淮南某矿中央风井选豪顿动叶可调的高效轴流式风机,型号为ANN-3800/200 N,叶轮直径为3.8 m。驱动电机选西门子3200 kW的无刷同步电动机,定子电源电压10 kV,转速750 r/min。风量是在运行中调整叶片角度来调节的。同步机电控系统由西门子公司配套。南粤论文中心(WWW.NYLW.NET)该系统具有功率因数调节性能好、保护完善、可靠性及可维性高的优点。
1 控制系统的硬件设备结构
矿井通风机西门子无刷同步电动机控制系统的硬件设备结构由10kV高压断路器CW(反风断路器为CCW)、无刷同步电动机、励磁柜等设备组成(见图1)。励磁柜含有晶闸管直流励磁调节装置DC MASTER、可编程控制器S7-300及输入输出通道、电力参数检测SIMEASP等单元。直流励磁调节装置DC MASTER完成同步电动机转子励磁电流调节功能;可编程控制器S7-300完成同步电动机的启动、投励、运行、停车的控制,以及系统的参数检测、故障判断及保护等功能。
图1 通风机无刷同步电动机控制系统的硬件设备结构
2 励磁调节系统
同步机直流励磁电源采用西门子型号为6RA7018-6DS22-0-Z的晶闸管可控整流器。由于励磁发电机所需励磁容量小(PN=90W),电压低(UfN=30 V),电流小(ifN=3 A),所以在整流器前面设置一台容量为1kVA的3相整流变压器,二次侧线电压为100 V,整流器最高输出直流电压100 V左右,励磁回路将有3.5倍以上的强迫励磁功能,将会缩短if的动态响应时间。励磁电流if的控制方案采用功率因数cos φ和励磁电流if双闭环调节(见图2)。
内环为励磁电流环,电流调节器ACR采用比例积分调节器,可实现对if的无静差调节,抗电网电压波动的能力强。触发电路GT采用数字触发器,同步电路采用隔离变压器,同步电压来自100 V AC输入电源。电流检测采用电流互感器。整流桥采用晶闸管全控桥。励磁电流的期望值if来自功率因数调节器AφR的输出[1]。外环为功率因数环(也可以实现无功闭环),功率因数调节器AφR采用比例积分调节器,可实现无静差调节。cos φ*是由风机DCS系统设定。同步机实际的功率因数是通过SIMEAS P得到的。SIMEAS P将输入的同步电动机定子侧的三相电压,三相电流经运算得到cos φ及Q,P。
图2 无刷同步机cos φ、if双闭环调节系统
双闭环调节系统的工作受投励信号Q12.1控制,Q12.1是励磁柜PLC的开关量输出信号。同步电动机在异步起动阶段,在转速低于0.95 n0时,Q12.1处于失电状态, K50失电, 整流器的交流输入电源未接通, GT, ACR, AφR被封锁。 当转速达到0.95 n0时,Q12.1得电吸合,其常开接点闭合,经K50接通整流器的交流电源,同时解除对本双闭环调节系统的封锁,本系统输出励磁电流if。
同步电动机的轴上设有速度检测装置, 此速度信号(脉冲列)经=S30/3.4-B2变换器, 变换成4~20 mA的电流信号,送到PLC的模入块。
在图2中,虚线框内的各环节的功能均由西门子DC MASTER 来完成,为全数字化结构。驱动器输出的if由放置在励磁柜面板上的液晶显示器显示。
3 无功与功率因数瞬时值检测 南粤论文中心(WWW.NYLW.NET)
若要实现功率因数或无功闭环控制,需要采集同步电动机的功率因数或无功功率的瞬时值。比较理想的检测方法是计算基于矢量原理的无功功率和功率因数。即通过坐标变换的方法,根据检测到的三相定子电流iR、iS 、iT得到对应的定子电流空间矢量i的有功分量id ,无功分量iq[2]。
同理, 根据检测到的三相定子电源电压uR、uS 、uT得到对应的定子电源电压空间矢量u的两个分量u设定子电源电压空间矢量u与dq旋转坐标系的d轴重合,那么uq=0, u=ud 。式(1)中,θ为三相定子电源电压uR(=cos ωt)的瞬时相位角ωt, uR正半周起始点为θ的启算点,通过检测uR正半周起始点和锁相电路可以得到θ。同步电动机的无功功率为
Q=u·iq(3)
同步电动机的功率因数为
cos φ=idi2d+i2q(4)
4 控制系统程序分析
同步电动机控制系统的主要功能包括定子电源的分合闸控制、投励控制、运行监视、故障检测与保护等。这些控制功能均由可编程控制器S7-300的程序来实现,现将主要程序的功能做如下分析。程序来源为西门子电子文档*。
4.1 电机启动条件
若要启动同步机,需满足如下21个条件。
(1) 各种辅助电源已合闸(共5条)
包括励磁开关、电源装置的三相交流电源开关、励磁柜控制电源开关、UPS电源开关、24VDC电源开关;
(2) 辅助电源是否欠压(1条);
(3) 电力参数检测装置(SIMEASP)已处于运行状态(共2条);
(4) 励磁柜紧停开关未按下(共2条);
(5) 同步机定子侧高压开关处于分断状态(共2条);
(6) 同步电动机处于停车状态(1条);
(7) 励磁柜没有综合跳闸故障(1条);
综合跳闸故障包括3条故障,见后述。
(8) 同步机的11路模拟量输入电路无故障(1条);
(9) 8路温度检测电路无跳闸信号(1条);
(10) 根据电机的温度判断是否允许重启(共2条)。
电机在启动时,由于启动电流很大,会增加电动机温升,若连续启动,则会南粤论文中心(WWW.NYLW.NET)使电机电子绕组因温度太高而损坏或降低绝缘强度。所以电机启动一次后需要对其可能的温升进行判断,若判断得出其温升太高,就不允许立即再次启动,而是要延迟若干时间后才能允许启动。在此基础上设置了同步机重启的温度判断程序。
(11) 励磁柜没有报警信号(1条)。
含有11组信号
(12) 励磁装置已符合工作条件(共2条)。
全部满足上述21条要求后,相应指示灯亮,表示可以做启动同步机的操作。
4.2 定子电源断路器分合闸控制
定子电源断路器有2个:一个是高压断路器CW,它是控制抽风工作状态的断路器;另一个是高压断路器CCW,它是控制反风工作状态的断路器。这两个断路器的分合闸控制程序类似。 (责任编辑：南欧)转贴于南粤论文中心: http://www.nylw.net(南粤论文中心__代写代发论文_毕业论文带写_广州职称论文代发_广州论文网）
- 毕业论文定制
南粤论文中心提供本科/研究生/博士毕业论文，从提纲，开题到后期免费修改,免费指导答辩等 ，联系人：魏老师，电话：13450375436。 - 代写代发职称论文
南粤论文中心提供职称论文代写，报告总结，演讲致辞,心得体会,党团辅导等代写服务并推荐发表省级,国家级,核心杂志包发。联系QQ:631069747。
矿井通风机西门子无刷同步机电控系统分析
来源：南粤论文中心(WWW.NYLW.NET) 作者：王清灵 发表于：2010-11-30 16:33 点击：次
【关健词】矿井通风机; 无刷同步机; 励磁电流
摘 要:给出了矿井通风机西门子无刷同步电动机电控系统的硬件设备的结构图和基于功率因数cos φ、励磁电流if双闭环统计系统的控制结构图,分析了在恒功率因数控制时励磁电流随负载变化的调节过程;论述了本电控系统的风机准备启动、定子电源合闸、亚同步投励、停
顶一下
(1)
100%
踩一下
(0)
0%
版权声明：因本文均来自于网络，如果有版权方面侵犯,请及时联系本站删除.
