A6410 9199-00005艾默生EMERSON軸振監(jiān)測(cè)模塊

A6410 9199-00005艾默生EMERSON軸振監(jiān)測(cè)模塊

無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)由于沒(méi)有滑環(huán)、碳刷等可能產(chǎn)生火花的環(huán)節(jié)，在化工、煤礦等具有爆炸性環(huán)境的場(chǎng)所有著較為廣泛的應(yīng)用。此外，由于去掉了碳刷等易損元件，大大提高了電機(jī)的整體可靠性，在一些要求持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間高可靠性運(yùn)行的場(chǎng)合也有著不少的應(yīng)用。近年來(lái)隨著節(jié)能觀念的轉(zhuǎn)變，大量的無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)將面臨變頻改造。

A6410 9199-00005由于無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)固有的技術(shù)特點(diǎn)，在變頻調(diào)速運(yùn)行時(shí)，同步電機(jī)遇到的弱磁投勵(lì)、電機(jī)逆相運(yùn)行、變頻器-勵(lì)磁器協(xié)同控制等問(wèn)題，一直制約著無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)的變頻應(yīng)用。

A6410 9199-00005本文基于無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理，對(duì)無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)在變頻運(yùn)行中所遇到的各種問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并根據(jù)理論分析和仿真試驗(yàn)的結(jié)果對(duì)這些問(wèn)題提出適當(dāng)解決方法，使變頻器能夠驅(qū)動(dòng)無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)可靠、經(jīng)濟(jì)地調(diào)速運(yùn)行。

2　無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工頻運(yùn)行過(guò)程

2.1　無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)

圖中：1為滑動(dòng)軸承，2為無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)繞組，3為冷卻器，4為旋轉(zhuǎn)整流器，5為勵(lì)磁發(fā)電機(jī)。

2.2　無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

A6410 9199-00005無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中勵(lì)磁發(fā)電機(jī)與同步電動(dòng)機(jī)同軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖2　無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

其中，旋轉(zhuǎn)整流器負(fù)責(zé)電機(jī)起動(dòng)過(guò)程滅磁與投勵(lì)邏輯，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。電機(jī)起動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)整流器控制滅磁晶閘管t4將滅磁電阻rf連接至無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組上，以提供較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，降低勵(lì)磁繞組端電壓，此時(shí)整流晶閘管t1~ t3截止;當(dāng)電機(jī)到達(dá)亞同步速且滿足準(zhǔn)角條件時(shí)，控制器觸發(fā)整流晶閘管t1 ~t3，將勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的電樞電壓整流后加在同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組上，為同步電動(dòng)機(jī)提供持續(xù)的勵(lì)磁電流，同時(shí)關(guān)斷滅磁晶閘管t4。此時(shí)，旋轉(zhuǎn)整流器等效于三相二極管不控整流器。

2.3　無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)的工頻穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)在工頻穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁器向勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的定子勵(lì)磁繞組通以適當(dāng)?shù)膭?lì)磁電流，在勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電樞繞組端部感應(yīng)出三相交流電壓，由旋轉(zhuǎn)整流器(等效于二極管整流器)整流成直流電壓，施加在無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組上，為其提供持續(xù)的勵(lì)磁電流。

A6410 9199-00005根據(jù)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的物理特性，其輸出的電樞電壓近似于電機(jī)轉(zhuǎn)速和勵(lì)磁發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的乘積成正比，因此勵(lì)磁器可以通過(guò)調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)角，調(diào)節(jié)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的定子勵(lì)磁電流，達(dá)到調(diào)節(jié)無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的目的。

2.4　無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)的工頻起動(dòng)投勵(lì)過(guò)程

無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)的工頻起動(dòng)投勵(lì)過(guò)程如圖4所示。

圖3　旋轉(zhuǎn)整流器結(jié)構(gòu)

圖4　無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)工頻起動(dòng)過(guò)程

A6410 9199-00005工頻起動(dòng)時(shí)，首先高壓斷路器合閘，旋轉(zhuǎn)整流器的滅磁部分電路根據(jù)同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組上的感應(yīng)電壓將滅磁電阻連接至同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組上，同步電動(dòng)機(jī)逐漸加速。

高壓斷路器合閘后，勵(lì)磁器觸發(fā)晶閘管，向勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的定子勵(lì)磁繞組通以一定的勵(lì)磁電流。隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電樞繞組電壓逐漸升高，當(dāng)其高于旋轉(zhuǎn)整流器的最低工作電壓后，由其供電的旋轉(zhuǎn)整流器控制器上電，旋轉(zhuǎn)整流器監(jiān)測(cè)同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組上的感應(yīng)電壓，當(dāng)其周期大于預(yù)設(shè)值(表示同步電動(dòng)機(jī)已到達(dá)亞同步速)且到達(dá)反向過(guò)零點(diǎn)時(shí)，觸發(fā)整流晶閘管，關(guān)斷滅磁晶閘管，將勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電樞電壓整流后加在同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組上，完成投勵(lì)。

電機(jī)經(jīng)過(guò)短暫的整步過(guò)程后進(jìn)入穩(wěn)定的同步運(yùn)行狀態(tài)，電機(jī)起動(dòng)過(guò)程完成。

2.5　無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)的工頻停機(jī)過(guò)程

工頻停機(jī)時(shí)，斷開(kāi)高壓斷路器，同時(shí)勵(lì)磁器調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)角至有源逆變區(qū)，將勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的定子勵(lì)磁電流迅速降至零，勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電樞繞組電壓迅速下降，當(dāng)其小于旋轉(zhuǎn)整流器的最低工作電壓時(shí)，旋轉(zhuǎn)整流器控制電掉電，其整流晶閘管截止，續(xù)流二極管將滅磁電阻連接至同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組上，同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流迅速下降至零。同步電動(dòng)機(jī)在負(fù)載和阻力轉(zhuǎn)矩等的作用下逐漸停穩(wěn)。

3　無(wú)刷同步電機(jī)的變頻運(yùn)行

3.1　調(diào)速運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁發(fā)電機(jī)特性

與有刷同步電動(dòng)機(jī)的滑環(huán)直接勵(lì)磁不同，無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流由旋轉(zhuǎn)的勵(lì)磁發(fā)電機(jī)發(fā)出。由于勵(lì)磁發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓與電機(jī)轉(zhuǎn)速和勵(lì)磁發(fā)電機(jī)定子勵(lì)磁電流的乘積成正比，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速低于其額定轉(zhuǎn)速較多時(shí)，勵(lì)磁發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓較低，此時(shí)即使勵(lì)磁器向勵(lì)磁發(fā)電機(jī)輸出最大的勵(lì)磁電流，無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流也將小于其額定值。在起動(dòng)初期轉(zhuǎn)速很低時(shí)，無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)將無(wú)法獲得勵(lì)磁電流。

同步電動(dòng)機(jī)在無(wú)勵(lì)磁電流條件下變頻啟動(dòng)時(shí)，其定子電樞繞組將從變頻器吸收較大的感性無(wú)功電流(典型值約為電機(jī)額定電流的2～3倍)，該電流僅在變頻器和同步電動(dòng)機(jī)之間流動(dòng)，不注入電網(wǎng)，但會(huì)造成變頻器和同步電動(dòng)機(jī)定子電樞繞組的短時(shí)發(fā)熱。因此，在電機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，應(yīng)向勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的定子勵(lì)磁繞組施加盡可能大的電流，以最大限度降低電機(jī)的起動(dòng)電流。

3.2　變頻起動(dòng)時(shí)的投勵(lì)與整步過(guò)程

無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)的變頻起動(dòng)過(guò)程如圖5所示。

圖5　無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)變頻起動(dòng)過(guò)程

高壓斷路器合閘后，變頻器高壓上電。變頻器收到“啟動(dòng)”命令后，從0.5hz開(kāi)始向同步電動(dòng)機(jī)的定子電樞繞組輸出電壓，并按照預(yù)設(shè)的加速時(shí)間和v/f曲線逐漸提升輸出電壓的頻率和幅值，同步電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)。

變頻器向同步電動(dòng)機(jī)定子電樞繞組輸出電壓的同時(shí)，通知?jiǎng)?lì)磁器開(kāi)始向勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的定子勵(lì)磁繞組輸出強(qiáng)勵(lì)勵(lì)磁電流，該電流為大于勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的額定勵(lì)磁電流，小于勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的最大短時(shí)勵(lì)磁電流，此時(shí)，勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電樞繞組電流近似為零。

變頻器起動(dòng)后，同步電動(dòng)機(jī)依靠其凸極轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子剩磁，經(jīng)過(guò)短暫的異步加速和整步過(guò)程(約1~2s)后進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài)。由于此時(shí)同步電動(dòng)機(jī)無(wú)勵(lì)磁電流，僅依靠凸極轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子剩磁運(yùn)行，因而其定子側(cè)電流較大，約為電機(jī)額定電流的2~3倍。

A-B 1326AB-B720F-M2L/B

ABB 3BHE003604R0102 UFC765AE102

BENTLY 136188-02

REXROTH VEP40.3CEN-256NN-MAD-128-NN-FW

KONGSBERG RCU501

ABB AI02J

YOKOGAWA YHC5150X

ABB 3BHB007445P0001 POS.A6033

ABB 3AFE61320946P0001 POS.A6091

ABB AO02

BENTLY 125680-01

Rolls-Royce RRWRC01

ABB PFXC141

ABB PFXA401F

ABB PFVI401

ABB PXAH401

ABB PFVO142

ABB PFVO143

ABB PFEA113-65

ABB PFEA112-20

ABB PFEA111-65

ABB PFBL141B-75KN

ABB PFSA103C

MOTOROLA MDM25RHF9AN5AE

ABB PM511V16 3BSE011181R1

Vibro-meter VM600 CPUM 200-595-067-114

Vibro-meter VM600 MPC4 200-510-071-113

Vibro-meter VM600 CMC16 200-530-025-014

Vibro-meter VM600 RPS6U 200-582-600-013

Vibro-meter VM600 IOC16T 200-565-000-013

Vibro-meter VM600 IOC4T 200-560-000-111

Vibro-meter VM600 RLC16 200-570-000-111

Vibro-meter VM600 IOCN 200-566-000-112

Vibro-meter VM600 204-040-100-012

HIMA K9202 996920202

HIMA K9203 996920302

HIMA K9203A 996920360

WOODWARD 9907-164

WOODWARD 5453-203

WOODWARD 9907-162

WOODWARD 5453-277

WOODWARD 5501-381

WOODWARD 5453-279

WOODWARD 5466-318

WOODWARD 5466-425

WOODWARD 5466-258

WOODWARD 5501-470

WOODWARD 5501-471

ABB PFEA111-20 3BSE028140R0020

ABB PFEA111-20 3BSE050090R20