专利名称：同步电动机的励磁电源装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电气领域中的励磁电源装置，尤其是指同步电动机上配套 使用的励磁电源装见
背景技术：
现国内的同步电动机的励磁电源装置大多与其进口同步电动机软启动装置
成套，这样结合同步电动机启动的成功率高约90%,但进口费用也很高。
为节省费用， 一些厂家通常是软启动装置采用进口，励磁电源装置采用国 产替代，其工作过程是同步电动机软启动变频器由OHZ逐步升速到50HZ，启 动开始，根据同步电动机特性的励磁电源装置加入228 A. DC ~ 300A. DC的励磁 电源；在变频器升速的同时，电压也由OV升到6000V;在达到48HZ时变频器 发出准同步信号，要求励^f兹电源装置跟踪同步信号，同步检测器一般设在4分 钟内完成并发出同步切换信号。
上述的启动过程中，由于励磁电源装置不能确切找到同步切换点，使变频 器超时，导致同步电动机的启动失败，这种方式的同步电动机启动的成功率约 60%。进一步分析其原因，主要是同步电动机的励磁电源装置是集成电路和分 立元器件组成的混合模拟系统，其输出的励磁电流的稳态和动态精度差，使软 启动同步切换时快速跟踪能力差，经常发生长时间不能同步，造成启动失败。 这种现象在国内同步电动机启动中相当普遍。
实用新型内容
本实用新型目的在于克服上迷现有技术的缺点，提供一种具有与同步电动 机软启动同步切换时快速跟踪能力的同步电动机的励磁电源装置，本励磁电源 装置在达到励磁电源的技术指标的同时，既节约4殳资成本，又保证启动及运行 的稳定性和可靠性。
为了实现本实用新型的目的，采用以下技术方案
一种同步电动机的励磁电源装置，其特征在于包括电源供给装置及与电源
供给装置连接的全数字直流调速装置10，其中
所述电源供给装置包括主电源供给装置及辅助电源供给装置10,主电源供 给装置是三相交流经过一个二次输出的降压整流变压器组成； 所述全数字直流调速装置10的结构为
由所述主电源供给装置连接可编程逻辑控制器21输出外加电流 信号作为励^磁电流的给定值，是主给定信号；
由所述主电源供给装置连接电位器22提供电压信号作为励磁电 流的手动给定值，是附加给定信号；
所述可编程逻辑控制器21与电位器22的输出端连接后与综合给 定信号叠加模块连接；
所述综合给定信号叠加模块23的输出端与信号整形模块24连
接；
所述整形模块24的输出端与外部综合给定信号输出模块25连 接，输出励磁电流控制值；
所述外部综合给定信号输出模块25连接取给定信号有效值模块 26，在取给定信号有效值模块26取出外部绝对值后分成二路输出， 一路连接电流比例积分微分调节器27，另一路连接电流超前控制器 28，其中电流比例积分微分调节器27的另一输入端与内部电动机实 际励磁电流输出器3 0连接；
所述电流比例积分微分调节器27及超前控制器28的输出端连接 后与叠加模块29'连接，叠加模块29'的输出端连接脉冲触发器29， 脉冲触发器29的输出端为所述全数字直流调速装置10的输出端，全 数字直流调速装置10的输出端连接同步电动机励磁绕阻100。 本实用新型的效果
本实用新型的同步电动机的励磁电源装置是采用全数字直流调速装置改造 成的电流型励磁电源装置，具有以下效果
1 )励z磁电源装置与同步电动机的变频器的配合工作正常，电流控制精度高， 误差小于1%，启动时间符合软启动装置的要求，起动电流小于1.5倍电机额定
电流。
2)自动同步切换功能好，切换成功率达95%以上，使同步电动机启动成功率高达95%,即动态率高。
因此，本实用新型有推广价值，可完全替换进口励z磁电源装置，而其成本 只有进口励磁电源装置的一半。
为进一步说明本实用新型的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图 对本实用新型进行详细说明。
图l为本实用新型的励^磁电源装置主回^各原理图； 图2为本实用新型的全数字直流调速装置的结构框图； 图3为图2的结构框图中的部分部件的实施例示图之一； 图4为图2的结构框图中的部分部件的实施例示图之二； 图5为图2的结构框图中的部分部件的实施例示图之三。
具体实施方式
下面，结合附图对本实用新型的同步电动机的励磁电源装置的具体实施方 式用实施例进行详细说明。
参见图1,本实用新型的励磁电源装置主回路原理图。
本实用新型的励/磁电源装置包括以下部件。
电源供给装置及与电源供给装置连接的全数字直流调速装置10。
在说明电源供给装置的结构前，先说明本实用新型需要的电源供给装置的 特点。本实用新型中釆用全数字直流调速装置硬件，由于它为不可逆整流装置， 其电枢电压主回路由一个SCR可控硅全控桥组成，励石兹电压主回路为一个单相 半控桥。现通过修改全数字直流调速装置的内部结构，封锁其励,兹电压输出的 功能。把同步电动机的励磁绕组接到全数字直流调速装置的电枢电压输出上， 这样从硬件上将全数字直流调速装置改变为一种励磁电流的整流器。为避免其 导通角过小，及增强抗电压波动的能力，在全数字直流调速装置10的供给电源 上需加一个二级变压器，该二级变压器为降压整流变压器(Y)12，输出3AC70V
的电压。
如图1所示，本实用新型的电源供给装置包括主电源供给装置及辅助电源
供给装置。主电源供给装置是三相(A、 B、 C) 3AC380V经过一个二次输出的降 压整流变压器，其一次输出为A形变压器ll、 二次输出为Y形变压器12，输出 电压为3AC70V，该输出电压供给全数字直流调速装置IO作为工作电源；辅助 电源供给装置(A6、 B6、 C6、 Nl )提供3AC380V或交流220V电压，作为全数字 直流调速装置10的辅助电源。图中的ZK1、 ZK2、 ZK3为空气开关，Cl为接触 器，RV1、 RV2、 RV3为压壽丈电阻。
参见图2-5,图2为本实用新型的全数字直流调速装置10的结构框图； 图3为图2的结构框图中的部分部件的实施例示图之一；图4为图2的结构框 图中的部分部件的实施例示图之二；图5为图2的结构框图中的部分部件的实 施例示图之三。
全数字直流调速装置的标准功能是直流电机调速，所以在控制功能块里有 转速闭环、电压闭环及电流闭环。为达到作为励磁电源的功能，需要改变原有 的控制功能块结构，封锁转速闭环和电压闭环，仅保留电流闭环。
具有新的励磁电源功能的全数字直流调速装置10的总体结构见图2所示。 由上述主电源供给装置连接可编程逻辑控制器(以下简称PLC) 21提供外 加0 ~ 20MA电流信号作为励磁电流的给定值，是用于启动及运行时的主给定信 号。
由上述主电源供给装置连接电位器22提供0~ 10V电压信号作为励磁电流 的手动给定值，是用于在同步对准时，作为自动励磁跟踪的补充及调节，是附 加给定信号。
上述可编程逻辑控制器与电位器22的输出端连接后与综合给定信号叠加 模块23连接，综合给定信号叠加模块23将上述主给定信号和附加给定信号进 行叠力口。
上述综合给定信号叠加模块23的输出端与信号整形模块24连接，对信号 进行滤波整形。
整形模块24的输出端与外部综合给定信号输出模块25连接，由外部综合 给定信号输出模块25输出励磁电流控制值(或称励磁电流设定值)。
如图3所示，本实施例中综合给定信号叠加模块23是采用数值连接器(第 3数值连接器K03 ) 23。在本实施例中，上述可编程逻辑控制器的输出端与综合 给定信号叠加模块23 (即，实施例中的第3数值连接器(K03 ) 23 )之间还串 联第1放大器31、第1 A/D模数转换器32及第1数值连接器(K01 ) 33。在本 实施例中，上述电位器22的输出端与综合给定信号叠加模块23 (即，实施例 中的第3数值连接器(K03 ) 23 )之间还串联第2放大器34、第2 A/D模数转 换器35及第2数值连接器(K02 ) 36。本实施例中，上述整形模块24采用函数 发生器(以下简称RFG) 24，对信号进行时间滤波和限幅整形，由RFG 24输出 励磁电流控制值，该RFG 24连接一参数选择部件241,提供RFG 24正常工作。 本实施例中，上述外部综合给定信号输出模块25釆用数值连接器(第4数值连 接器K04 ) 25。
继续参见图2,.上述外部综合给定信号输出模块25连接取给定信号有效值 模块26，在取给定信号有效值模块26取出外部绝对值后分成二路输出， 一路 连接电流PID调节器(电流比例积分微分调节器，以下简称PID) 27，另一路 连接电流超前控制器28，以改善控制快速性，其中PID 27的另一输入端与内 部电动机实际励^兹电流输出器30连接。
上述PID调节器27及超前控制器28的输出端连接后与叠加模块29'连接， 叠加模块29'的输出端连接脉沖触发器29，脉沖触发器29的输出端为所述全 数字直流调速装置10的输出端，全数字直流调速装置10的输出端连接同步电 动机励磁绕组100,即由PID调节器27及超前控制器28的输出值通过叠加模 块29'叠加的值来决定脉冲触发器29的脉冲触发角给定值，从而决定提供给 同步电动机励磁绕组100的励磁电流的大小。
如图4、 5所示，本实施例中，上述取给定信号有效值模块26采用由第1 滤波器41与第5数值连接器(K05 ) 42以及第1取绝对值模块43串联的电路。 本实施例中，上述取给定信号有效值模块26与上述PID 27之间还串联第2滤 波器44，上述取给定信号有效值模块26与上述超前控制器28之间还串联第3 滤波器45, PID调节器7受逻辑选择部件71控制运作的。另外，本实施例中， 内部电动机实际励磁电流输出器30与PID 27的另一输入端之间还串联第7数 值连接器(K07 ) 45以及第2取绝对值模块46。本实施例中，对PID调节器"及超前控制器28的输出值进行叠加的叠加模块29'采用第6数值连接器(K06) 47。本实施例中，叠加模块29'与脉冲触发器29之间还串联选择开关51及限 幅器52。脉沖触发器29的工作还受附属部件291、 292控制。
继续参见图2，在全数字直流调速装置10与同步电动;f几励磁绕组100之间 串联电流互感器13以及并联电压表14以及并联一压敏电阻R4,电流互感器13 以及并联电压表14是监视全数字直流调速装置10输出电流及输出电压。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本 实用新型的目的，而并非用作对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质 范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求的范 围内。
权利要求1、一种同步电动机的励磁电源装置，其特征在于包括电源供给装置及与电源供给装置连接的全数字直流调速装置(10)，其中所述电源供给装置包括主电源供给装置及辅助电源供给装置(10)，主电源供给装置是三相交流经过一个二次输出的降压整流变压器组成；所述全数字直流调速装置(10)的结构为由所述主电源供给装置连接可编程逻辑控制器(21)输出外加电流信号作为励磁电流的给定值，是主给定信号；由所述主电源供给装置连接电位器(22)提供电压信号作为励磁电流的手动给定值，是附加给定信号；所述可编程逻辑控制器(21)与电位器(22)的输出端连接后与综合给定信号叠加模块(23)连接；所述综合给定信号叠加模块(23)的输出端与信号整形模块(24)连接；所述整形模块(24)的输出端与外部综合给定信号输出模块(25)连接，输出励磁电流控制值；所述外部综合给定信号输出模块(25)连接取给定信号有效值模块(26)，在取给定信号有效值模块(26)取出外部绝对值后分成二路输出，一路连接电流比例积分微分调节器(27)，另一路连接电流超前控制器(28)，其中电流比例积分微分调节器(27)的另一输入端与内部电动机实际励磁电流输出器(30)连接；所述电流比例积分微分调节器(27)及超前控制器(28)的输出端连接后与叠加模块(29′)连接，叠加模块(29′)的输出端连接脉冲触发器(29)，脉冲触发器(29)的输出端为所述全数字直流调速装置(10)的输出端，全数字直流调速装置(10)的输出端连接同步电动机励磁电阻(100)。
2、 如权利要求1所述的同步电动机的励磁电源装置，其特征在于 所述二次输出的降压整流变压器的一次输出为A形变压器(11 )、 二次输出为Y形变压器(12)。
3、 如权利要求1所述的同步电动机的励磁电源装置，其特征在于 所述可编程逻辑控制器(21)的输出端与综合给定信号叠加模块(23)之间还串联第1放大器(31 )、第1 A/D模数转换器(32 )及第1数值连接器(33 )。
4、 如权利要求l所述的同步电动机的励磁电源装置，其特征在于 所述电位器(22)的输出端与综合给定信号叠加模块(23)之间还串联第2放大器(34 )、第2 A/D模数转换器(35 )及第2数值连接器(36 )。
5、 如权利要求l所述的同步电动机的励磁电源装置，其特征在于 所述整形^^莫块釆用函数发生器。
6、 如权利要求1所述的同步电动机的励磁电源装置，其特征在于 所述取给定信号有效值模块(26 )采用由第1滤波器(41 )与第5数值连接器(42)以及第l取绝对值模块(")串联的电路。
7、 如权利要求1所述的同步电动机的励磁电源装置，其特征在于 所述取给定信号有效值模块(26)与所述电流比例积分微分调节器(27)之间还串联第2滤波器(44)。
8、 如权利要求1所述的同步电动机的励磁电源装置，其特征在于 所述取给定信号有效值模块(26)与所述超前控制器(28)之间还串联第3滤波器(45 )。
9、 如权利要求1所述的同步电动机的励磁电源装置，其特征在于 所述内部电动机实际励磁电流输出器(30 )与电流比例积分微分调节器(27 )的另 一输入端之间还串联第7数值连接器(45 )以及第2取绝对值模块(46 )。
10、 如权利要求1所述的同步电动机的励磁电源装置，其特征在于 所述叠加模块(29')与脉冲触发器(29 )之间还串联选择开关(51 )及限幅器(52)。
专利摘要一种励磁电源装置，是一种成本低但启动及运行稳定的同步电动机的励磁电源装置，包括电源供给装置及与电源供给装置连接的全数字直流调速装置。其中电源供给装置中的主电源供给装置用二次输出的降压整流变压器。全数字直流调速装置包括输出主给定信号的可编程逻辑控制器；提供附加给定信号的电位器；整形叠加信号输出励磁电流控制值的整形模块；再由取给定信号有效值模块取出外部绝对值后分成二路输出，一路连接电流比例积分微分调节器，另一路连接电流超前控制器，两路输出叠加后的信号控制脉冲触发器，脉冲触发器输出信号连接同步电动机励磁绕阻。本装置在达到励磁电源的技术指标的同时，既节约投资成本，又保证启动及运行的稳定性和动态率。
文档编号H02P1/16GK201194381SQ20082005624
公开日2009年2月11日 申请日期2008年3月14日 优先权日2008年3月14日
发明者侯时云, 唐国荣, 杨智新, 江浩杰, 秦文豪 申请人:宝山钢铁股份有限公司