同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電路的技術(shù)改造.doc

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同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電路的技術(shù)改造 摘要：本文敘述了KGLF系列勵(lì)磁裝置存在的主要問(wèn)題，并結(jié)合長(zhǎng)期的工作實(shí)踐，論述了對(duì)該勵(lì)磁裝置主電路和控制電路進(jìn)行技術(shù)改造的有關(guān)情況。 關(guān)鍵詞：勵(lì)磁裝置；主電路；控制電路 KGLF系列晶閘管勵(lì)磁裝置是天津電氣傳動(dòng)研究所80年代的產(chǎn)品，隨后不斷進(jìn)行改進(jìn)，其性能不斷提高，并得到了較為廣泛的應(yīng)用，我地就有不少企業(yè)使用過(guò)這種裝置。但是實(shí)際工作中我們發(fā)現(xiàn)該系列的勵(lì)磁裝置存在一些問(wèn)題，必須對(duì)勵(lì)磁電路進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改造，才能夠使該勵(lì)磁裝置和同步電動(dòng)機(jī)正常工作。 1． 勵(lì)磁裝置的基本工作原理與存在的主要問(wèn)題 ⑴ 基本工作原理 ～380V － － ＋ 滅磁電路 整流變壓器 晶閘管整流 投全壓電路 觸發(fā)脈沖 觸發(fā)環(huán)節(jié) 電壓負(fù)反饋 移相給定 投勵(lì)電路 電源變壓器 M KGLF系列勵(lì)磁裝置的電路系統(tǒng)如圖1所示。當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，滅磁電路工作，使轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)的交變電流流過(guò)放電電阻，避免轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電勢(shì)擊穿繞組，保證電動(dòng)機(jī)的正常起動(dòng)，此時(shí)整流晶閘管處于阻斷狀態(tài)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速上升到亞同步轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)差率＜5％）時(shí)，投勵(lì)電路自動(dòng)發(fā)出投勵(lì)脈沖，使移相給定電壓信號(hào)加到觸發(fā)脈沖電路，該電路輸出脈沖給晶閘管的門(mén)極，晶閘管立即導(dǎo)通，給電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組提供直流勵(lì)磁，使轉(zhuǎn)子拖入同步運(yùn)行。當(dāng)電動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí)，觸發(fā)環(huán)節(jié)給觸發(fā)脈沖加入一個(gè)控制信號(hào)，使晶閘管由整流狀態(tài)立即轉(zhuǎn)為逆變狀態(tài)，保證 圖1 KGLF系列勵(lì)磁系統(tǒng)原理圖 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的順利滅磁。 圖1中電壓負(fù)反饋的作用是克服電源電壓波動(dòng)時(shí)對(duì)晶閘管整流輸出直流電壓的影響，保持勵(lì)磁電流為給定值；投全壓電路的作用是當(dāng)檢測(cè)轉(zhuǎn)子繞組需投全壓勵(lì)磁時(shí)，控制投勵(lì)電路并通過(guò)移相給定與觸發(fā)脈沖電路，使晶閘管全導(dǎo)通。 ⑵ 存在的主要問(wèn)題 由上述工作原理可知，同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、運(yùn)行與停機(jī)時(shí)，勵(lì)磁電流的投入時(shí)間、滅磁電壓的大小、整流和勵(lì)變時(shí)的電流大小與波形等因素對(duì)同步電動(dòng)機(jī)和勵(lì)磁裝置的正常工作都有著重要的影響。在實(shí)際工作中我們發(fā)現(xiàn)該裝置存在下面一些問(wèn)題： ① 由于主電路的缺陷，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)受到脈振轉(zhuǎn)矩的強(qiáng)烈沖擊，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生疲勞效應(yīng)、造成內(nèi)部暗傷，從而縮短電動(dòng)機(jī)的使用壽命。 ② 主電路晶閘管等元件裕量選得偏小，過(guò)載能力低，易損壞。 ③ 由于投勵(lì)電路的檢測(cè)邏輯簡(jiǎn)單，使得投勵(lì)過(guò)早或過(guò)遲的情況較多，即一次投勵(lì)的成功率較低。 ④ 觸發(fā)電路發(fā)出觸發(fā)脈沖太窄、且功率偏小，造成晶閘管主電路出現(xiàn)掉波、缺相，勵(lì)磁電壓不穩(wěn)。 ⑤ 系統(tǒng)的抗干擾能力差，如常出現(xiàn)脈沖丟失、晶閘管導(dǎo)通角變小、滅磁電壓不穩(wěn)、滅磁電阻經(jīng)常燒得發(fā)熱發(fā)紅等情況。 ⑥ 該裝置沒(méi)有采取可靠的失步保護(hù)措施，若因上述一些原因造成電機(jī)帶勵(lì)失步后，就會(huì)損壞電動(dòng)機(jī)。 ⑦ 系統(tǒng)電路主要由分立元件組成，離散性大、易受溫度影響、運(yùn)行不穩(wěn)定，因而調(diào)試復(fù)雜、維護(hù)工作量大且維護(hù)費(fèi)用高。 2． 勵(lì)磁裝置主電路的技術(shù)改造 KGLF系列勵(lì)磁裝置的主電路如圖2所示。電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，由三相半控橋（也有三相全控橋）式整流提供給轉(zhuǎn)子繞組L由上至下的直流勵(lì)磁電流，此時(shí)晶閘管VK1、VK2和二極管VD均不導(dǎo)通；當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，三相橋式整流電路不作用，轉(zhuǎn)子繞組L中感應(yīng)的交變電勢(shì)，其正半波經(jīng)Rf2、VD、Rf1形成回路產(chǎn)生，負(fù)半波經(jīng)Rf1、VK1、VK2、Rf2形成回路產(chǎn)生，此時(shí)VK1、VK2必須觸發(fā)導(dǎo)通。為了保證電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)VK1、VK2不導(dǎo)通，其開(kāi)通電壓必須整定得較高（其觸發(fā)電路圖中未畫(huà)出），而電動(dòng)機(jī)起動(dòng)末期的轉(zhuǎn)差率很小、感應(yīng)電勢(shì)較小，因 圖2 KGLF勵(lì)磁裝置主電路 而就不能使VK1、VK2開(kāi)通，造成與不 對(duì)稱(chēng)，從而形成脈振轉(zhuǎn)矩使電動(dòng)機(jī)強(qiáng)烈振動(dòng)。 針對(duì)上述電機(jī)起動(dòng)與運(yùn)行時(shí)的矛盾情況，我們對(duì)主電路進(jìn)行了改造，電路圖如圖3所示。圖中QL為斷路器的輔助觸頭，KL為勵(lì)磁狀態(tài)的邏輯觸頭。當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，QL閉合，投勵(lì)前KL也閉合，電阻R1（阻值較?。┡cR2并聯(lián)使得其總電阻減小，那么電阻R3上的電壓較高，使得VK在轉(zhuǎn)子電勢(shì)較小時(shí)也能導(dǎo)通；當(dāng)電機(jī)投勵(lì)進(jìn)入同步運(yùn)行后，KL打開(kāi)，R3上的電壓降到低于VK的開(kāi)通電壓。這樣分級(jí)整定VK的開(kāi)通電壓，使電動(dòng)機(jī)在異步起動(dòng)時(shí)VK在較低的電壓下能開(kāi)通；電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行 圖3 改造后的主電路圖 時(shí)VK在正常電壓情況下不開(kāi)通。因而消除了電機(jī)起動(dòng)時(shí)的脈振、滿(mǎn)足帶負(fù)載起動(dòng)與再整步的要求，又能使電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行、且在過(guò)電壓時(shí)VK才開(kāi)通以保護(hù)元器件。 另外，我們還適當(dāng)增大整流晶閘管的電流裕量，提高了過(guò)載能力，保證晶閘管的安全運(yùn)行。 3． 勵(lì)磁裝置控制電路的技術(shù)改造 ⑴ 投勵(lì)電路的改造 KGLF系列勵(lì)磁裝置的自動(dòng)投勵(lì)電路如圖4所示，虛線(xiàn)左邊部分是直流電源電路，右邊部分是投勵(lì)控制電路。1號(hào)和10號(hào)端接入主電路整流橋后的直流側(cè)，當(dāng)電壓達(dá)到整定值（15V）時(shí)，三極管V1導(dǎo)通，通過(guò)電容C的充放電，使單結(jié)晶體管V2輸出脈沖，經(jīng)脈沖變壓器T的二次側(cè)，發(fā)出脈沖信號(hào)去觸發(fā)移相給定電路中的小晶閘管，并發(fā)出觸發(fā)脈沖給主電路整流晶閘管，電機(jī)進(jìn)入投勵(lì)狀態(tài)。 在實(shí)際工作中，該電路往往出現(xiàn)脈沖信號(hào)發(fā)出不及時(shí)、有時(shí)甚至還不能發(fā)出脈沖的情況，用示波器觀察1、10號(hào)兩端的波形，發(fā)現(xiàn)有一些隨機(jī)分布的脈沖波（主要是由電網(wǎng)高次諧波與繞組的分 圖4. KGLF勵(lì)磁裝置投勵(lì)電路 布參數(shù)引起），干擾了投勵(lì)電路。為了克服這一問(wèn)題，我們?cè)谕秳?lì)電路中增加濾波電路，如圖5所示。濾波電容接在R2的中間位置構(gòu)成低通濾波器，濾去干擾脈沖的效果較好。此時(shí)R2（15）用R21(10)與R22(5.1)兩個(gè)電阻代替，。然后調(diào)節(jié)R3,使得1、10號(hào)兩端加上工頻可調(diào)電壓整流輸出15V時(shí),投勵(lì)電路輸出脈沖信號(hào)就可以了。經(jīng)這樣改造后的投勵(lì)電路，可靠性得到了較大的提高。 ⑵ 主控電路的改造 為了進(jìn)一步克服分立元件電路的弊端，在改造中我們?cè)捎肒CL系列集成控制單元代替原勵(lì)磁裝置中的主要控制電路。KCL的觸發(fā)單元由3塊KJ004移相觸發(fā)器、1塊KJ041六路脈沖形成器、1塊KJ042 圖5.投勵(lì)電路中的濾波電路 脈沖列調(diào)制形成器組成，通過(guò)改變輸入電壓的大小 就能控制脈沖的移相。同以前的裝置相比，因觸發(fā)電路問(wèn)題導(dǎo)致主電路丟波、缺相、電壓不穩(wěn)的情況大大減少，一次投勵(lì)成功率大大提高。 但在實(shí)際工作中，我們發(fā)現(xiàn)其缺相保護(hù)靈敏度不高，這主要是生產(chǎn)廠家所設(shè)計(jì)的電路對(duì)防止實(shí)際中的諧波干擾仍存在著不足。我們采取的辦法是去掉該部分保護(hù)電路，換上原來(lái)分立元件保護(hù)電路，結(jié)果就能正常工作了。 ⑶整個(gè)控制電路的改造 為了進(jìn)一步提高勵(lì)磁裝置的技術(shù)性能，我們還采用LZK系列微機(jī)數(shù)字式勵(lì)磁技術(shù)對(duì)原裝置的整個(gè)控制電路進(jìn)行改造。LZK裝置的核心部分是由單片機(jī)系統(tǒng)組成的綜合控制器，其內(nèi)部由電源板、輸入輸出接口、微機(jī)板、液晶顯示器、薄膜鍵輸入面板等組成。整流控制是通過(guò)同步電源變壓器轉(zhuǎn)換、同步電路處理后送入單片機(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算并校正后輸出三相對(duì)稱(chēng)的觸發(fā)脈沖，再經(jīng)脈沖功放電路放大后去控制整流橋的晶閘管開(kāi)通。另外，針對(duì)KGLF與KCL系列勵(lì)磁裝置的不足進(jìn)行了一系列的技術(shù)改進(jìn)，在異步驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)、投勵(lì)控制環(huán)節(jié)、觸發(fā)脈沖輸出、帶勵(lì)失步與失勵(lì)失步保護(hù)環(huán)節(jié)、斷電失步環(huán)節(jié)、失控與缺相檢測(cè)控制環(huán)節(jié)、晶閘管誤導(dǎo)通檢測(cè)控制環(huán)節(jié)、滅磁環(huán)節(jié)等部分的功能更加完善、更加可靠。 該系列勵(lì)磁裝置準(zhǔn)角投勵(lì)自動(dòng)可靠、電機(jī)起動(dòng)平穩(wěn)，一次投勵(lì)成功率接近100％；運(yùn)行中具有完善的失步保護(hù)控制與自動(dòng)再整步功能；整個(gè)系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)；操作維護(hù)簡(jiǎn)便，是目前較為理想的勵(lì)磁裝置。 參考文獻(xiàn) 1． 顧繩谷．電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)．機(jī)械工業(yè)出版社．2005.1 2． 杜宗軒等．電氣設(shè)備運(yùn)行技術(shù)問(wèn)答．中國(guó)電力出版社．2004.1 3． 郭瑞平．同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問(wèn)題及其解決方法．機(jī)電一體化．2003（3）：73～74