、交流感应电势上升(E＞U
f
)，异步状态运行，此时的感应交流异步电势e及其频率无衰减趋势，同步电机由同步运行变到异步的这一过程，即被称其为“失步现象”。
[0014]励磁装置的控制PLC根据转子回路的感应交流异步电势e信号的再次呈现、励磁装置的励磁电流的突变，来判断失步以及失步的严重程度，并适时控制励磁装置立即进入强励输出状态，在此状态的励磁电压U
f
’
比正常的励磁电压U
f
提高ΔU
f
＝20％U
f
,可以抑制转子上的感应交流异步电势e，强制性地将同步电机再次重新拉入同步运行，也同时使得转子上的感应交流异步电势e再次衰减或变为零；
[0015]当失步状态严重(s＞0.05)，励磁装置的控制PLC进行适时控制，将灭磁回路再次接通，灭磁电阻串联在转子励磁绕组，获取异步转矩，提高电机异步转速n1，降低s，并迅速灭掉转子上的感应交流异步电势e；励磁装置再次重复“亚同步顺极性投励、同步运行”的控制程序和过程；
[0016]同步电机的这个”同步—异步—再同步”的过程，被称其为“失步再整步”。
[0017]1.3调整过励以及弱励：
[0018]根据工程上的生产需要，正常运行时，当同步电机需要调整功率因数时，可以调节励磁装置的励磁直流电压，使得同步电机的转子回路励磁电压，在基准励磁值强励、基准、欠励浮动，控制同步电机工作在或功率因数滞后，或功率因数超前状态。
[0019]励磁装置的控制方式有“本柜—集中”两种方式，方便地在励磁装置本柜进行切换，本柜方式即在励磁装置柜面进行，集中方式由上位系统控制，发出数字、模拟信号，实现远程对励磁装置的控制。
[0020]以上是一般的同步电机励磁装置应具有的技术特征，一般励磁装置存在问题是：
[0021](1)考虑同步电机的整体状况不足，电机定子回路的三相不对称状况不足，传统的励磁装置仅仅保持与同步电机定子绕组三相电源高压柜的继电联锁：仅仅当有电机故障，引起定子的三相电源电压或电流保护动作时，定子绕组三相电源高压柜才有开关动作信号给励磁装置；
[0022](2)灭磁电阻，一般励磁装置的灭磁电阻是配置固定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于PLC控制的多功能同步电机励磁装置，包括定子主电枢绕组、灭磁回路、双闭环负反馈调节系统，其特征在于：所述定子主电枢绕组的三相电压，经设在同步电机三相输入电源高压柜的综保装置取三相电流信号，此三个信号送来至励磁控制柜，以供分析；所述灭磁回路的灭磁电阻以电阻串联组的形式连接构成，调整灭磁电阻阻值，根据当前需要重新选择电阻串联组阻值；所述双闭环负反馈调节系统包括内环和外环，内环是由主电枢电流环PI调节器构成的电流环；外环是由电机速度环PI调节器构成的速度环；所述励磁装置实现同步电机的转子励磁功能的具体包括以下步骤：步骤S1：在同步电机工作过程中，当出现了定子合成磁势的负序与正序之比(F
‑
/F+)>20％，同步电机首先选择强励，克服三相定子绕组不对称状态的干扰影响；步骤S2：灭磁电阻自动调整灭磁回路阻值；步骤S3：励磁直流电压的自适应功能：自动检测同步电机的转子励磁绕组的电阻R2，根据电阻R2，励磁装置的控制PLC自动整定励磁回路的PID参数至最优。2.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的多功能同步电机励磁装置，其特征在于：设同步电机三相定子电流信号为：i
A
＝I
A
sin(ωt)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)i
B
＝I
B
sin(ωt
‑
α)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)i
C
＝I
C
sin(ωt+β)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)根据对称分量分析法，得：根据对称分量分析法，得：根据对称分量分析法，得：式(1)、(2)以及(3)中的α，β，ωt为同步电机三相定子电流的检测所获的相位相角，I
A
、I
B
、I
C
为同步电机三相定子电流的检测所获的幅值；式(4)、(5)、(6)中的θ
+
、θ
‑
、θ0为用对称分量法，分析正序、负序、零序电流分量的空间分布相角；其中I
+
、I
‑
、I0分别为分析前的各相正序、负序、零序电流分量的有效值；以A相为例，分析后的A相正序、负序、零序分量为：
式(7)、(8)、(9)是对称分量法分析后的A相电流，其它B和C相的分析类似，不再详列；又三相定子绕组的交流合成旋转磁场的正、负序旋转磁场为：f
+
＝F
+
cos(ωt+θ
+
‑
x)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)f0＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)f
‑
＝F
‑
co...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓三星，张维舟，杨蒙蒙，许强，王波，
申请(专利权)人：黄河交通学院，
类型：发明
国别省市：