淮安三站无刷同步电动机静态励磁改造升级

袁 聪 顾一波 刘珊珊

（江苏省灌溉总渠管理处，江苏 淮安 223200）

1 概述

淮安三站有两台无刷同步电动机，几年前改造了与电机同轴的旋转整流器，解决了电机经常性起动不成功，起动振动大，旋转整流盘硅元件时有损坏的现象。为了满足泵站同步电机运行的稳定性和提高自动化程度的需求，需升级静态励磁装置。本文阐述这种新型无刷同步电动机微机励磁装置在泵站自动化的应用。

2 原静态励磁装置缺陷

2.1 原静态励磁存在以下性能缺陷

1）核心控制芯片采用 8/16位单片机，主频率20MHz以下，控制及数据总线外引（如 STD总线结构）。

2）控制器由插件组成，中小规模 TTL集成电路，品种数量多，上电、断电过程中易丢失参数；同时也易导致设备运行不稳、易老化、难维护的状况发生。

3）人机界面不够直观，只有简单的事故追忆，且掉电丢失，数据显示只能通过读写器查看，不直观且显示内容有限。现场调试时需带电调整PT、CT的物理接线位置等等不便因素。

3 新静态励磁装置

1）功率单元

本装置功率单元采用 PWM 脉宽调制功率单元，励磁电源（直流 或交流、单相或三相，通常采用三相交流电源）通过接线端子输入，经三相快速熔断器-FU1∽-FU3 输入至三相整流桥模块-V1，整流桥模块-V1 将输入的交流电源整流为直流，并通过电容器-C1 滤波。IGBT 模块-V2 工作于斩波状态，按固定频率导通和截止；通过改变-V2 在每一个导通周期内的导通时间（即占空比）即可调整输出电压的大小。IGBT 模块-V3 为灭磁用 IGBT，投励时-V3 持续导通，灭磁时-V3 截止；励磁电流通过灭磁电阻-R1 形成回路，励磁绕组储能由-R1消耗以缩短灭磁时间。-V3 IGBT 的控制信号由励磁调节器发出，实现对功率单元的励磁输出调节以及投励或灭磁的控制。对励磁电源相数、相序、频率等无严格要求；允许双套功率单元分主/备机并列运行。霍尔电流及电压传感器用于励磁电流及励磁电压的测量变换。

2）励磁调节器

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；其通道模拟量采集均为每周期（每 20ms）128点高速交流直接采样，并通过快速傅里叶变换（FFT）计算各电参数基波数值，信号测量不受工业现场干扰影响。

励磁调节器为结构独立的控制单元，有测量、控制、调节与保护；如 PWM 脉冲形成、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、双机通信、与 PC或液晶操作面板通信等。采用双调节器配置时双机只通过 CAN 通信电缆连接，无任何公用部分，真正做到百分之百软、硬件冗余。具有与断电保护装置配合实现断电自动再整步功能。具有全面的励磁保护和限制功能。

功率参数测量的在线选线功能。 功率参数的测量依赖于 PT、 次回路的接 CT线正确性；在电机开机前要确保接线正确有一定难度，开机后难免存在带电调换接线或需停机调换接线的难题，而且很难保证一次调线就能解决问题；励磁调节器可同时显示 PT、 所有接线组合测得的功率参数值，当时电机运行工况轻松地选择正确的接线组合并永久保存至调节器，无须调换PT、CT 物理接线位置。

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。

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。

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 20ms）128点，最大录波时长为 76s，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

全面的电参数测量显示功能。可测量显示的电参数包括：励磁电流、励磁 电压、定子三相线电压、定子电流、电网频率、有功功率、无功功率、功率因数、PWM占空比、电机起动时间、累计运行时间、调节器环境温度等。

具有用于后台测控的 RS-485通信接口，采用Modbus通信协议，与泵站微机监控系统进行数据交换。励磁设备的运行参数、工作状态和故障信息应上送微机监控系统；在励磁系统操作模式选择“远方”时，微机监控系统可在远方实现对励磁系统在现地能进行的所有操作。

4 改造后效果

新型的静态励磁柜中励磁调节器集成度高，对外接口少便于更换；触摸屏显示界面更人性化便于记录参数；详细的事件记录功能便于排查问题，改造后通过机组运行的检验，装置运行稳定，取得了较好的改造效果。