WKLF-600变频驱动无刷同步电动机交流励磁装置技术性能介绍js600001B.doc

WKLF-600变频起动无刷同步电动机交流励磁装置技术性能介绍 WKLF-600系列变频起动无刷同步电动机交流励磁装置技术性能介绍文档编号：JS600001B北京前锋科技有限公司概述大型同步电动机由于软起动或工艺调速要求变频器驱动时，传统的直流励磁交流励磁机系统在主电机低转速特别是零转速时无法给主电机提供有效励磁，因而无法满足主电机变频起动及低转速运行的要求。国外同类励磁系统普遍采用定、转子绕线式交流励磁机系统，励磁机定、转子均为空间分布三相绕组，定子绕组在外接三相交流励磁电源时产生旋转磁场，且其旋转方向被设计为与主电机旋转方向相反，旋转速度Ns由励磁电源频率及励磁机定子绕组的极对数决定；主电机静止时，励磁机转子绕组以Ns相对转速切割磁场；主电机以转速N旋转时，励磁机转子绕组以Ns+N相对转速切割磁场；因此不论主电机是否转动，励磁机转子均能产生励磁电压，从而给主电机提供持续有效的励磁。 我公司从2004年初开始着手研发基于32位DSP处理器的新一代同步电机励磁系统，以全面替代于90年代中期研制的以单片机为核心处理器的励磁系统。其中以Excitrol-100调节器为控制单元的WKLF-100型同步电动机励磁装置于2005年11月通过了电力工业电力设备与仪表质量检验测试中心的动态模拟试验及型式试验检测，首台产品于2006年3月投入首钢动力厂工业现场考核运行；该项目获得了2006年度北京市中小企业科技创新基金无偿支持。在Excitrol-100调节器软、硬件平台上，进一步研发了专用于变频器配套的WKLF-112B型励磁装置，以及能满足变频器及工频起动、运行多种功能结合的WKLF-112型多功能励磁装置；其中WKLF-112型励磁装置于2009年5月通过了TMEIC东京工厂测试。2007年末，我公司研制成功Excitrol-400调节器，并以此为控制单元推出了WKLF-402型无刷同步电动机励磁产品。2009年初，我公司研制成功Excitrol-500调节器，在此基础上推出了WKLF-502系列无刷同步发电机励磁装置；同时通过了电力工业电力设备与仪表质量检验测试中心的动态模拟试验、型式试验及模型辩识试验检测。WKLF-600系列变频起动交流无刷励磁装置是我公司研发的能适应变频起动的无刷同步电动机励磁系统，其核心控制单元为在系列Excitrol调节器软、硬件技术平台上二次开发的Excitrol-600型无刷同步电动机微机励磁调节器。该系列装置包含WKLF-602型及WKLF-602B型两种产品，均具有双套调节器及双主回路配置。WKLF-602B励磁系统专用于持续变频运行机组，WKLF-602型励磁系统则增加了工频切换适配及工频运行功率因数等自动调节功能，可满足变频起动变频运行或变频起动工频运行等多种现场运行方式要求。 Excitrol-600励磁调节器为结构独立的控制单元，其功能涵盖了励磁系统所有测量、控制、调节与保护；如触发脉冲形成与功率放大、模拟量测量、接点量开入开出、参数整定与励磁调节、软硬件故障监测、双机通讯、后台通讯、与PC机或液晶操作面板通讯等等。双套调节器之间只通过CAN通讯电缆连接，无任何公用部分，真正做到百分之百软、硬件冗余。Excitrol-600励磁调节器采用具有超大规模集成度的32位嵌入式DSP处理器做为核心控制单元，其150MHz的主时钟频率足以应对任何复杂的快速运算；Excitrol-600励磁调节器内部几乎所有模拟量测量均采用快速傅立叶变换（FFT）运算，具有很高的抗工业现场干扰能力。可广泛应用于石油、化工、冶金、矿山、水利、电力、煤气、建材、医药、轻工、纺织等工矿企业各类负载不同容量的需要变频起动的无刷同步电动机机组。一、主要技术特点1.1 采用具有超大规模集成度的32位嵌入式DSP处理器做为核心控制单元，主时钟频率为150MHz；励磁调节器具有超强的数字信号处理能力。1.2 16通道模拟量采集均为每周期（每20毫秒）128点高速交流直接采样，并通过快速傅立叶变换（FFT）计算各电参数基波及有效谐波数值，信号测量不受工业现场干扰影响。1.3 采用DSP、CPLD等超大规模集成电路，最大限度的减少硬件设计（即硬件功能的软件化设计），主控制线路板采用6层板结构，全面的表面贴装工艺。1.4 通过精确测量交流励磁机定子侧基波及各次谐波电流、电压及功率因数间接计算主电机励磁电流；满足变频器或工频自动励磁调节器对主电机励磁电流控制的要求。1.5 独创的同步触发控制方式，采用纯软件算法的可控硅同步触发追踪技术，可控硅移相控制精度不受励磁电源各次谐波影响。1.6 通过两路4-20mA电流环（主电机励磁电流给定信号及转速信号）及必要连锁信号与变频器连接，实现变频器对励磁的投励、灭磁控制及主电机励磁电流调节。允许变频器为双套励磁调节器提供独立的4-20mA励磁电流给定信号及转速信号。1.7 励磁控制调节方式在变频运行方式下，励磁工况为调试时使用手动模式；励磁工况为工作时使用自动模式，主电机励磁电流自动跟随变频器输出的励磁给定4-20mA电流值。励磁调节模式为恒(励磁)电流；在工频运行方式下，励磁调节方式可设置为自动及手动模式：自动模式为双闭环励磁调节方式，内环为主电机励磁电流调节，外环可选择采用恒机端电压、恒无功功率或恒功率因数调节；恒机端电压调节方式配置有用于上、下限无功功率限位的过励限制、欠励限制功能；恒功率因数调节方式配置有用于确保电机不长时间超额运行以及轻载运行的稳定性的过励限制及最小无功限制功能，以及防止机端电压过高或过低的机端过、欠电压限制功能；恒无功功率调节方式则配置有用于防止机端电压过高或过低的机端过、欠电压限制功能。手动模式采用恒主电机励磁电流调节。各种调节方式可随时手动互相切换，且切换无抖动；在极端运行工况各类限制器动作时，自动励磁调节方式将自动切换以使机组处于最佳运行状态。1.8 具有全面的励磁保护和限制功能。包括：调节器内部硬件故障及电源监测、霍尔传感器故障检测、励磁电源失电、缺相、逆序、三相不平衡检测、SCR或触发脉冲失效检测、励磁输出过电流及三相不平衡检测、旋转二极管短路故障监测、增减磁接点粘连保护、PT断线检测、灭磁失败保护，反时限强励限制、最小励磁限制、过/欠励限制、机端过/欠电压限制、最小无功限制、低电压强行励磁，以及各种运行模式下的励磁调节限制失效保护等等。软件故障设有两级看门狗监测保护。1.9 双机热备用功能。双套调节器通过CAN通讯电缆连接，分主、备机运行，双套调节器及主回路软、硬件完全独立，备机自动跟踪主机运行状况；双机均正常时可操作手动切换任意指定主机通道。采用独特的双机切换优先级控制技术，在主机发生软、硬件故障，电源故障，限制器失灵，调节失效等故障且故障等级恶劣于备机时，自动无抖动切换至备用通道；若备机同时发生更严重故障则在非致命故障条件下自动动转入手动模式运行，致命故障动作于跳闸停机。1.10 支持电网频率为50Hz或60Hz的应用场所。1.11 支持在线参数整定，所有参数即改即用，配置参数保存于串行EEPROM中并按正、副本加CRC校验码保存，正本参数错误自动使用副本。掉电不丢失。1.12 支持多种控制操作模式。包括：就地面板按钮操作，带触摸屏的就地液晶面板操作，就地PC机运行Excitrol_soft软件包操作，远方RS485接口后台PC机(上位机)操作，通过外置调制解调器及公用电话线网络与远程PC机连接实现远程操作、调试及故障诊断。1.13 完备的事件记录功能。能准确记录励磁装置的每一次就地或远方操作、装置的瞬时或永久故障信息、输入输出接点量及内部状态变位等信息，可记录最新发生的1500条事件信息，掉电不丢失。1.14 功能强大的内置录波器。励磁调节器内部配置有可同时录制两路模拟量和八路接点量的录波器；最大录波分辩率为每周期（每20毫秒）128点，最大录波时长为76秒，在录波时长内可任意配置录波追忆时间；两路模拟量可根据需要选择配置为调节器采集的所有模拟通道中的任意两个通道；录波器可手动触发或自动触发，配合Excitrol_soft软件包中的波形分析功能很方便的实现波形分析、存储、打印等。1.15 优异的抗干扰性能，满足GB/T14598及GB/T17626 严酷等级为级的抗干扰测试要求。1.16 励磁屏就地操作显示标准配置7英寸800480点阵16:9彩色中文显示液晶触摸屏面板，出口设备支持中、英文双语显示。1.17 全面的电参数测量显示功能。可测量显示的电参数包括：励磁机定子电流、电压，主电机励磁电流（计算值）、主电机定子三相线电压、单相定子电流、电网频率、有功功率、无功功率、功率因数，可控硅触发导前角、累计运行时间等。二、装置的适应范围及使用环境2.1 适应范围 WKLF-600系列变频起动交流无刷励磁装置适用于各类工矿企业现场所有负载类型及容量范围的有变频起动要求的无刷同步电动机励磁系统。2.2 使用环境2.2.1环境温度 Excitrol-600励磁调节器型式试验环境温度：低温-10，高温55； WKLF-600系列励磁装置使用环境温度为-545，环境温度变化率不大于5/h。2.2.2海拔 使用地点海拔不大于1500米，超过1500米与用户协商做降额使用。2.2.3湿度 使用环境相对湿度不超过90%（20），且不得出现凝露。2.2.4气体污染 使用环境应无导电或爆炸尘埃，无腐蚀金属或破坏绝缘的气体或蒸气。2.2.5振动 装置安装地点所允许的振动条件：振动频率严酷度等级为（10Hz150 Hz）时，振动加速度不大于5m/s2。2.2.6厂用电条件 厂用交流电源：AC175V260V，4566Hz；厂用直流电源：DC100V270V。2.2.7安装倾斜度 垂直安装，安装倾斜度不超过5%三、主要技术性能参数3.1 模拟量测量范围及精度模拟量测量为每周期（每20毫秒）128点高速交流直接采样测量，A/D 转换分辨率为2-12。 励磁机定子电流：0 不小于1.5倍额定电流，精度不低于1%； 励磁机定子电压：0 不小于500V，精度不低于5%；励磁电源电压（同步信号）： AC50VAC500V，精度不低于1%；主电机励磁电流：计算值，精度不低于10%；主电机定子电压：取自PT二次侧三相线电压，0 140V，精度不低于0.5%；主电机定子电流：额定电流可为5A或1A（选择使用） 选择5A时，测量范围 0 30A，精度不低于1%；选择1A时，测量范围 0 6A， 精度不低于1%； 主电机功率测量：四象限功率参数测量，功率因数测量范围：-0-0.51.0+0.5+0, 精度不低于2%； 电网频率测量：50Hz10% 或60Hz10%（选择使用），精度不低于0.01Hz；4-20mA通道输入电流范围 0 25mA，精度不低于0.5%；所有模拟量测量在环境温度从-10 55变化时波动不超过1%3.2 开入开出接点量容量 开入：15路光电隔离开入 开出：11路继电器开出3.3 励磁调节参数 可控硅触发导前角分辨率 2-16 控制调节速度：50次/s3.4 主电机励磁电流调节器性能指标 给定值调整范围以及调整速率均可按用户习惯整定，默认值为：给定值上限：100%给定值下限：35%给定值调整速率：5%/s 变频起动或变频运行使用恒电流调节模式时主电机励磁电流自动跟踪励磁控制输入4-20mA电流值，跟踪误差不大于10%； 励磁电源波动不大于20%时，主电机励磁电流波动不大于1%； 主电机励磁绕组直流电阻波动不大于20%时，励磁电流波动不大于1%；3.5 励磁机定子电流调节器性能指标 给定值调整范围以及调整速率均可按用户习惯整定，默认值为：给定值上限：120%给定值下限：35%给定值调整速率：5%/s 使用恒电流调节模式，被控对象为励磁机定子电流时，励磁机定子电流自动跟踪励磁控制输入4-20mA电流值，跟踪误差不大于1%； 励磁电源波动不大于20%时，励磁机定子电流波动不大于1%； 励磁机定子侧阻抗波动不大于20%时，励磁机定子电流波动不大于1%； 该调节方式只在用户无法准确提供交流励磁机参数时使用3.6 励磁机定子电压调节器性能指标 给定值调整范围以及调整速率均可按用户习惯整定，默认值为：给定值上限：100%给定值下限：35%给定值调整速率：5%/s 励磁电源波动不大于20%时，励磁机定子电压波动不大于1%； 励磁机定子侧功率因数从0.11.0变化时，励磁机定子电压波动不大于2%； 励磁机定子电压调节器主要用于励磁机定子过电压限制，需要时也可在励磁装置空载试验时使用。3.7 机端电压调节器性能指标 给定值调整范围以及调整速率均可按用户习惯整定，默认值为：给定值上限：1.10 p.u.给定值下限：0.90 p.u.给定值调整速率：0.01p.u./s 机端电压静差率（无功电流调差退出）：0.5%； 无功电流调差范围：20%，无级整定； 电网频率变化1%时，机端电压变化率0.2%； 空载额定电压下，给定阶跃10%时，端电压超调量不大于阶跃量的50%，摆动次数不超过3次，调节时间不超过10秒；3.8 功率因数调节器性能指标 给定值调整范围以及调整速率均可按用户习惯整定，默认值为：给定值上限：0.60给定值下限：1.00给定值调整速率：0.05/s 在功率因数调节器的上、下无功功率限定范围内，额定功率因数条件下，有功功率波动额定值的50%时，功率因数波动不大于2%；3.9 无功功率调节器性能指标 给定值调整范围以及调整速率均可按用户习惯整定，默认值为：给定值上限：1.0 p.u.给定值下限：0 p.u.给定值调整速率：0.02 p.u./s 额定无功功率条件下，有功功率波动额定值的50%时，或定子电压波动10%时，无功功率波动不大于2%；3.10 辅助电源 交、直流双路电源并联供电，任意一路故障装置运行不受影响，双路电源同时掉电能可靠跳闸停机。 交流电源输入：AC175V260V，4566Hz；直流电源输入：DC100V270V3.11 串行通讯接口 Excitrol-600励磁调节器提供有四个异步串行通讯接口 PORT1：隔离的标准9线制RS232串行通讯接口，通讯速率不低于57600Bit/S,用于与就地PC机直接连接或通过调制解调器及公用电话网与远程计算机连接，支持调制解调器的初始化配置自动摘机。 PORT2：隔离的RS485串行通讯接口，并带有24V电源输出，通讯速率不低于57600Bit/S，用于与就地液晶操作面板连接。PORT2和PO