同步电机(无刷)励磁技术说明MEX1000A(B).doc

MEX-1000A（B）同步电动机微机励磁调节器技术说明书北京科电亿恒电力技术有限公司2011-3-1目 录一 概 述11.1 前言11.2 MEX-1000系列微机励磁调节器技术指标和功能11.2.1 MEX-1000励磁调节器装置特点：11.2.2 MEX-1000励磁调节器的主要技术指标如下：2二 MEX-1000A（B）型微机励磁调节器的工作原理32.1 MEX-1000A有刷同步电动机工频励磁装置32.1.1 有刷同步电动机起动过程32.1.2 同步电动机的起动过程中的灭磁：32.1.3 起动过程中的转差率测量42.1.4 起动过程中最佳投励时刻的确定42.1.5 顺极性投励52.1.6 投励保护52.1.7电机起动过程流程图62.2 MEX-1000B有刷同步电动机变频励磁装置72.2.1 变频起动，工频运行72.2.2 变频起动，变频运行72.2.3 工频起动，工频运行7三 同步电动机运行控制方案83.1 工频励磁调节控制83.1.1 恒功率因数控制83.1.2 恒转子电流调节83.1.3 两种控制方式控制框图：8四 变频励磁调节控制94.1 励磁调节模式94.2 变频方式下，外部重要开入点的功能及作用9五 同步电动机的失步及其保护95.1 失步判据105.2 失步的预防105.3 失步后的保护措施和再整步105.4 失步判据流程图11六 MEX-1000微机励磁调节器辅助保护功能12七 其他功能13八 MEX-1000 操作控制回路158.1 MEX-1000A工频励磁装置158.2 MEX-1000B变频励磁装置16九 MEX-1000控制器单板原理179.1 电源系统和继电器输出板179.2 计算机主板（CPU）179.3 模拟量采集板199.4 脉冲放大板209.5 显示面板20十 微机励磁装置使用说明2110.1 键盘液晶操作指示说明2110.2 菜单操作使用说明2310.2.1 功能选择菜单2510.2.2开入状态菜单2510.2.3传动试验菜单2510.2.4故障追忆菜单2610.2.5精度调整菜单2610.2.6机组参数菜单2610.2.7系统设置菜单2710.2.8试验选项菜单2810.2.9告警信息显示窗口28十一 使用条件28十二 附录29附图1 MEX-1000A微机励磁调节器系统原理30附图2 MEX-1000(A)外引端子图31附图3 MEX-1000A(B)柜体布置图32附图4 MEX-1000(B)微机励磁调节器系统原理33附图5 MEX-1000B外引端子34附表1：MEX-1000A同步电动机工频励磁装置对外接口表35附表2：MEX-1000B同步电动机励磁变频装置对外接口表36一 概 述1.1 前言MEX-1000系列同步电动机微机励磁调节器是结合了DWKL系列电动机微机励磁调节器数年来的运行经验，由北京科电亿恒电力技术有限公司研制、开发并生产的新一代微机励磁调节器。它具有完善的调节、控制及限制保护功能，并且在计算速度、抗电磁干扰、可靠性以及使用的方便性上都有了很大的提高。适用于额定功率为20030000KW的同步电动机。MEX-1000系列同步电动机微机励磁调节器可以满足有刷同步电动机的工频起动工频运行的要求、变频起动变频运行的要求、变频起动工频运行（变频软起动）的要求。也可满足无刷同步电动机的工频起动工频运行的要求，变频起动变频运行的要求。是现代大、中型同步电动机理想的励磁调节装置。该系列装置包含：n MEX-1000A有刷工频同步电动机励磁装置n MEX-1000B 有刷变频同步电动机励磁装置n MEX-1000C无刷工频同步电动机励磁装置n MEX-1000D无刷变频同步电动机励磁装置以下主要介绍MEX-1000A有刷工频同步电动机励磁装置和 MEX-1000B有刷变频同步电动机励磁装置的原理以及使用说明。1.2 MEX-1000系列微机励磁调节器装置特点和技术指标1.2.1 MEX-1000励磁调节器装置特点：1）高度集成化、先进的硬件平台采用多CPU结构，主控制CPU采用美国TI公司的32位DSP-TMS320F2812；人机交互（HMI）CPU采用16位单片机PIC24FJ128GA006，两支CPU之间通过串口通讯，多CPU结构保证了系统总线不出板，大大提高了装置的抗干扰能力，保证了设备能在恶劣的运行环境下可靠运行。2）外围电路采用超大规模逻辑器件CPLD，该器件通过灵活编程能实现传统的数十个芯片组合才能完成的功能，一个芯片即完成了CPU的所有外围电路。硬件的简单大大的减少了装置的故障点，提高了系统的整体可靠性。采用每周波24点交流采样，快速傅立叶变换，完全消除了零漂等对测量精度的影响，同时采用高速14位A/D变换器，保证了测量通道的精度和快速性。3）有完善的自检功能及保护措施，用于保护励磁调节器本身和同步电动机的安全运行。软件丰富，调节器的大部分功能均由软件实现，包括：Ø 同步电动机的起动监测及顺向投励控制；Ø 控制规律的实现；Ø 各种控制方式的选择及实现；Ø 带励、失励保护及自动再整步Ø 最大励磁电流限制（过励保护）；Ø 最小励磁电流限制（失磁保护）；Ø 独特的抗干扰设计，抗干扰性能好。Ø 4）采用大屏幕液晶显示器（240*128），采用树型菜单结构，方便直观，可以结合键盘进行参数整定、测量显示、试验控制等功能，并能在此屏幕上显示试验波形和故障波形，以及故障类型和事件SOE。可以记录20组保护动作值。同时可对最近发生的5次事故进行录波，故障波形可再现故障前10秒故障后10秒的数据。Ø 5）在配置有含ESM-V1.0软件包的上位机上，能更加方便的实现上述功能。ESM-V1.0为MEX-1000微机励磁调节器专门配套使用的上位机管理软件，该软件实现了励磁系统实时数据的的显示、参数整定、故障记录、历史趋势曲线显示、故障波形显示、定值报告、试验报告的自动生成系统及打印输出等系统性功能。Ø 6）强大的通讯功能，双通道、调节器及功率柜之间通过可靠的现场总线CAN-BUS进行连接，实现数据共享和协调控制。每个控制通道都提供两个独立并进行隔离的RS232和485接口，非常方便的实现调节器与上位管理机的通讯以及与 远控系统的连接。Ø 1.2.2 MEX-1000励磁调节器的主要技术指标如下：Ø 1）晶闸管控制角的移相范围：10150度；Ø 2）晶闸管控制角的分辨率：0.00048度/位码；Ø 3）A/D转换：16路输入，分辨率12位；Ø 4）开关量I/O：16路开关量输入，12路开关量输出，均采用光电隔离；Ø 5）励磁电流调节范围：10130额定电流连续可调；Ø 6）调节精度：1；Ø 7）调节器输入电气量：Ø 定子电压：Uab；定子电流：Ic；Ø 同步电压信号：3相；转子电流信号；Ø 脉冲输出参数：六相双窄脉冲触发，脉冲宽度400S。Ø 工作方式：恒功率因数运行（自动）或恒励磁电流运行（手动）。Ø 装置采用三相全控桥整流输出。Ø 8）投励方式Ø 顺极性转差投励。Ø 后备时间投励：Ø 具有投励强励功能，强励电流和强励时间可通过菜单整定。 Ø 9）投全压方式 (1) 90%额定转速投全压 (2) 后备时间投全压：Ø 10）装置电源采用双路供电，一路来自于直流电源，另一路来自厂用交流220V，任一路供电装置均可正常工作。二 MEX-1000A（B）型微机励磁调节器的工作原理2.1 MEX-1000A有刷同步电动机工频励磁装置2.1.1 有刷同步电动机起动过程同步电动机只能在同步转速下才能产生恒定的的同步电磁转矩，如果将同步电动机励磁以后，直接投入电网，这时转子处于静止状态，作用于转子上的同步电磁转矩为交变的脉振转矩，平均值为零，因此同步电动机必须借助其它方法起动。其中常用的方法为异步起动，异步起动又分为全压起动和降压起动两种。全压起动设备简单，是通过断路器将电机直接接到电网上。虽然起动速度快。但起动电流较大（空载起动电流有时可达额定电流的47倍，带载启动可达810倍或更大）会造成电网电压下降，影响其它设备的正常运行。因此全压起动适用于供电系统容量大的场合。降压起动较全压起动设备复杂，目前多采用的串联电抗器、水电阻和自耦变压器降压的方式，在电机转速加速至投全压滑差时（约0.9Ne）,励磁调节器发投全压命令，控制旁路断路器合闸，将电压直接加在电机定子上。2.1.2 同步电动机的起动过程中的灭磁：同步电动机异步起动时，必须将转子通过一起动电阻RQ短路，起动电阻RQ通过跨接器方式接入转子回路，如图1所示。接入方法如下：跨接器中的可控硅KQ由专用控制模块控制，KQ的触发分为高值和低值，在电机异步启动阶段，为使电机起动过程平滑无脉振，KQ应在转子较低感应电压下触发开通，使感应电流正负半波均无阻碍的流过同一电阻，产出对称力矩。由CPU控制将触发电压切换到低值，以利于可控硅KQ导通；当投励成功后，控制将触发电压切换到高值，此时跨接器起到过电压保护作用。同步电动机正常运行时，当转子有感应过电压时，KQ通过高定值导通，由RQ抑制过电压。KQ导通后，起动回路监视继电器JD2动作(JD2在投励后投入监视)，其动作接点送至调节器，控制触发角使KQ关断。 图：起动过程灭磁示意图2.1.3 起动过程中的转差率测量同步电动机异步起动时，在转子回路里感应出一交变的感应电流，如图2所示，该感应电流通过起动电阻转化为电压信号，该电压信号经过LEM模块隔离后，送入主控制器，经过进一步的整形后变为方波，送入CPU的高速输入口，由计算机计算出感应电流的频率，即转差率。 图：转差测量示意图2.1.4 起动过程中最佳投励时刻的确定当电动机的转速达到额定转速的90时，对于降压起动的同步电动机，由控制器发出控制信号，投入全压使电机加速起动，当电机满足投励条件时，控制器向整流桥六个可控硅发出触发脉冲，整流桥输出励磁电流。2.1.5 顺极性投励如图3所示，在<0时，由于1>,通过励磁绕组中的磁通逐渐增加，在励磁绕组中感应电流的方向与图示方向相反，I<0，可控硅KQ1导通；在0时，即定子旋转磁场轴线与励磁绕组纵轴重合时，通过励磁绕组的磁通达到最大值，且磁通变化率为零，励磁绕组中感应的电流为零；当>0时，通过励磁绕组的磁通逐渐减小，在励磁绕组中感应的电流I>0,KQ2导通。因此可以从励磁绕组中感应的电流方向判别角的正负，由此可知，应在KQ2导通时给以励磁电流，这时，励磁绕组中的感应电流方向与所加的励磁电流同向，故称为顺向投励。5投励强励 图：顺向投励示意图为了提高同步电动机牵入同步的能力，在投励开始时，调节器自动进行强励，强励倍数可菜单整定，强励时间5秒。2.1.6 投励保护由于电机长时间启动而牵入不了同步会造成电机过热损坏，所以调节器通过菜单设定最大允许启动时间，如果启动时间到，满足不了投励条件，直接跳闸。2.1.7 电机起动过程流程图 图：投励子程序2.2 MEX-1000B有刷同步电动机变频励磁装置变频起动是改变定子旋转磁场转速利用同步转矩来起动。在起动开始时，转子加上励磁，定子电源的频率调得很低，然后逐步增加到额定频率，使转子的转速随着定子旋转磁场的转速而同步上升，直到额定转速。本装置适应于有变频起动变频运行要求并需同时兼顾工频启动工频运行要求的场所，或者有变频起动工频运行（变频软起动）要求的场所。2.2.1 变频起动，工频运行电机设置为变频起动，工频运行时，变频器出口断路器合闸，控制励磁输出的4-20mA的电流值大于投励定值并由变频器控制励磁电流。起动过程中变频器故障、4-20mA电流断线或4-20mA电流小于灭磁定值，励磁装置自动灭磁。变频起动中，如果工频（旁路）断路器合闸，励磁装置则自动进入恒电流运行模式，可通过增、减磁进行调节。给定值为工频（旁路）断路器合闸时的电流值。因此变频器应在发出工频（旁路）断路器合闸信号后，保持0.5s左右的励磁控制4-20mA信号不变。进入工频运行后，励磁电流将不再受变频器控制，4-20mA信号及变频器故障信号均不再影响励磁调节。之后变频出口断路器分闸，励磁装置认为变频器完全切除，进入工频运行状态。停机时，励磁装置按照工频（旁路）断路器分闸且定子电流小于额定5%为判据，连动灭磁停机若设置为“软停机”方式时，则允许已转入工频运行的励磁系统切换至变频运行方式，以实现机组的软停机。处于工频运行的励磁系统在收到“软停机”的信号后，自动转为“恒无功”调节，并将给定值设为零。在检测到无功小于额定的10%，并且持续3s后，励磁装置向变频器发送允许变频起动的信号。之后在检测到变频器出口断路器合闸且旁路断路器分闸，励磁装置进入变频运行方式。2.2.2 变频起动，变频运行电机设置为变频启动，变频运行时，励磁系统自动跟踪变频器4-20mA电流控制信号，实现变频器对励磁的投励、灭磁控制及励磁电流调节。此运行方式下，所有与工频相关的设置以及输入量、测量值无效，包括工频断路器接点和功率参数测量值等。2.2.3 工频起动，工频运行当设置为工频起动，工频运行时，所有与变频器相关的设置以及输入信号无效。起动过程参照MEX-1000A型产品。三 同步电动机运行控制方案3.1 工频励磁调节控制通过对励磁电流调节，可以调节同步电动机的运行状态。同步电动机运行在欠励状态，从电网吸收滞后的无功电流；运行在过励状态，从电网吸收超前的无功功率，即向电网输出滞后的无功功率，从而提高电网的功率因数，因而对励磁电流的控制至关重要。MEX-1000励磁调节器设计了恒功率因数闭环控制（自动运行）和恒转子电流闭环控制（手动运行）两种运行方式，两种运行方式可由运行人员选择，运行中可无扰动切换。3.1.1 恒功率因数控制恒功率因数运行方式是保证同步电动机带有一定的有功负载运行时，自动调节励磁电流，确保向电网输出一定比例的滞后的无功功率，从而改善电网的功率因数。 同步电动机的定子电压Uab和定子电流Ic经过PT和CT降压隔离后进入调节器的模拟量处理板，由CPU进行交流采样。 3.1.2 恒转子电流调节 电动机的转子电流经过LEM模块隔离以后，送入调节器的模拟量处理板，整流滤波并适配到A/D转换器量程内，进行采样，将采样值与给定值进行比较的差值进行PID运算，求出晶闸管的控制角，并进行移相触发。3.1.3 两种控制方式控制框图：图：传递函数框图四 变频励磁调节控制4.1 励磁调节模式在变频运行方式下，励磁电流自动跟踪变频器输出的励磁控制4-20mA信号给定值，调节模式为恒电流调节。在变频器能为双套调节器提供两路独立的4-20mA电流控制信号时，运行通道故障或电流环断线均自动无抖动切换至备用通道，任一路断线均不会导致励磁输出波动。4.2 变频方式下，外部重要开入点的功能及作用1）工频（旁路）断路器辅助接点（常闭点），该接点在变频起动变频运行时无效。在工频起动时作为励磁起动控制投入的条件之一。工频运行时接点闭合同时定子电流小于5%，停机灭磁。在变频起动工频运行时，接点断开后，则励磁进入恒电流工频运行调节，励磁电流给定值保持，并可通过增、减磁按钮进行调节。此时励磁调节将不在受变频器控制。2）变频器出口断路器辅助接点（开点）该接点在设置为变频起动变频运行时，接点吸合作为励磁投入条件之一，该接点闭合且变频器4-20mA信号大于投励定值时励磁装置投励。在变频起动工频运行时，工频（旁路）断路器辅助接点（常闭点）断开且该接点分断时励磁装置认为变频器切除，进入工频运行。该接点在工频起动工频运行时无效。3）变频器故障输入接点（常开点），该接点工频起动工频运行时无效。在变频起动变频运行时，接点吸合，励磁装置紧急灭磁。4）软停机命令接点（常开点），在工频运行模式下，接点闭合，励磁将运行方式自动改变为恒无功运行方式，给定值自动设为0，并卸载无功负荷，在检测到无功负荷小于10%并持续2s 后，转为恒电流方式，同时变频允许信号发出，允许变频器重新投入，在变频器重新投入且工频断路器分闸后，励磁系统将转入变频运行模式，以实现机组在变频器控制下软停机。5）外部强励输入接点（常开点），该接点在变频起动变频运行时无效。在工频运行时接点闭合，励磁装置将输出设定的最大励磁电流，并持续一定时间。该功能仅用于负载类型为带气动离合器的磨机机组工频起动后离合器抱闸过程中突加强励，以防止电机失步。五 同步电动机的失步及其保护在实际运行中由于某种原因，同步电动机有时会出现脱落同步、周期振荡等现象，同步电动机的这种运行状态称为失步。为此MEX-1000系列微机励磁调节器专门设计了失步检测及其保护环节。同步电动机的失步原因很多，主要有以下两种：一种为在较重的负载下，电网电压由于某种原因，如附近其它较大设备的投入等，引起电网电压暂时跌落，而导致同步电动机失步。另一种原因是电网高压侧发生瞬时短路保护动作跳闸，而导致同步电动机失步，即断电失步。5.1 失步判据a. 定子电流大于2倍额定电流。b. 转子感应电压频率高于5Hz（MEX-1000A）。同时满足以上a b两个条件，则判断电机已经失步，对于有再整步要求的电机进入失步再整步过程，否则直接跳闸。5.2 失步的预防MEX-1000系列励磁调节器在电网电压跌落时，自动由恒功率因数调节方式转为恒定励磁电流调节方式，并同时起动强励环节，本调节器改变了以往调节器继电强励的方式，改为根据电压跌落的情况提供不同的强励倍数，最大限度的利用了调节器的强励能力，有效的提高了同步电动机的静态稳定，避免失步。5.3 失步后的保护措施和再整步前面已经分析过，同步电动机失步将引起严重的电流、电压、功率及转速的振荡，对电网和电动机产生很大的冲击。为避免上述现象的发生，MEX-1000型调节器一般采取的措施是计算机检测到电动机失步后，则有程序控制进行逆变灭磁和跳机端开关。 但是对于一些不允许生产过程中断的情况，失步后程序即转入失步再整步子程序。程序执行步骤如下：i 调节方式转为恒励磁电流方式ii 快速逆变灭磁，灭磁时间到后，关断晶闸管的触发脉冲。iii 计算机发出起动可控硅KQ的触发脉冲串，电动机重新进行异步起动。iv 检测电动机是否满足投励条件。v 如果电动机满足投励条件，则进行投励，并同时起动整步强励环节，提高其失步再整步的能力，将转子重新牵入同步。vi 如果电网电压一直没有恢复，则转子长时间不能加速到投励所需的转速，则由转子起动监视程序发出跳闸指令。5.4 失步判据流程图 图：失步保护框图六 MEX-1000微机励磁调节器辅助保护功能1. 最大励磁电流限制过励限制是为了防止发电机转子励磁绕组长期过负载而采取的限制励磁措施，从转子励磁绕组发热考虑，当强励时，其容许的强励时间t是随发电机励磁电流Ifd2的大小成反比关系。如图所示。 图：最大励磁电流限制过励限制和保护按照下列原则： (a) Ifd2.2Ifdn时，延时1.5秒直接封锁脉冲退出运行.Ifdn 为额定励磁电流； (b) Ifd1.1Ifdn、 Ifd1.0Ifdn时计算反时限等效时间： Heat=(Ifd2- Ifdn2)*t ; Heat_n= (Ifd_2set- Ifdn2)*t_set ;其中：Ifd_set：设定的强励倍数t_ set：强励时间 ；H0：显示在液晶上，便于监视。(c) H0>50%，发信号，限制增磁 H0>80%，切恒励磁电流运行（手动），并且将励磁电流限制到1.1倍Ifdn以下 将热量积累值清零。可以复归过励信号2. 最小励磁电流限制同步电动机一般运行在超前功率因数下，当励磁不足时，电动机定子电流的功率因数由超前变为滞后，从电网吸收感性无功功率。在电动机所带负载较轻时，尚可稳定运行。但当负载较重时，若减小励磁电流，电动机的静态储备系数降低。严重时将会导致失步。因此，必须加以限制。最小励磁电流限制在检测到励磁电流小于额定励磁电流的20%时，控制方式转入恒励磁电流运行，再延时3.3秒，如果励磁电流还小于额定励磁电流的20%则跳闸。3. PT断线保护如果检测到的定子电流 > 10%额定定子电流，同时测量到的定子电压 < 10%，则判断为PT断线，调节器自动切换到手动运行方式4. CT断线保护如果检测到的定子电压 > 10%额定定子电压，断路器合闸状态，同时测量到的定子电流 < 3%，则判断为CT断线，调节器自动切换到手动运行方式5. 起动电阻误接入保护如果由于某种原因，在正常运行时，跨接器可控硅误导通，将起动电阻接入，会造成励磁电流分流并且起动电阻发热，顾必须设此保护。如果电阻接入后，继电器动作，CPU接到此继电器动作信号，立即将触发角控制在85度3个周期，利用其负向的反压，将可控硅KQ关掉。6. 系统自检保护系统自检功能含存储器校验、电源检测、可控硅故障，失脉冲故障，通讯故障等、当有故障发生时，发通道故障信号，同时本通道退出，自动切换到备用通道运行。七 其他功能1. 故障录波记录故障前10秒，故障后10秒所有采集到的模拟量数据。MEX-1000 按先进先出的原则记录5组录波数据，并可上传到后台管理软件进行波形分析和打印。2. 试验录波能够记录试验启动前1秒，后19秒的通道的录波数据，记录通道为12个，波形能显示在液晶屏幕上，也可以上传到上位机进行分析打印。在菜单上能设定阶跃响试验的阶跃量和阶跃时间。3. 故障追忆按照时间先后记录20 组故障发生的时刻（精确到毫秒），故障动作值。4. 试验功能定触发角输出：输出触发角大小在设定的最小触发角到设定的最大触发角范围内任意可调。通过这种操作可以方便检查功率单元。5. 跟踪切换恒励磁电流（手动）运行方式时，恒功率因数（自动）通道实时跟。反之，恒功率因数（自动）运行时，恒励磁电流（手动）通道延时30秒跟踪转子电流。正常运行中两种运行方式之间能进行无扰动切换。双自动通道之间通过CAN总线高速通讯将双方的运行数据进行交换，完成备用通道对运行通道的跟踪。注意 在通道进行人为切换试验前，先检查备用通道的工作状态应该在跟踪状态，跟踪通道的显示的触发角和运行通道的触发角基本相等，即可操作切换 运行方式的选择 恒励磁电流调节（手动） 恒功率因数调节（自动）以上两种运行方式可以进行无扰动切换。 注意 如果运行中由于某种故障导致了调节器运行方式发生了变化，运行人员应该首先将操作开关的位置与运行状态严格对应后，再进行信号复归。八 MEX-1000 操作控制回路8.1 MEX-1000A工频励磁装置与装置正常运行有关的仪表、信号及操作按钮集中装在本装置上部的“仪表及控制面板上”，其中仪表有：功率因数表、定子电流表、转子电压表、转子电流表；操作按钮 “灭磁按钮” 、“音响解除” ；转换开关1QK、2QK、3QK、4QK及运行指示灯。1QK：试验/运行，中间带零位的三档转换开关，试验位置用于静态试验，切到此位置之前应确保断路器在试验位置，可对调节器进行各种静态试验。打在运行位置，为电动机实际运行状态，打在中间零位触点均不通，调节器退出运行。2QK：方式选择，两档转换开关，恒励磁电流运行方式和恒功率因数运行方式，默认为恒励磁电流运行。 3QK：增磁/减磁，中间带零位的三档自复位转换开关，在试验和正常运行中进行增磁、减磁操作。 4QK：通道选择，两档转换开关，选择运行通道A和通道B，默认为通道A运行。当失步发生时，直接切换到备用通道，如果备用通道也检测到失步发生，即由此通道进行再整步。图：MEX-1000A操作面板8.2 MEX-1000B变频励磁装置与装置正常运行有关的仪表、信号及操作按钮集中装在本装置上部的“仪表及控制面板上”，其中仪表有：定子电流表、转子电压表、转子电流表；操作按钮 “灭磁按钮” 、“音响解除” ；转换开关1QK、2QK、3QK、4QK、5QK、6QK及运行指示灯。1QK：试验/运行，中间带零位的三档转换开关，试验位置用于静态试验，切到此位置之前应确保断路器在试验位置，可对调节器进行各种静态试验。打在运行位置，为电动机实际运行状态，打在中间零位触点均不通，调节器退出运行。2QK：运行方式选择，两档转换开关，恒励磁电流运行方式和恒功率因数运行方式，默认为恒励磁电流运行（工频运行方式下有效）。 3QK：增磁/减磁，中间带零位的三档自复位转换开关，在试验和正常运行中进行增磁、减磁操作（工频运行方式下有效）。4QK：通道选择，两档转换开关，选择运行通道A和通道B，默认为通道A运行。5QK：工作方式选择：两档转换开关，工频运行和变频运行。6QK：起动方式选择：两档转换开关，工频起动和变频起动。5QK在工频运行位置，6QK在工频起动位置。电动机按照工频起动、工频运行程序执行。5QK在变频运行位置，6QK在变频起动位置。电动机按照变频起动、变频运行程序执行。5QK在工频运行位置，6QK在变频起动位置。电动机按照变频起动、工频运行程序执行（变频软起动。运行中若软停机开入，则执行软停机功能。）。图：MEX-1000B操作面板九 MEX-1000控制器单板原理MEX-1000 的核心控制器由以下几部分组成：w 电源和继电器输出板w 计算机主板（CPU）w 模拟量采集板w 脉冲放大板w 显示面板 为了提高系统的抗干扰能力，机箱采用金属屏蔽机箱，所有插件采用后插式，保证信号流向的唯一性，避免了信号之间的串扰，以及强弱电之间的交叉。重要的板卡均采用先进的表贴工艺，总线底板安装在机箱的前部，在面板上安装有一个240×128点阵的液晶显示器，进行运行状态的实时监视，前面板上还有一些重要的状态指示灯。9.1 电源系统和继电器输出板为了提高系统的可靠性，系统的供电电源由两路冗余：厂用直流、厂用交流。为了提高系统的抗干扰能力，按照不同的功能将系统电源分为3部分，CPU电源：5V，±15V，其中DSP芯片的内核电压1.8V，外设电压3.3V,低压系统保证了高速CPU低功耗和高可靠性。操作及脉冲电源：24V，用于开关量的输入输出及脉冲放大回路工作电源。3）板上有8路继电器输出，可以通过板上的跨接器选择有源输出和无源输出。原理如图：9.2 计算机主板（CPU）此板为系统的中枢控制板，我们选用当前最先进的32位DSP芯片和大规模可编程逻辑阵列CPLD组成为主要器件组成，由于采用了可编程逻辑阵列，使我们的系统具有一定的开放性用户可以根据自己的现场实际，进行逻辑组态，并且大大简化了电路，从而做到了总线不出板，提高系统可靠性。本板由以下部分组成。 DSP（数字信号处理器）：本系统采用的芯片为著名的DSP厂商德州仪器专门为控制领域推出的TMS320F2812芯片作为主CPU，此CPU具有以下特点：1) 最高工作频率达到150MHz，每个指令的执行周期只有6.67ns2) 32位的数据线，24位地址线使得它的寻址空间达到了4M3) 哈佛结构，高速的流水线指令操作，进一步提高了运行速度4) 强大的外设功能： 一个增强型的CAN总线驱动器 一个串型外设接口（SPI） 两个串型通讯接口（SCI） 三个32位的定时/计数器 片上128K×16位的FLASH5) A/D转换：16路高速（400KSPS）高精度（14位）A/D，同步采样，能避免由于采样速度造成的相移，提高了精度，采样频率为0.833ms。6) 两路可编程的D/A输出，为PSS参数整定和调节器模型的辨识提供硬件接口。7) 大规模的逻辑阵列CPLD：完成脉冲形成、开关量输入输出、以及其它的逻辑操作和译码功能。8） 外扩存储器：一片128K/16位的数据存储器用于进行故障录波的数据存储，16K位的串型EEPROM存储参数和重要的故障数据。9） 看门狗电路：采用专门的看门狗监视芯片。10）通讯部分：本板提供一路USB，一路RS485，一路CAN-BUS，其隔离和电平变换采用模块化产品。USB从前面板输出，RS485从凤凰端子输出，CAN 通过凤凰端子输出。11）时钟电路：时钟采用DS1305，时钟芯片。12）16路光耦隔离的开关量输入，要求操作电源电压等级为24V。9.3 模拟量采集板该板的主要有三部分功能1) 将调节器需要的模拟量经过隔离，变换后进入A/D变换电路，转化为数字量。其中包括，电动机AB相电压、C相定子电流、转子电流。转子电流用外部LEM来测量，避免强电进入调节器机箱内部，提高调节器的可靠度。 2) 测频电路：调节器应满足电机频率在45Hz70Hz之间应能正常的工作。通过过零比较器，将发电机定子电压交流波形变为方波，由DSP测量其周期，并计算频率。用同样的方法，可以得到滑差电压的频率，供调节器进行投励判断。3) 同步电路：来自励磁电源的信号经同步变压器隔离后，将交流波形变成方波，送入主机板，产生同步脉冲。9.4 脉冲放大板本板将主CPU板产生的双窄脉冲进行功率放大输出，每一路脉冲功率可驱动4组以上并联的可控硅桥。可以通过跨接器选择是否使用板上的脉冲变压器。 9.5 显示面板MEX-1000调节器采用多CPU系统，其显示面板为独立的CPU，采用Microchip 公司的16位单片机PIC24FJ128GA006做显示用，采用双CPU来提高调节器的可靠性。通过通讯与主板CPU进行数据交互。面板CPU主要完成人机界面功能。包括键盘、液晶显示及指示灯。图：MEX-1000显示面板十 微机励磁装置使用说明10.1 键盘液晶操作指示说明本型微机励磁调节器，采用128*240的大屏幕液晶显示器进行显示，该显示器可以显示15*8=120个汉字或30*16=480个字符，该显示器采用T6963C作为控制芯片，可以进行图形和文本的两种显示模式。液晶显示器内带驱动负电源，外配背光和芯片电源控制回路。液晶显示器主要完成人机交互界面的功能。主要作用包括：测量显示，参数整定，故障显示，系统设置。和键盘结合使用，完成以上功能。有8个LED指示灯、7个按键。键盘l “”、“”“”、“”、键分别是 “上”、“下”移动键，“左”、“右”移动键、“”、“”兼做“+”“-”键。l “OK”键(“确认”键)，为确认当前的操作并进入下一级菜单。l “ESC“键（“返回”键），为退出当前操作并返回上一级菜单。l “RST“键（“复归”键），按该键起到装置复归的作用，复归告警信号。LED指示灯l 恒COS运行指示灯，装置处于恒功率因数运行方式（自动方式）。l 恒电流运行指示灯，装置处于恒励磁电流运行方式（手动方式）。l 投全压指示灯，在电机启动过程中，如果满足投全压条件，此指示灯点亮。l 投励成功指示灯，在电机启动过程中，如果满足投励条件，此指示灯点亮。l 通道故障指示灯，装置检测到故障时点亮，信号复归后熄灭。l USB通讯指示灯，装置后台软件通讯时点亮。主画面显示：装置开机运行时，自动进入主画面进行系统运行状态及主要测量数据的显示。对应显示量定义如下，所有变量均以实际值进行显示。如图所示。图：主监测画面UM :定子电压IM :定子电流IFR :手动（恒转子电流或恒输出电流调节）PID的给定参考电流IFD : 励磁电流，对于无刷励磁系统显示的为调节器输出电流COSR :功率因数目标值COS : 功率因数测量值ARF :可控硅触发角F1 :滑差频率P :有功功率Q : 无功功率状态显示区：在此区域内，将主要的开关量状态进行显示，其中包括：运行方式：显示的是当前的运行方式，分为自动运行和手动运行两种方式。其中自动运行方式，为恒功率因数运行，手动运行方式为恒转子电流闭环调节。通道状态：表示调节器本通道的运行状态。分为以下三种情况：运行、跟踪、和退出。日期显示：显示系统的时钟日期。 10.2 菜单操作使用说明在主监测画面按确认键进入主菜单画面，主菜单采用树形结构，拥有多级子菜单。在菜单操作时，用 “”、“”“”、“”、键移动光标，按“确认”键进入相应的子菜单，按“返回”键退出主画面显示。主菜单和下级子菜单的关系示意图见图。图：菜单窗口显示样式l 装置主菜单有9个子菜单项:l 参数设置l 功能选择l 开入状态l 传动试验l 故障追忆l 精度调整l 机组参数l 系统设置l 试验选项在主菜单下，用“”、“”键移动主菜单项目，按“确认”键进入相应子菜单参数设置菜单在参数设置菜单下，按“确认”键，弹出“输入密码”框，按“确认”键，在显示光标位置输入4位数字密码，按左右键移动光标，输入正确密码后，按确认键进入参数设置子菜单。 图：输入密码窗口参数设置菜单下共有2个子菜单。PID参数，其他参数。l 用“”、“”键移动选择子菜单，按“确认”键进入光标位置参数项的子菜单下，查看或修改该参数数值项，按“返回”键返回主菜单。l 在参数项子菜单查看画面：用“”、“”键移动选择本参数数值项，按“确认”键进入该参数数值修改状态。按“返回”键返回参数显示画面，l 在参数数值修改状态：用“”、“”修改当前光标处的数值位（0至9循环改变），用“”和“”键选择需要修改的数值位，按“确认”键完成当前值的修改，同时返回上级菜单。按“返回”键返回上级菜单同时放弃数值的修改，显示值为原来值。参数设置修改画面如图所示。图：参数设置窗口10.2.1 功能选择菜单通过此菜单将显示和设定各功能项开关的投退状态。按“”、“”键可选择修改