淮安三站無刷同步電動機靜態勵磁改造升級

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

淮安三站有兩臺無刷同步電動機，幾年前改造了與電機同軸的旋轉整流器，解決了電機經常性起動不成功，起動振動大，旋轉整流盤硅元件時有損壞的現象。為了滿足泵站同步電機運行的穩定性和提高自動化程度的需求，需升級靜態勵磁裝置。本文闡述這種新型無刷同步電動機微機勵磁裝置在泵站自動化的應用。

2 原靜態勵磁裝置缺陷

2.1 原靜態勵磁存在以下性能缺陷

1）核心控制芯片采用 8/16位單片機，主頻率20MHz以下，控制及數據總線外引（如 STD總線結構）。

2）控制器由插件組成，中小規模 TTL集成電路，品種數量多，上電、斷電過程中易丟失參數；同時也易導致設備運行不穩、易老化、難維護的狀況發生。

3）人機界面不夠直觀，只有簡單的事故追憶，且掉電丟失，數據顯示只能通過讀寫器查看，不直觀且顯示內容有限。現場調試時需帶電調整PT、CT的物理接線位置等等不便因素。

3 新靜態勵磁裝置

1）功率單元

本裝置功率單元采用 PWM 脈寬調制功率單元，勵磁電源（直流 或交流、單相或三相，通常采用三相交流電源）通過接線端子輸入，經三相快速熔斷器-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，并通過電容器-C1 濾波。IGBT 模塊-V2 工作于斬波狀態，按固定頻率導通和截止；通過改變-V2 在每一個導通周期內的導通時間（即占空比）即可調整輸出電壓的大小。IGBT 模塊-V3 為滅磁用 IGBT，投勵時-V3 持續導通，滅磁時-V3 截止；勵磁電流通過滅磁電阻-R1 形成回路，勵磁繞組儲能由-R1消耗以縮短滅磁時間。-V3 IGBT 的控制信號由勵磁調節器發出，實現對功率單元的勵磁輸出調節以及投勵或滅磁的控制。對勵磁電源相數、相序、頻率等無嚴格要求；允許雙套功率單元分主/備機并列運行。霍爾電流及電壓傳感器用于勵磁電流及勵磁電壓的測量變換。

2）勵磁調節器

勵磁調節器采用具有超大規模集成度的 32 位嵌入式 DSP 處理器做為核心控制單元，其150MHz 的主時鐘頻率足以應對任何復雜的快速運算；其通道模擬量采集均為每周期（每 20ms）128點高速交流直接采樣，并通過快速傅里葉變換（FFT）計算各電參數基波數值，信號測量不受工業現場干擾影響。

勵磁調節器為結構獨立的控制單元，有測量、控制、調節與保護；如 PWM 脈沖形成、模擬量測量、接點量開入開出、參數整定與勵磁調節、軟硬件故障監測、雙機通信、與 PC或液晶操作面板通信等。采用雙調節器配置時雙機只通過 CAN 通信電纜連接，無任何公用部分，真正做到百分之百軟、硬件冗余。具有與斷電保護裝置配合實現斷電自動再整步功能。具有全面的勵磁保護和限制功能。

功率參數測量的在線選線功能。 功率參數的測量依賴于 PT、 次回路的接 CT線正確性；在電機開機前要確保接線正確有一定難度，開機后難免存在帶電調換接線或需停機調換接線的難題，而且很難保證一次調線就能解決問題；勵磁調節器可同時顯示 PT、 所有接線組合測得的功率參數值，當時電機運行工況輕松地選擇正確的接線組合并永久保存至調節器，無須調換PT、CT 物理接線位置。

支持在線參數整定，所有參數即改即用，配置參數保存于串行 EEPROM 中并按正、副本加 CRC校驗碼保存，正本參數錯誤自動使用副本。掉電不丟失。

完備的事件記錄功能。能準確記錄勵磁裝置的每一次就地或遠方操作、裝置的瞬時或永久故障信息、輸入輸出接點量及內部狀態變位等信息，可記錄最新發生的1500條事件信息，掉電不丟失。

勵磁調節器內部配置有可同時錄制兩路模擬量和八路接點量的錄波器；最大錄波分辯率為每周期（每 20ms）128點，最大錄波時長為 76s，擇配置為調節器采集的所有模擬通道中的任意兩個通道；錄波器可手動觸發或自動觸發，配合軟件包中的波形分析功能很方便的實現波形分析、存儲、打印等

全面的電參數測量顯示功能。可測量顯示的電參數包括：勵磁電流、勵磁 電壓、定子三相線電壓、定子電流、電網頻率、有功功率、無功功率、功率因數、PWM占空比、電機起動時間、累計運行時間、調節器環境溫度等。

具有用于后臺測控的 RS-485通信接口，采用Modbus通信協議，與泵站微機監控系統進行數據交換。勵磁設備的運行參數、工作狀態和故障信息應上送微機監控系統；在勵磁系統操作模式選擇“遠方”時，微機監控系統可在遠方實現對勵磁系統在現地能進行的所有操作。

4 改造后效果

新型的靜態勵磁柜中勵磁調節器集成度高，對外接口少便于更換；觸摸屏顯示界面更人性化便于記錄參數；詳細的事件記錄功能便于排查問題，改造后通過機組運行的檢驗，裝置運行穩定，取得了較好的改造效果。