Excitrol-100微機勵磁調節器的技術參數與原理

周穎 ，張輝

1.江蘇省江都水利工程管理處電力試驗中心，江蘇 江都 225200

2.江蘇省江都水利工程管理處湖泊科，江蘇 江都 225200

WLK-100系列微機控制同步電動機勵磁裝置是北京前鋒科技有限公司研發的最新一代同步電動機勵磁系統，其核心控制單元為excitrol-100型微機控制同步電動機勵磁調節器，該系列裝置包含WKLF-101裝置，具有除雙套自動跟蹤和故障自動切換外的全部技術性能。

Excitrol-100勵磁調節器為架構獨立的控制單元，其功能涵蓋了勵磁系統所有測量、控制、調節與保護，如觸發脈沖形成與功率放大、模擬量變送、接點量開入開出、啟動回路控制、參數整定與勵磁調節、軟硬件故障監測、雙機通訊、后臺通訊、與PC機或液晶操作面板通訊等等。采用雙調節器配置是雙機只通過CAN通訊電纜連接，無任何公用部分，真正做到百分之百軟硬件冗余。

采用Excitrol-100勵磁調節器只需另外配置勵磁主回路，用于勵磁電流電壓測量的霍爾傳感器及簡單的操作指示元件即可構成整套勵磁系統，各部分功能明確，結構簡潔。

Excitrol-100微機勵磁調節器的核心處理單元為32位DSP處理器，其主要技術指標包括：150MHz的主屏速度、32位數據總線寬度、128K字片內FLASH存儲器、18K字片內RAM、16路12位A/D采集器，多種模式的串行通訊控制其及功能強大的脈沖寬調控制器等。DSP優異的數字信號處理能力為調節器的技術性能實現提供的堅實的基礎。

Excitrol-100微機勵磁調節器是WKLF-102微機控制同步電動機勵磁裝置的核心控制、勵磁調節及保護單元。本裝置采用兩臺軟硬件功能完全相同的Excitrol-100微機勵磁調節器分A、B套運行，A、B套均可以以主機運行，當A（B）套調節器為主機運行時，B（A）套調節器自動轉入備機運行時，備機不接受任何勵磁操作控制（通訊及調節器配置，錄波器操作等除外）備機自動跟蹤主機的運行參數及狀態且其觸發脈沖及控制輸出完全被封鎖（故障報警輸出除外），主、備機分別不斷進行各自的軟硬件自檢及運行參數測量，與備機相比，主機還要不斷進行勵磁的控制與調節，并判斷勵磁調節是否正常。一旦主機調節器發生故障，在備機調節器正常或備機調節器的故障致命等級低于主機時，備機調節器自動轉入主機運行，原主機調節器則失去對勵磁系統的控制調節權而轉入備機運行（自動切換），若主機調節器故障時備機調節器發生的故障致命等級高于主機時，則不會進行調節器切換，在主機調節器故障為非致命故障轉入手動模式或開環保守模式運行，致命故障（勵磁事故）則動作于跳閘停機。

Excitrol-100 勵磁調節器由交直流雙路電源供電，任意一路電源消失不影響調節器的正常工作，交直流電源輸入回路之間絕緣耐受電壓不低于AC500V，對地絕緣耐受電壓不低于AC1000V。交流電源輸入的電壓范圍（長時工作）為AC175-260V，頻率為50Hz±6%，直流電源輸入的電壓范圍為DC（100-270V），當直流電源電壓低于DC120V時，調節器內部電源變換器發熱加大，應避免長時間工作，有效避免方法為同時接入交流控制電源。在交直流電源的輸入回路均設置有規格為3.15A的柱形保險元件，且分別設置有電源監視電路。調節器輸出的兩路24V電源的最大負載能力均為500mA，均設置有短路保護及監視電路，但應避免過載或長時間短路。

Excitrol-100勵磁調節器配置有功能十分強大的軟件系統，與常規單片機系統相比，32位DSP處理器具有無可比擬的數據處理能力，本調解器充分利用了DSP的技術優勢，采用了高達每周期128點的模擬量直接采樣，并大規模使用快速傅里葉（FFT）變換求取模擬量的測量值，準確測量電機運行的各項參數且不受工業現場的干擾影響，勵磁調節速度達到每周期6次，大大提高了調節器的動態性能，配置有豐富的保護及限制軟件，勵磁裝置更安全、平穩，功能強大的時間記錄和錄波功能使用戶能清楚的掌握勵磁系統的運行的暫態過程，從原理上杜絕了現場運行中無從把握的軟故障類型。

本調解器內置有16通道12位A/D采集器用于模擬量測量，每通道每20ms采樣128點（采樣速率為6400點每秒）；通道之間的采樣時差為80ns，可認為16通道同步采樣，為交流量的相位測量精度提供了保證。

對于交流信號，采樣后的數據處理方式為快速傅里葉（FFT）變換，根據傅里葉（FFT）變換理論，任何時域信號都可以分解為直流分量、基波分量與各次諧波分量，也就是：

其中：A0為直流分量，對于交流信號A0=0；

A1為基波分量幅值，Φ1為基波分量相位；

A2為2次諧波分量幅值，Φ2為2次諧波分量相位；

A3為3次諧波分量幅值，Φ3為3次諧波分量相位；

An為n次諧波分量幅值，Φn為n次諧波分量相位；

根據香農采樣定律，每周期采樣128點通過FFT變換可計算出最高至64次諧波分量幅值和相位，本調節器的交流量測量只使用基波的幅值和相位數據，兩次及以上的諧波分量數據全部拋棄，因此交流量測量與電網上各種干擾諧波無關，這也是FFT具有超強濾波作用的原理所在。根據每路交流量的幅值和相位，可進一步計算各交流量間的相位差，作為功率參數測量以及保護的數據。

本調節器測量的模擬量包括：勵磁電流、勵磁電壓、母線電壓AB線電壓、母線電壓BC線電壓、母線電壓CA線電壓、定子電流、同步信號AB線電壓（內部使用，不顯示）、同步信號BC線電壓（內部使用，不顯示）、同步信號CA線電壓（內部使用，不顯示）、4-20mA通道1電流、4mA～20mA通道2電流 、調節器環境溫度。其中定子電流占用了4路模擬量通道，按輸入的額定電流分為5A和1A兩組，每組設置帶自動量程切換的高低兩個量程不同的測量通道。

Excitrol-100勵磁調節器內部幾乎所有模擬量測量均采用快速傅立葉（FFT）運算，具有極高的工業現場抗干擾能力。可廣泛應用于石油、化工、冶金、礦山、水利、電力、煤氣、建材、醫藥、輕工、紡織等工礦企業各類負載，不容容量的同步電動機勵磁。

[1]KLF-102型微機控制同步電動機勵磁裝置用戶手冊，2006，5.