专利名称：一种可移动的集成化应急励磁装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种同步电机的励磁装置，尤其涉及一种可移动的集成化应急励磁装置。
背景技术：
同步电机的励磁是由励磁系统提供的，励磁系统是同步机系统的核心，其性能在很大程度上决定了同步电机的运行性能和效果。同时，励磁系统也是同步机系统最为脆弱的部分，据不完全统计，因励磁系统故障而造成停机事故占整个故障停机次数的80%以上。因此，在对生产连续性要求较高的场合，如泵站、钢厂等，就必须做好励磁的应急准备工作，以便于一旦励磁装置出现故障，备份励磁可迅速就位和投励。目前，广泛使用的励磁装置为大机柜，电气元件分散其中，结构复杂，体积大而笨重，接线繁琐，对设备维护人员的技术要求高，安装调试不方便，快速切换更加不可能。如果在每台励磁装置旁都配备备份励磁装置，则又投资巨大，且维护成本大增，方案的可行性差。近年来，虽然单片机等数字控制器件在电动机励磁装置上得到了广泛应用，但在励磁装置的控制电路和大功率主电路的集成和一体化方面基本没有创新和发展。再者，由于现有励磁装置是大机柜结构，元件分散，若需要升级时，只能进行整柜撤换，成本极其高昂。
发明内容
本发明针对现有技术的弊端，提供一种可移动的集成化应急励磁装置。本发明所述的可移动的集成化应急励磁装置，安装于机柜内，并与机柜内既有的变压器、起动电阻、快熔和空气开关配合接线，从而构成励磁系统，包括箱体及置于箱体内的控制电路、功率电路、散热模块及散热风机；其中，所述功率电路包括起动回路和主桥电路，所述主桥电路具有交流输入端和直流输出端；所述控制电路包括微处理器、触发电路、以及检测电路；所述检测电路检测主桥电路的交流输入电压和直流输出电流，所述微处理器根据前述检测的电流及电压信号，并结合电机当前的运行状态，根据预置程序而通过触发电路调整主桥电路的触发角，以调整主桥电路的直流输出电流。本发明所述的可移动的集成化应急励磁装置中，所述控制电路还包括输入/输出接口电路、现场总线通讯接口、以及人机交互单元；所述输入/输出接口电路、现场总线通讯接口、以及人机交互单元分别与微处理器连接；其中，所述输入/输出接口电路用于接收外部输入的开关量及模拟量信号，以及向外部输出开关量及模拟量信号。 本发明所述的可移动的集成化应急励磁装置中，所述检测电路包括失步信号检测电路、起动回路误导通检测电路、交直流电压检测电路、交流电流检测电路、以及调理电路，所述调理电路接收所述失步信号检测电路、起动回路误导通检测电路、交直流电压检测电路、及交流电流检测电路的检测信号，并经调理为规范信号后发送至微处理器。本发明所述的可移动的集成化应急励磁装置中，所述交流电流检测电路为分别设置于A相和C相的电流互感器。本发明所述的可移动的集成化应急励磁装置中，所述交直流电压检测电路为高阻隔离差分电路。本发明所述的可移动的集成化应急励磁装置中，所述触发电路采用高频脉冲变压器隔离触发信号，触发信号为高频脉冲。本发明所述的可移动的集成化应急励磁装置中，所述现场总线通讯接口包括现场总线接口和局域网接口。本发明把现有技术中励磁柜内体积较大且不易损坏的变压器、起动电阻、快熔和空气开关独立出来，而把其余的控制电路、功率电路、散热模块及散热风机都内置到一个可移动的小机箱内，从而构成本发明所述的可移动的集成化应急励磁装置，该应急励磁装置再引出端子与机箱外的大体积元件配合接线。由于元件数量的减少，极大提升了装置的可靠性。同时，由于采用交流采样和软件处理，使控制更加精确、稳定和可靠，并使装置功能升级更加简单方便。当励磁系统出现出现故障时，由于机柜内大元件的故障率很低，即使有故障也极易识别和排除，因此，如果大元件无故障，即可判断是本发明的集成化励磁装置的故障，只需将原故障装置更换即可，因此可以快速地应急投励。同时，对于需要进行设备升级的场合，本发明所述的可移动的集成化应急励磁装置也更加适用，由于原来体积大且故障率低的元件如变压器、起动电阻、快熔、空气开关及机柜不需更换，因此升级简单迅速，并能最大限度地保护原有投资。
图1为本发明所述可移动的集成化应急励磁装置的电路结构示意图；图2为本发明所述可移动的集成化应急励磁装置的在机柜内安装的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。如图1、图2所示，本发明所述的可移动的集成化应急励磁装置，安装于机柜内，并与机柜内既有的变压器、起动电阻、快熔和空气开关配合接线，从而构成励磁系统，包括箱体及置于箱体内的控制电路、功率电路、散热模块及散热风机；其中，所述功率电路包括起动回路和主桥电路，所述主桥电路具有交流输入端和直流输出端；所述控制电路包括微处理器、触发电路、以及检测电路；所述检测电路检测主桥电路的交流输入电压和直流输出电流，所述微处理器根据前述检测的电流及电压信号，并结合电机当前的运行状态，根据预置程序而通过触发电路调整主桥电路的触发角，以调整主桥电路的直流输出电流。其中，所述微处理器根据检测电路得到的主桥电路交流侧的实际输入电流，进而合成得到输出直流侧的实际励磁电流，进而按照设定的励磁电流值采用闭环控制的方法，不断调整主桥电路触发角，使输出电流恒定。所述主桥电路的直流电源输出则作为电动机的励磁电源。本发明所述的可移动的集成化应急励磁装置中，所述控制电路还包括输入/输出接口电路、现场总线通讯接口、以及人机交互单元；所述输入/输出接口电路、现场总线通讯接口、以及人机交互单元分别与微处理器连接；其中，所述输入/输出接口电路用于接收外部输入的开关量及模拟量信号，以及向外部输出开关量及模拟量信号。所述现场总线通讯接口包括现场总线接口和局域网接口，例如，工业以太网、Profibus、Modbus/RS485等多种现场总线,有极强的通讯能力。所述人机交互单元与微处理器连接，以完成控制指令输入、电量参数显示和波形显示等。该人机交互单元可为触摸屏或液晶屏。本发明中，所述主桥电路采用全控桥，这样去掉了半控桥所需的关桥单元，节省了体积；灭磁则采用逆变灭磁的方式，高效快速，并且不需要灭磁电路的支持。触发电路采用高频脉冲串，摒弃了传统的方波形式，触发变压器采用高频脉冲变压器，较传统的低频变压器体积大为减小，因此触发电路的体积大为减小。该触发电路对来自微处理器的触发信号进行隔离与驱动，以触发主桥电路上的晶闸管。本发明所述的可移动的集成化应急励磁装置中，所述检测电路包括失步信号检测电路、起动回路误导通检测电路、交直流电压检测电路、交流电流检测电路、以及调理电路，所述调理电路接收所述失步信号检测电路、起动回路误导通检测电路、交直流电压检测电路、及交流电流检测电路的检测信号，并经调理为规范信号后发送至微处理器。其中，所述交流电流检测电路为分别设置于A相和C相的电流互感器，借助于电流互感器检测的交流电流信号，可以合成主桥电路的直流输出电流，体积小且性能可靠。所述交流电压的检测也摒弃传统的采用变压器隔离的检测方式，而是采用高阻隔离差分检测电路，交直流电压均可检测，体积极大减小。同时，所述检测的主桥电路输出的直流电流信号还可送至输入/输出接口电路，并接到装置外部的直流电流表，摒弃了传统的采用大体积分流器接直流电流表的方式。所述微处理器具有数据处理功能，并预置了对应的处理软件，可对接入的数据按预置软件进行处理。例如，对于前述检测的交流电压信号，可由微处理器根据预置软件计算出同步点，摒弃了传统的通过同步变压器和比较器这种通过硬件电路的方式来获取过零点的方法，减少了元件，且抗干扰能力更强。同时，缺相判断也可由预置软件进行，可靠而准确。本发明依靠微处理器的预置软件实现了数据计算的功能，去除了传统励磁装置中使用的大量元器件，在实在无法去除的地方才用小体积元件代替现有的大体积元件，使应急励磁装置的整体体积大大缩小；并且，由于元件数量的减少，也极大提升了装置的可靠性。采用交流采样和软件处理，则使控制更加精确、稳定和可靠，并使装置功能升级更加简单方便。本发明中，所述功率电路、散热模块及散热风机全部内置于机箱。主桥电路的三对桥臂及起动回路的可控硅二极管对管均采用模块化器件，并采用表面安装工艺安装在同一个散热模块之上进行集中散热，极大地缩小了功率电路的体积，且为了保证散热效率，所述散热风机采用了三相交流风机。本发明的工作原理如下
当同步电机起动时，起动回路先导通，转子感应的交变电流通过起动电阻RF形成回路，保证电机的正常起动。当电机起动至指定滑差时，微处理器自动发出六路触发脉冲到主桥电路上的晶闸管，应急励磁装置立即向同步电机投入励磁电流，将电机牵入同步，同时断开起动回路。所述微处理器的预置软件可根据交流电压检测电路取得的三相交流电压，计算得到电压信号的同步点，并根据参数的不同设置情况给出触发角，分别发出六路触发脉冲。本发明所述的可移动的集成化应急励磁装置，其自身为一机箱，安装于机柜内，并与机柜内既有的大体积元件，即变压器、起动电阻、快熔和空气开关配合接线，结构清晰，接线简单明了。本装置自身与机柜内其他大元件只有六根大线连接，其余皆采用即插即拔的插座，因此装置的撤换十分方便迅速。在工业应用场合，可以用一台本发明所述的可移动的集成化应急励磁装置为多个励磁系统做应急备份将本装置安装在移动小车上，在励磁系统出现故障时，可将应急装置迅速移动到故障设备前，拆除前述的故障机箱的六根大线，用带鳄鱼夹的大线直接连接移动小车上的本装置，励磁系统即可重新投励，整个过程在几分钟内即可完成。在励磁系统需要升级换代时，可将原机柜内的变压器、起动电阻、快熔和空气开关保留，将本装置安装在柜内，连接六根大线即可，升级简单快速，并最大程度地保护了用户原有的投资。尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
权利要求
1.一种可移动的集成化应急励磁装置，安装于机柜内，并与机柜内既有的变压器、起动电阻、快熔和空气开关配合接线，从而构成励磁系统，其特征在于，包括箱体及置于箱体内的控制电路、功率电路、散热模块及散热风机； 其中，所述功率电路包括起动回路和主桥电路，所述主桥电路具有交流输入端和直流输出端； 所述控制电路包括微处理器、触发电路、以及检测电路；所述检测电路检测主桥电路的交流输入电压和直流输出电流，所述微处理器根据前述检测的电流及电压信号，并结合电机当前的运行状态，根据预置程序而通过触发电路调整主桥电路的触发角，以调整主桥电路的直流输出电流。
2.如权利要求1所述的可移动的集成化应急励磁装置，其特征在于，所述控制电路还包括输入/输出接口电路、现场总线通讯接口、以及人机交互单元；所述输入/输出接口电路、现场总线通讯接口、以及人机交互单元分别与微处理器连接； 其中，所述输入/输出接口电路用于接收外部输入的开关量及模拟量信号，以及向外部输出开关量及模拟量信号。
3.如权利要求2所述的可移动的集成化应急励磁装置，其特征在于，所述检测电路包括失步信号检测电路、起动回路误导通检测电路、交直流电压检测电路、交流电流检测电路、以及调理电路，所述调理电路接收所述失步信号检测电路、起动回路误导通检测电路、交直流电压检测电路、及交流电流检测电路的检测信号，并经调理为规范信号后发送至微处理器。
4.如权利要求3所述的可移动的集成化应急励磁装置，其特征在于，所述交流电流检测电路为分别设置于A相和C相的电流互感器。
5.如权利要求3所述 的可移动的集成化应急励磁装置，其特征在于，所述交直流电压检测电路为高阻隔离差分电路。
6.如权利要求1所述的可移动的集成化应急励磁装置，其特征在于，所述触发电路采用高频脉冲变压器隔离触发信号，触发信号为高频脉冲。
7.如权利要求2所述的可移动的集成化应急励磁装置，其特征在于，所述现场总线通讯接口包括现场总线接口和局域网接口。
全文摘要
本发明公开了一种可移动的集成化应急励磁装置，安装于机柜内，并与机柜内既有的变压器、起动电阻、快熔和空气开关配合接线，从而构成励磁系统，包括箱体及置于箱体内的控制电路、功率电路、散热模块及散热风机；其中，所述功率电路包括起动回路和主桥电路，所述主桥电路具有交流输入端和直流输出端；所述控制电路包括微处理器、触发电路、检测电路；所述检测电路检测主桥电路的交流输入电压和直流输出电流，所述微处理器根据前述检测的电流及电压信号，并结合电机当前的运行状态，根据预置程序而通过触发电路调整主桥电路的触发角，以调整主桥电路的直流输出电流。本发明所述的可移动的集成化应急励磁装置接线简单、维护方便、能够迅速投入运行。
文档编号H02J9/04GK103078569SQ20131002845
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月24日 优先权日2012年9月21日
发明者刘曰鹏, 魏志军, 赵钢 申请人:北京科信邦电气传动技术有限公司