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襄阳赫特电气制造有限公司
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同步电机励磁柜
同步电机励磁柜
1、用途
本系列装置分二种类型，HI2000***/***型可作为拖动重载或轻载起动的同步电动机的直流励磁电源，与同步电动机单机配套。适用于各种气体压缩机、风机、球磨机等。
HI2000型适用于拖动冲击负荷的同步电动机励磁用（如轧钢负荷）。此类型励磁装置可根据电动机负荷以及功率因素自动调节励磁。
2、型号及意义如图1所示：
BL2* / —
I—普通型
同步电动机 II—带失步保护
Y- 一体化
励 磁 F- 分体式
改 进 型 额定电压值
系统特征代号1/2额定电流值
图1中的确良系统特征代号规定如下：
全压或降压起动，恒定励磁。
全压或降压起动，按负荷调节励磁，可动力制动。
3、使用条件：
⑴海拔高度1000米；
⑵周围空气介质温度-10℃—+40℃；
⑶周围空气相对湿度不大于85%（20℃—±5℃）；
⑷无腐蚀性气体，导电尘埃及易爆场所；
⑸无冲击，倾斜度不超过5°
⑹户内安装。
4、本装置不包括以下设备：
⑴同步电动机定子回路高，低压开关及其分、合闸设备。
⑵同步电动机定子回路继电保护盘。
⑶辅助机组（油泵、风机等）控制设备。
5、主要特征：
本系列化产品为KGLF系列的更新换代产品，主回路采用晶闸管模块，控制部分采用全数字式集中控制方式，提高了产品的自动调节性能及稳定性和可靠性，也更便于维护及维修。
HI2000同步电机励磁柜具有以下特点：
⑴同步电动机转子励磁采用三相全控整流桥固接励磁线路，保持了同步电动机的固有起动特性。
⑵与同步电动机定子回路没有直接的电气联系，因此，同步电动机可根据电网情况设计为高压3—6—10KV或380V，全压起动或降压起动不受限制。
⑶实现了按同步电动机转子滑差，顺极性自动投励，同步机起动后转速到达亚同步速时，按转差为5%—4%时投入励磁，使同步机拖入同步运行。
⑷降压起动的同步电动机转速到达同步速的90%左右时，自动切除降压起动电抗器或电阻，投入全压，使同步机加速起动。然后投入励磁。
⑸当电网电压波动时（即高压3—6—10KV或低压380V）。具有电流负反馈自动保持恒定励磁，强励功能由用户选用，当电网电压下降至某一百分比（如80%）时，进行突加强励，强励电流为额定值的1.4倍左右。强励时间一般不超过60秒钟。
⑹同步电动机起动与停车时自动灭磁，并在同步电动机异步运行时（起动或失步过程）具有灭磁保护。
⑺可以手动调节励磁电流、电压可从零至110%连续平滑可调。
⑻本设备交流输入电源须与同步电动机定子回路来自同一段母线。
⑼同步电动机正常停车后3—5秒钟之内，本设备全控桥交流电源及触发电路同步电源不允许断电，仍保持工作状态。
⑽本设备所带的放电电阻RFD1和RFD2用户需根据电机厂规定自行将电阻接成串联或并联，使RFD1、RFD2的阻值分别为所配用的同步电动机转子励磁绕组直流电阻的3—5倍，其长期允许电流为同步电动机额定励磁电流的15%，如出厂附装电阻不满足以上要求，用户要自行解决。
⑾本设备可以很容易地与计算机接口，实现监视、监控等功能，且具有完善的保护功能（见KCL11 32/1-IIIA型数控单元说明书）。
HI2000同步电机励磁柜另具特征：
按负荷及功率因素自动调整励磁，基本保持同步电动机无功电流恒定。也可以作动力制动用。
6、本设备以下环节需在现场试车时复测或重新整定：
⑴灭磁环节可控硅导通开放电压的整定值。
⑵励磁电流负反馈自动调节，基本维持恒定励磁特性。
⑶电网电压下降至整定值时突加励磁的整定值。
⑷同步电动机“停车逆变”状态下，控制角的整定。
⑸投励环节后备投励时间。
⑹整定动力制动时的励磁电流值。
二、外形尺寸
HI2000/2系列设备的规格的外形尺寸见下表一。
型号规格 输入交流电压 输入电流 外形尺寸 整流变压器 备 注
HI2000-200/50 3N 380V 32A 柜 1.3 柜内安装
HI2000-200/75 3N 380V 50A 柜 1.3 柜内安装
HI2000-200/110 3N 380V 71A 柜 1.3 柜内安装
HI2000-200/140 3N 380V 94A 柜 1.3 柜内安装
HI2000-200/170 3N 380V 101A 柜 1.3 柜内安装
HI2000-300/50 3N 380V 49A 柜 1.3 柜内安装
HI2000-300/75 3N 380V 75A 柜 1.3 柜内安装
HI2000-300/110 3N 380V 105A 柜 1.3 柜内安装
HI2000-300/140 3N 380V 126A 柜 1.3 柜外附装 2柜内
HI2000-300/170 3N 380V 152A 柜 1.3 柜外附装 2柜内
HI2000-450/50 3N 380V 71A 柜 2 柜外附装 柜内
HI2000-450/75 3N 380V 115A 柜 2 柜外附装 或柜内
HI2000-450/110 3N 380V 160A 柜 2 柜外附装 或柜内
HI2000-450/140 3N 380V 184A 柜 2 柜外附装
HI2000-450/170 3N 380V 226A 柜 2 柜外附装
HI2000-600/50 3N 380V 97A 柜 2 柜外附装 或柜内
HI2000-600/75 3N 380V 150A 柜 2 柜外附装 或柜内
HI2000-600/110 3N 380V 213A 柜 2 柜外附装
HI2000-600/140 3N 380V 260A 柜 2 柜外附装
HI2000-600/170 3N 380V 302A 柜 2 柜外附装
HI2000-450/50 3N 380V 71A 柜 2 柜外附装 柜内
HI2000-450/75 3N 380V 115A 柜 2 柜外附装 或柜内
HI2000-450/110 3N 380V 160A 柜 2 柜外附装 或柜内
HI2000-450/140 3N 380V 184A 柜 2 柜外附装
HI2000-450/170 3N 380V 226A 柜 2 柜外附装 或柜内
HI2000-600/50 3N 380V 97A 柜 2 柜外附装 或柜内
HI2000-600/75 3N 380V 150A 柜 2 柜外附装
HI2000-600/110 3N 380V 213A 柜 2 柜外附装
HI2000-600/140 3N 380V 260A 柜 2 柜外附装
HI2000-600/170 3N 380V 226A 柜 2 柜外附装
HI2000-450/250 3N 380V 335A 柜 2 柜外附装
表
2 HI2000/2系列同步电机励磁柜设备的规格的外型尺寸见下图2。






A
A






BB


C C


柜1：A=2200MM B=800MM C=600MM
柜2：A=2200MM B=1000MM C=600MM
柜3：A=2000MM B=900MM C=600MM
特殊柜：A=2200MM B=1200MM C=600MM

图2



作原理
系统工作原理框图如下图3：

波动恒定负载HI2000型
冲击负载HI2000型


380V 灭磁电路

定子电源
整流变压器 晶闸管整流

电源同步变压器 触发电路 投 励 投全压


电压负反馈 给定移向 停机逆变

电流负反馈 失步保护

无功补偿
图——3
同步电动机起动过程中，灭磁环节工作，使转子感应交变电流两半波都通过放电电阻，
保证电机的正常起动。起动过程中，整流电路晶闸管处于阻碍断状态，当电机起动到亚步速时（转差5%）投励环节自动发出投励脉冲，使触发环节发出脉冲到主电路晶闸管上，于是投入励磁，同步电动机进入同步运行。
电压负反馈环节将设备直流侧引入的电流信号反极性与给定信号综合，保证电网电压波动时，整流输出励磁电流保持不变，以实现对电机的恒定励磁（或采用电流负反馈）。
逆变环节的作用是当电机正常停车时，向触发环节加入一控制信号，使主电路晶闸管从整流状态立即转入逆变状态，以保证电机转子的顺利灭磁。
投全压环节是为电机降压起动设置的，此环节组成与投励环节相同，并取自同一的转子电压信号。该环节发出的脉冲通过微机处理器控制电机定子侧的全压开关，使其按设定的转子滑差值准确动作。
HI2000型设备除了具备以上特征以外，无功补偿环节检测同步电动机有功电流信号，用在负载增加时实现自动增磁，使冲击负荷的同步电动机以输出较稳定的无功电流运行。
1、主电路简介
⑴主电路采用三相全控桥式整流线路，改变全控桥上晶闸管元件的控制角，就可得到不同值的直流输出电压。当同步电动机正常停车或故障停机时，由逆变环节提供的控制信号使全控桥工作在“逆变”状态，这样可避免电机停车由于转子电感放电所造成的“续流”或“颠覆”状态。







三相全控桥由“整流”状态停车后变为“逆变”状态的波形变化过程如下图4：


转子电感经三相全控 完全经放电电
励磁电流 正常励磁 桥及放电阻RFD1-2 阻RFD1-2放电
波形
回路放电

经放电电阻
励磁电压 RFD1-2放电
波形

停 车


三相全控桥“逆变”三相全控桥

“逆变”结果
图——4
⑵直流电压表V与放电电阻RFD1、RFD2串联接于整流桥的输出端作为整流电压的测量。电压表V同时跨接于灭磁晶闸管VT4—1/VT4—2与硅整流元件VD1两端对它们起监视作用。
⑶直流电流表A串接于励磁回路内，投入励磁后指示出励磁电流值。
2、保护电路
⑴过电压保护采取以下措施：
同步电动机异步运行时，转子感应过电压由灭磁环节将放电电阻RFd1—2接入，消除开路过电压。
由R1、R2、R3、和C1、C2、C3组成的阻容吸收装置及压敏电阻RU1、RU2、RU3抑制整流变压器ZB一次侧分、合闸引起的操作过电压。
主电路晶闸管元件的换向过电压由并接于元件两端的阻容电路R11、R21、R31、R41、R51、R61和C11、C21、C31、C41、C51、C61。
⑵过电流保护采取以下措施：
与晶闸管元件串联的快速熔断器FU1、FU2、FU3是作为直流侧短路时元件本身短路保护用快熔熔断器时，“保护”环节动作，发出声、光报警信号，送出接点可跳开同步电动机定子侧电源开关，切断励磁。
短路电流发生在ZB二次侧时，其一次侧空气断路器脱扣器瞬动，切断电源。
直流侧过负荷时，空气断路器脱扣器动作，但整定值应保证强励磁30秒内不动作。
3、集成化控制单元电路简介







⑴灭磁环节：
同步电动机起动过程中，转子励磁绕组的感应交变电压在一个周期的波形变化如下图5所示：

转子开路感应放压峰值

转子开路时的 转子接入放电
灭磁可控硅道 感应电压波形 电阻RFD1-2
通开放电压 感应电压波形


经RFD1—2
经RFD1—2 灭磁可控硅 转子接入放电电阻RFD1—2感应电压峰值
GZ起动半波起动半波

图——5

同步电动机起动后至投入励磁前的这一段时间内，全控桥上晶闸管处于阻断状态。在起动过程中，转子励磁绕组所感应出的交变电压，开始此电压未达到灭磁晶闸管的整定导通电压，相当于励磁绕组开路起动，感应电压急剧上升，当感应电压瞬间值上升至灭磁晶闸管贩导通电压时，VT4—1、VT4—2导通工作，接入放电电阻，直至此半波结束，灭磁晶闸管阳极电压过零而自行关断。
调节电位器即可改变VT4—1的导通电压值。灭磁检测接点闭合时，在较低的直流输出电压下，灭磁晶闸管即可导通，可以检测灭磁环节正常与否。必须注意在较低的直流输出电压下（小于100V）检测（且时间不宜过长）。
灭磁晶闸管导通电压，亦可采用分段式控制。在启动时由继电器接点短接，使用较低导通电压。同步速运行时，接点断开，实现较高导通电压。
⑵触发环节：
采用高集成度专用芯片构成三相全控桥触发电路并通过功率放大，可以可靠触发1000A以内的晶闸管。
⑶移相环节：
采用集成运算放大器构成移相电路，给定信号，反馈信号经运算放大综合放大后，以控制集成触发电路输出脉冲的移相角。
⑷投励环节：
同步电动机在整个过程中，其转子感应交变电压的频率是随着转子的加速而变化的。转速越高，感应交变电压的频率越低，电机刚起动瞬间转子感应电压频率与定子回路电网频率（F1）相同为50周，而到达任一转差（S）时的转子感应电压频率（F）为：
F=F1*S=50*S
当同步电动机加速至亚同步速时，转差S=0.05，此时转子感应电压频率为：
F=50*0.05=2.5（周）
一个周期为：
T=1/F=1/2.5=0.4（秒）
电机进入亚同步转速时，微处理器接受到电压频率为2.5周的转子感应电压顺极性（感应电流方向与励磁电流方向相同）信号时，控制发出触发脉冲，经厚膜后送主电路晶闸管，从而投入励磁。将同步电动机拖入同步运行。
按转子滑差顺极无接点投励环节有关电器元件在同步电动机起动过程中的波形见如图6所示：
同步电动机感应交变电压波形
起动过程
转子
电压波形 t
投励

光耦输出
波形 t



滑差检测
输入波形 t


投励控制
波形
t
图——6


⑸自动投入全压环节
其控制原理与投励环节相同。同步电动机降压起动至同步转速的90%左右时，微处理器输出高电平接通继电器。从而控制同步电动机定子回路的全压开关合闸，电机加速起动，进入亚同步速时，投励环节动作，投入励磁。
同步电动机采用降压起动方案时，需注意以下问题：
电机拖重负荷起动时，应先给全压后投入励磁。
电机拖轻负荷起动时，如电机在降压起动过程中有足够起动转矩拖至亚同步转速，先给全压后投励或先投励后给全压都拖入同步运行。如在降压起动过程中起动转矩不足，不能加速至亚同步速，则需地电机起动至力所能及的转速下给全压，电机加速起动至亚同步速成时投入励磁，拖入同步。
降压起动至全压使电机加速起动称为“二次起动”，二次起动应在电机降压起动至较高转速下进行，否则将引起电网的过大冲击，转子感应交变电压增高，并引起二次起动电流过大，过流跳闸，造成电机起动失败。
⑹停车逆变环节
同步电动机定子回路断电正常停车或事故停车，三相全控桥交流电源不得断电，主电路晶闸管控制角从原来的小于120°，突变为大于120°，小于180°，三相全控桥即由“整流状”变为“逆变”状态。
工作原理是：当执行程序检测到油开关分闸信号时，自动将移相脉冲推至逆变区。
⑺无功补偿环节
拖动冲击负载的同步电动机当负载增加仍为恒定励磁时，其输出无功电流减少，超过额定负载时减少的更为严重，甚至变为从电网吸收感应无功电流，这不利于电机运行和电网电压的稳定，冲击负载的大型同步电动机对电网影响大，需要按照电机负载的大小，自动调节励磁。
HI2000设备用无功补偿电路检测同步电动机定子回路有功电流信号，用来在负载增加时实现自动增磁。使冲击负载的同步电动机以输出稳定的无功电流运行。
无功补偿电路输出电压平均值与同步电动机定子有功电流成比例，经双T桥滤波取得此环节输出电压，与移相给定综合控制触发环节进行励磁自动调节。
⑻快熔熔断保护环节
主电路快速熔器熔断时，FA输入保护电路，使故障继电器KM2吸合，发出声、光报警信号，还可以根据需要切断同步电动机定子电源。
四、整定调试方法
1、灭磁环节
⑴灭磁晶闸管导通电压值的整定：
灭磁可控VT4—1、VT4—2导通电压的有效值分别大于整流变压器ZB二次侧线电压的
有效值，即：
0.5UT≥UK≥K10*K11*Uem>=K10*K11*Ue>1.1*1.35*2Ue>≥1.1*1.35*2′′2Ue式中：
UT：可控硅耐压值； Uk: 可控硅VT4—1或VT4—2分别整定的导通电压有效值；
Uem: 整流变压器ZB二次侧线电压峰值； Ue：整流变压器ZB二次侧线电压有效值；K10：电网电压升高系数取1.1； K11：可靠系数取1.35。
设备额定整流电压值为250V的产品，VT4—1、VT4—2导通电压的有效值应为：
UK=1.6Ue*2/2
(这一电压等级的设备去掉了熄灭线，所以其整定值的选取与其它不一样)。
其它电压等级如下表二（参考值勤）：
整 流 变 压 器
二 次 线 电 压 有 效 值 VT4—1、VT4—2分别整定的导通电压
工频有效值（V） 峰 值（V）
50V 106 150
75V 160 225
110V 233 330
140V 297 420
170V 360 510
250V 280 396
表二
⑵接线与调试设备如下图7所示：
⑶调试方法
照上图7接线，切除励磁柜交流电源，用不小于2.5m2的导线将一支灭磁晶闸管短接。示波器接至灭磁电路对应端（示波器外壳接地线必须解除）。
合刀开关K，调节TB二交侧电压至1V，示波器出现图8（A）波形即正常。后缓慢上升TB，输出电压至灭磁晶闸管的整定导通电压，调节电位器，使示波器出现图8（B）波形，即表示灭磁晶闸管已导通（此种状态不可持续过长），然后微降TB输出电压，又出现图8（A）波形，表示晶闸管已关断。将TB输出电压降至60V左右再检测灭磁，示波器波形又出现图8（b）波形（时间不要过长）。
将开关切断，将短接线改接另一支灭磁晶闸管元件，按上述方法调定后锁紧电位器。
2、三相厚膜POWERSEM及逆变调整。



灭磁可控
硅导通时 灭磁可控硅管压降
GZ管压降的峰值

90° 90° 180°

灭磁可 GZ阳极
控硅极 正半波灭磁可控硅没导通
为正半 灭磁可控硅导通
波

图——8A 图——8B



按下图9接入放电电阻，假负载电阻
— +
RFD RFD
RFD2 RFD1






假负载电阻

图——9


将面板上转换开关打开到“调定”位置，合闸后装置应无输出电压。此时观查触发电路的同步电压梯形波及锯齿波，锯齿波切顶位置应在停车“逆变”状态下，等于145度左右，调节“电压调节”电位器PW，电压V、电流A应均匀上升，用示波器观察直流输出电压波形是否对称。
如设备送电后，PW在起始位置即有输出电压，或调节PW时，电压表跳跃上升并有时跌落，即为三相电源相序与设备内部不同引起，应切断电源，将三相电源相序校好。
3、电压负反馈自动保证恒定励磁调整（出厂调试）。
按图接入交流电源，放电电阻及假负载电阻同上。
⑴断开空气开关，用TB三相调压变压器接入三相交流电源、电压调至380V。
⑵调节设备输出电压至额定值的100%（出厂调试）或同步电动机运行励磁电压值（现场调试）。
⑶改变TB输出电压为380V的80—105%，直流电流表A读数波动不应大于原先调定值的10%。
⑷如达不到以上要求，可调节电压反馈上电位器，重复上述调试过程，直至满意为止。
4、最大整流电压值调整：
接线图同上，按下步骤调整：
⑴将比例电位器调至阴值适中位置。
⑵调节面板电位器W至最大值，用示波器观察输出电压波形。
⑶如输出电压不能至最大值，逐步增大电位器阻值，直到整流电压接近110%额定值。
⑷调节PW，整流电压应能从零至110%额定值连续平滑调节。
5、给同步电动机转子送电流试验：
先在转子上绕组上串接负载电阻，供电后，检查风机风向，输出电压波形及电压指示，正常后解除假负载电阻，调节输出电压、电流到接近额定值（时间不可过长），正常后全部高度完成。
系统试车程序
1 注意事项：
⑴ 同步电动机铭牌所标励磁电压、电流数值不得大于本设备额定值。
⑵ 用电桥测量同步电动机转子励磁绕组直流电阻值，核对放电电阻RFD1。RFD2，其阴值的和应为转子绕组值的6—10倍。
⑶本设备主电路，控制电路对地绝缘良好。
⑷控制板上电位器经整定后不得随意调动。
⑸同步电动机启动过程中，定子回路不允许断电，例如：采用降压启动方式，降压启动开关的分闸必须在全压启动开关合闸后，否则，将引起误投励。
⑹同步电动机启动过程，不允许用示波器观察转子两端电压波形，避免损坏示波器。
⑺使用中如发现故障，调节失灵，应仔细检查设备内、外有无短路、断路，检查各测试孔波形排除故障后方可继续使用，以免故障扩大。
⑻如需更换晶闸管等元件，应按电气元件表所列规格或元件合格证参数选项配。
⑼本装置出厂附装：产品合格证一份、产品说明书一份。
系统试车
⑴检查设备对外接线是否正确。
⑵交流电源接通。
⑶电源指示灯HL3亮。
⑷接通风机交流接触器KM1或油开关DL，“励磁运行”指示灯HL1亮。
⑸将转换开关放到“调定”位置，风机接触器合闸，“风机运行”指示灯HL4亮，风机起动，风向由下向止。
⑹顺时针缓慢调节“励磁调节”电位器PW，直至“励磁电压”表、“励磁电流”
表指示出同步电动机运行状态下的数值，再将输出电压降至50V左右。
⑺灭磁检测，直流电压表V读数变为零，直流电流表指示不动或增加。退回调定位置，直流电压表V读数复原，再将在励磁电压、电流调至运行时的数值。
⑻拉开同步电动机定子侧离开关，将转换开关放到“允许”位置，现场操作，空投合闸，进行联锁及人为故障试验。
⑼上述程序完成后，可正式试车。

订货与储运
1订货时请明下列各项：
⑴产品名称、型号、规格、数量。
⑵配套电机型号、容量、额定励磁电压、电流值。
⑶其它具体要求。
2 产品的储运
⑴本产品应储存于下列条件：
空气流通、干燥、环境温度小于40度，相对湿度小于85%，无腐蚀性气体，无剧烈振动冲击。
⑵本设备吊运中应注意：
不允许倒置、卧置和剧烈振动、撞击。
充分利用吊环。安装4个吊环的设备不允许用2个吊环承受全部重量。
吊运中，钢丝绳在吊勾处夹角不得大于60度。
七 附图
1 通用型电气有理图
八、外附
1 电气接线图
集控单元说明书
电气元件明细表
联系方式
襄阳赫特电气制造有限公司
地址：襄阳光彩工业园
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