一种同步电机励磁系统的制作方法

1.本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种同步电机励磁系统。


背景技术：

2.目前，同步电动机大量采用交流励磁机，这种励磁机定子、转子均采用三相交流绕组，转子安装旋转整流器。这种励磁机结构简单，体积小，完全无刷，可在静止时即可提供励磁，特别适合静态变频启动。但是，这种励磁机的缺点是当三相电源消失或三相晶闸管静态调压器故障时，同步电机将失磁失步停机。


技术实现要素：

3.鉴于上述问题，本发明提出了一种同步电机励磁系统，能够提高同步电机励磁系统的稳定性，避免调压器故障引起的同步电机失磁。
4.本申请通过一实施例提供如下技术方案：
5.一种同步电机励磁系统，包括：冗余plc、第一智能调压器、第二智能调压器和同步电机；所述第一智能调压器和所述第二智能调压器并联后与所述同步电机连接，所述第一智能调压器和所述第二智能调压器均与所述冗余plc连接；其中：所述第一智能调压器，用于在故障时停止工作，并向所述冗余plc发送故障信号；所述冗余plc，用于在接收到所述故障信号时，启动所述第二智能调压器工作。
6.可选的，所述第二智能调压器包括：电流控制器、触发单元和晶闸管；
7.所述冗余plc，具体用于在接收到所述故障信号时，生成使能信号；所述电流控制器，用于基于所述使能信号，生成第一控制信号；所述触发单元，用于基于所述第一控制信号，生成第一脉冲信号；其中所述第一脉冲信号用于控制所述晶闸管动作以使所述第二智能调压器工作。
8.可选的，所述第二智能调压器还包括：无功控制器、控制方式选择单元和实际电流测量单元；无功控制器，用于接收冗余plc发送的电气量测量参数，并根据所述电气量测量参数生成偏差信号；所述冗余plc，还用于向所述第二智能调压器发送控制方式以及所述控制方式对应的励磁电流设定值；所述控制方式选择单元，用于确定所述同步电机励磁的的控制方式；所述实际电流测量单元，用于测量所述第二智能调压器的实际励磁电流；电流控制器，用于基于所述励磁电流设定值、所述实际励磁电流、所述偏差信号以及所述控制方式，生成第二控制信号；所述第二控制信号为pid调节控制的控制信号；所述触发单元，用于基于所述第二控制信号，生成第二脉冲信号；其中，所述第二脉冲信号用于控制所述晶闸管动作以调整电流大小。
9.可选的，所述晶闸管为6个；其中，第一相线、第二相线和第三相线分别设置有两个，每个相线上的两个所述晶闸管为反向并联。
10.可选的，所述触发单元包括移相子单元、脉冲形成子单元、脉冲分配子单元和脉冲放大子单元；所述移相子单元，用于基于所述第二控制信号，确定移相角度；所述脉冲形成
子单元，用于基于所述移相角度，生成所述第二脉冲信号；所述脉冲分配子单元，用于将所述第二脉冲信号，分配给6个所述晶闸管；所述脉冲放大子单元，用于对所述第二脉冲信息进行放大。
11.可选的，所述控制方式选择单元确定的所述控制方式包括：功率因数控制、电压控制以及无功控制。
12.可选的，还包括电压互感器、电流互感器和智能电量测量单元；所述电压互感器，用于将供电电压转换为测量电压；所述电流互感器，用于将供电电流转换为测量电流；所述智能电量测量单元，用于基于测量电压和测量电流，获得电气测量参数；其中，所述电气测量参数包括所述同步电机的有功功率、无功功率和功率因数；所述冗余plc，还用于将所述电气测量参数发送给所述电流控制器。
13.可选的，所述智能电量测量单元包括：第一智能电量测量单元和第二智能电量测量单元；所述冗余plc包括：电气量选择单元和输出单元；所述第一智能电量测量单元，用于基于测量电压和测量电流，获得第一电气测量参数；所述第二智能电量测量单元，用于基于测量电压和测量电流，获得第二电气测量参数；所述电气量选择单元，用于从所述第一电气测量参数和所述第二电气测量参数中确定出目标参数；所述输出单元，用于将所述目标参数发送给所述第二智能调压器。
14.可选的，所述电压互感器包括：第一电压互感器和第二电压互感器；所述电流互感器包括：第一电流互感器和第二电流互感器；所述第一电压互感器，用于将供电电压转换为第一测量电压；所述第一电流互感器，用于将供电电流转换为第一测量电流；所述第一智能电量测量单元，用于基于第一测量电压和第一测量电流，获得第一电气测量参数；所述第二电压互感器，用于将供电电压转换为第二测量电压；所述第二电流互感器，用于将供电电流转换为第二测量电流；所述第二智能电量测量单元，用于基于第二测量电压和第二测量电流，获得第二电气测量参数。
15.可选的，还包括：人机接口，所述人机接口用于接收输入的控制方式。
16.本发明实施例提供的一种同步电机励磁系统，包括：冗余plc、第一智能调压器、第二智能调压器和同步电机；第一智能调压器和第二智能调压器并联后与同步电机连接，第一智能调压器和第二智能调压器均与冗余plc连接；其中：第一智能调压器，用于在故障时停止工作，并向冗余plc发送故障信号；冗余plc，用于在接收到故障信号时，启动第二智能调压器工作。由于本发明采用了独立的两路智能调压器，在任一路智能调压器故障时均可由冗余plc启动另一路智能调压器进行工作，提高了同步电机励磁系统的稳定性，避免调压器故障引起的同步电机失磁。
17.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的
附图。在附图中：
19.图1示出了本发明实施例提供的第一种步电机励磁系统的结构示意图；
20.图2示出了本发明实施例智能调压器的结构示意图；
21.图3示出了本发明实施例触发单元的结构示意图；
22.图4示出了本发明实施例提供的第二种步电机励磁系统的结构示意图；
23.图5示出了本发明实施例提供的第三种步电机励磁系统的结构示意图。
24.图标：100
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同步电机励磁系统；11
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冗余plc；12
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输出单元；13
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电气量选择单元；14
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智能电量测量单元；141
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第一智能电量测量单元；142
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第二智能电量测量单元；21
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第一智能调压器；22
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第二智能调压器；31
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控制方式选择单元；32
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电流控制器；33
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触发单元；331
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移相子单元；332
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脉冲形成子单元；333
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脉冲分配子单元；334
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脉冲放大子单元；34
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实际电流测量单元；35
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晶闸管；tv
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电压互感器；ta
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电流互感器；tv1
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第一电压互感器；ta1
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第一电流互感器；tv2
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第二电压互感器；ta2
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第二电流互感器；q1
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空气开关；q2
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高压断路器；sm
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同步电机；km
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交流接触器。
具体实施方式
25.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
26.请参见图1，示出了本发明第一实施例提供的一种同步电机励磁系统100的结构示意图。同步电机励磁系统100，包括：冗余plc(programmable logic controller，可编程逻辑控制器)11、第一智能调压器21、第二智能调压器22和同步电机sm；具体来说，第一智能调压器21和第二智能调压器22并联后与同步电机sm的同步电机交流励磁机连接；第一智能调压器21和第二智能调压器22并联后与同步电机sm连接，第一智能调压器21和第二智能调压器22均与冗余plc11连接，同步电机sm通过第一智能调压器21和第二智能调压器22接入电网，并采用三相电供电。这样第一智能调压器21与第二智能调压器22可组成冗余励磁系统。
27.其中，第一智能调压器21和第二智能调压器22均为智能交流/交流调压器(ac/ac调压器)，例如型号为simotras hd。在系统工作时，第一智能调压器21，用于在故障时停止工作，并向冗余plc11发送故障信号；冗余plc11，用于在接收到故障信号时，启动第二智能调压器22工作。冗余plc11可为s7
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400h。具体的，每一个智能调压器均具有自身故障检测及判断功能，当工作的智能调压器发生故障的时候，故障信号可通过profibus dp(一种通信总线)送往冗余plc11，同时还可通过一个硬接线信号送到冗余plc11，保证线路传输的可靠性。此时，冗余plc11开通另一智能调压器的工作，保证智能调压器可变的三相交流电源不至于中断，保证了同步电机sm不会失磁失步。
28.在本实施中，智能调压器可具有自身故障检测及判断功能，不但能判断自身是否有故障，如晶闸管35是否故障，是否未正确触发，控制部分是否故障；还可以判断智能调压器三相供电电源是否正常，三相电流是否平衡等，上述的判断逻辑均可采用现有技术的实现方案。例如，该智能调压器内含各种自动控制计算功能块，可以组合满足不同的pid(proportion integral differential，比例积分微分)运算，实现励磁各种自动调节要求，
如恒励磁电流、恒无功、恒电压、恒功率因素等励磁控制方式，本实施中不再赘述。
29.进一步的，请参阅图2，第二智能调压器22包括：电流控制器32、触发单元33和晶闸管35，同样的第一智能调压器21也具备与第二智能调压器22的相同结构。冗余plc11，具体用于在接收到故障信号时，生成使能信号，该使能信号可通过do(digit output，数字输出)口传输给第二智能调压器22的di(digit input)口，输出的逻辑信号可为1；对应的，此时第一智能调压器21的输入使能信号为0，对其进行封锁。电流控制器32，用于基于使能信号，生成第一控制信号；触发单元33，用于基于第一控制信号，生成第一脉冲信号；其中第一脉冲信号用于控制晶闸管35动作以使第二智能调压器22工作。
30.在智能调压器启动工作之后，还进行具体的励磁控制。因此，在本实施中的第二智能调压器22还包括：无功控制器，控制方式选择单元31和实际电流测量单元34。无功控制器，用于接收冗余plc11发送的电气量测量参数，并根据所述电气量测量参数生成偏差信号。此时，冗余plc11，还用于向第二智能调压器22发送励磁的控制方式以及每个控制方式对应的励磁电流设定值，可通过profibus dp进行通信。控制方式选择单元31，用于确定同步电机sm励磁的的控制方式，控制方式具体包括：功率因数控制(power factor，pf)、电压控制以及无功控制，其中每种控制方式对应的参数可由电压互感器tv和电流互感器ta测量获得，无功控制器可实现上述的控制方式。实际电流测量单元34，用于测量第一智能调压器21的实际励磁电流，在测量时可测量三相线中的任意两相即可。最后，通过电流控制器32基于励磁电流设定值、实际励磁电流以及控制方式，生成第二控制信号。具体的，基于励磁电流设定值、实际励磁电流、偏差信号以及对应的控制方式进行pid调节控制，从而输出第二控制信号；然后，由触发单元33，用于基于第二控制信号，生成第二脉冲信号；其中，第二脉冲信号用于控制晶闸管35动作以调整电流大小。
31.在本实施例中晶闸管35的数量为6个，第一相线、第二相线和第三相线分别设置有两个，每个相线上的两个所述晶闸管35为反向并联。这样不仅可以开启和关闭智能调压器，还可对有效的控制三相电的幅值，保证同步电机sm的正常工作。具体的，触发单元33包括移相子单元331、脉冲形成子单元332、脉冲分配子单元333和脉冲放大子单元334，如图3所示。移相子单元331，用于基于第二控制信号，确定移相角度；脉冲形成子单元332，用于基于移相角度，生成第二脉冲信号，该第二脉冲信息分为6个脉冲信号，分别对应于6个晶闸管35；脉冲分配子单元333，用于将第二脉冲信号，分配给6个晶闸管35；脉冲放大子单元334，用于对第二脉冲信息进行放大。
32.进一步的，由于在本实施中智能调压器内部有用户自由组态控制功能，将与同步电机sm励磁控制调节有关的环节都放在了智能调压器内部。在确定控制方式后对应的数据可由冗余plc11进行采集和传入。具体的，该同步电机励磁系统100还包括：人机接口(human machine interface，hmi)、电压互感器tv、电流互感器ta和智能电量测量单元14；通过人机接口可接收操作人员对控制模式的选择，例如，冗余plc11接收通过人机接口发来的的励磁控制方式、不同控制方式对应的给定值信号，继而产生唯一一种控制方式及其给定值。此外，通过人机接口也可向冗余plc11输入其他的控制信号。电压互感器tv，用于将供电电压转换为测量电压；电流互感器ta，用于将供电电流转换为测量电流；智能电量测量单元14，用于基于测量电压和测量电流，获得电气测量参数，如图1所示。其中，气测量参数包括所述同步电机sm的有功功率、无功功率和功率因数；冗余plc11，还用于将电气测量参数发送给
电流控制器32，在发送时冗余plc11可将有功功率、无功功率和功率因数当前的实时测量量和对应的设定值传入智能控制器。这样智能控制器就可通过任一控制方式实现对晶闸管35的控制。
33.对于冗余plc11而言，其中设置有电机顺序控制程序，励磁控制程序，上述程序逻辑是本领域技术人员所熟知的，在本实施中不做具体介绍。在plc中设置有输出单元12，该输出单元12用于将plc采集的或获取的数据向智能调压器输出。
34.在本实施中，当正在工作的智能调压器与冗余plc连接的profibus dp通信中断时，冗余plc11能通过通信模块判断通信故障，控制程序通过将使能信号变0，快速封锁这台智能调压器，同时开通另一台智能调压器使能信号，使其工作。这样智能调压器可变的三相交流电源不至于中断，同步电机不会失磁失步，实现对通信故障的识别。
35.为了保证系统的稳定性，在本实施了中的智能电量测量单元14包括：第一智能电量测量单元141和第二智能电量测量单元142，如图4所示。由于具有两个智能电量测量单元14，此时冗余plc11中还设置有电气量选择单元13。具体的，第一智能电量测量单元141，用于基于测量电压和测量电流，获得第一电气测量参数；第二智能电量测量单元142，用于基于测量电压和测量电流，获得第二电气测量参数；电气量选择单元13，用于从第一电气测量参数和第二电气测量参数中确定出目标参数；输出单元12，用于将目标参数发送给第二智能调压器22，这样电流控制器32就可根据实时数据对晶闸管35进行精确的控制。
36.进一步的，由于使用两个智能电量测量单元14仍然存在电路故障的可能，因此在本实施了中针对两个智能电量测量单元14分别设计独立的测量电路，如图5所示，如下：
37.电压互感器tv包括：第一电压互感器tv1和第二电压互感器tv2；电流互感器ta包括：第一电流互感器ta1和第二电流互感器ta2。此时，第一电压互感器tv1，用于将供电电压转换为第一测量电压；第一电流互感器ta1，用于将供电电流转换为第一测量电流；第一智能电量测量单元141，用于基于第一测量电压和第一测量电流，获得第一电气测量参数；第二电压互感器tv2，用于将供电电压转换为第二测量电压；第二电流互感器ta2，用于将供电电流转换为第二测量电流；第二智能电量测量单元142，用于基于第二测量电压和第二测量电流，获得第二电气测量参数。上述的电气测量参数均可通过相互独立的profibus dp送入冗余的plc中。这样在冗余plc11中可通过电气量选择单元13对两个电气测量参数进行识别和选择，保证系统运行的准确性和可靠性。
38.还需要说明的是，在本实施了中冗余plc11的供电电路上设置有高压断路器q2，在每个智能调压器的电路上均设置有带熔断器的空气开关q1和交流接触器km，可保证整个电路的安全可靠。
39.本实施例实现了从信号采样，到励磁调节控制，到励磁功率变换单元的全冗余。可以避免因一路380v低压电源消失引起的电机失磁。在通常情况下，用户往往配置大功率ups(uninterruptible power supply，ups)解决380v低压电源消失引起的失磁故障，但会大大增加成本。同时，由于晶闸管35三相交流/交流调压器是斩波调压，产生大量谐波，大大劣化了ups工作环境，使ups本身的可靠性不高。还能够避免因晶闸管35三相交流/交流调压器故障引起的电机失磁，和因励磁控制系统引起的电机失磁。由于本实施例中采用的智能交流/交流调压器内置了励磁控制所需的所有算法，可以独立完成励磁的调节控制功能，保证整个系统的稳定性。
40.综上所述，本实施例提供的一种同步电机励磁系统100，包括：冗余plc11、第一智能调压器21、第二智能调压器22和同步电机sm；第一智能调压器21和第二智能调压器22并联后与同步电机sm连接，第一智能调压器21和第二智能调压器22均与冗余plc11连接；其中：第一智能调压器21，用于在故障时停止工作，并向冗余plc11发送故障信号；冗余plc11，用于在接收到故障信号时，启动第二智能调压器22工作。由于本实施了采用了独立的两路智能调压器，在任一路智能调压器故障时均可由冗余plc11启动另一路智能调压器进行工作，提高了同步电机励磁系统100的稳定性，避免调压器故障引起的同步电机sm失磁。
41.本文中出现的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系；单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
42.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
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rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
43.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
44.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
45.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
46.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
47.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围
之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。