簡介
IEC3系列微機勵磁系統(tǒng)是本公司在IEC2系列的基礎上，針對小型機組開發(fā)的新一代勵磁產(chǎn)品，性價比極高。其軟件控制程序由專業(yè)程序員依據(jù)華中理工大學電力系應用線性最優(yōu)控制理論建立的控制計算模型而編制，系統(tǒng)硬件由我公司具有豐富現(xiàn)場經(jīng)驗的技術工程師進行系統(tǒng)設計，并應用模塊集成工藝制造技術，完成裝置的設計和制造，具有運行可靠、性能優(yōu)良、操作簡單和功能完備的特點，產(chǎn)品通過部級鑒定，數(shù)十臺套成功投入現(xiàn)場運行，深受用戶好評。
手冊中所舉的一些數(shù)據(jù)系基本配置，裝置可根據(jù)用戶不同的機組參數(shù)進行相應設置。如有不同要求，用戶可以填寫《IEC智能勵磁控制器設計機組參數(shù)征詢表》，裝置程序軟件將按用戶參數(shù)要求進行設置。
概述
IEC3勵磁系統(tǒng)為單柜加外置勵磁整流變的自并勵系統(tǒng)，在一個標準的柜體中，優(yōu)化布置了除勵磁整流變外的最小勵磁系統(tǒng)所必須的全部器件，主要包括：一套全自動的SOC型智能勵磁控制器(包含16位數(shù)碼多參數(shù)顯示人機界面)，一套三相全控整流橋，一套線性滅磁單元，一套直流電源起勵單元。采用線性最優(yōu)控制的現(xiàn)代控制技術，以“力求功能完備，運行可靠性高、檢修維護方便、運行操作簡單”為設計思想，不但具有常規(guī)模擬式勵磁調節(jié)器的全部調節(jié)、控制功能，而且具備常規(guī)模擬式勵磁調節(jié)器沒有的許多參數(shù)顯示、與上位機通訊、與PC機接口調試等功能，是各種小型同步發(fā)電機理想的勵磁控制系統(tǒng)，可滿足無人職守的要求。
§1-1 系統(tǒng)組成
IEC3勵磁系統(tǒng)為微機型可控硅全控整流自并勵磁系統(tǒng)，電路原理框圖（略）．系統(tǒng)由同步發(fā)電機、并聯(lián)勵磁整流變壓器、微機勵磁控制器、可控硅全控整流橋、線性滅磁單元、直流起勵單元、機端電壓電流互感器組成。
供貨設備包括了除同步發(fā)電機、機端電壓電流互感器以及高壓熔斷器等基本勵磁系統(tǒng)必需的全部其它勵磁設備。
§1-2 系統(tǒng)工作過程
IEC3自并勵磁系統(tǒng)工作狀態(tài)主要分起勵、空載和負載三種工作狀態(tài)。自并勵可控硅勵磁系統(tǒng)的起勵主要依靠初勵電流完成。同步發(fā)電機在原動機帶動下旋轉后會產(chǎn)生一定的殘余輸出電壓，由于整流單元的可控硅元件有一定的導通壓降，當這個殘壓較低時，就不能保證同步發(fā)電機的自激起勵，必須依靠初勵電流建立一個低的輸出電壓保證可控硅元件可靠導通，完成同步發(fā)電機建壓過程。IEC3自并勵磁系統(tǒng)依靠廠用直流合閘電源經(jīng)起勵單元提供初勵電流，同步發(fā)電機起勵時自動投入，當機端電壓達到10%時自動解除。
起勵后，同步發(fā)電機可按需要穩(wěn)定運行在30%--110%額定機端電壓或10%--110%額定轉子電流的任一空載狀態(tài)，以方便完成發(fā)電機的并網(wǎng)過程。
發(fā)電機并網(wǎng)后，可按恒機端電壓或者恒轉子電流或者恒無功功率之一方式自動運行。
§1-3 設計特點
IEC3勵磁系統(tǒng)有五個主要設計特點：
1.3.1 定子電壓和定子電流交流采樣
發(fā)電機定子電壓和定子電流經(jīng)PT和CT副方轉換、濾波以后直接進入智能A/D采樣單元，微機系統(tǒng)依此計算發(fā)電機定子電壓VF、定子電流IF、有功功率P、無功功率Q、省去了模擬式變送器這種中間環(huán)節(jié)，簡化了外圍硬件，提高了響應速度和運行可靠性。
1.3.2 同步回路斷線保護
獨特的同步電路設計，保證了同步信號穩(wěn)定、可靠。主要表現(xiàn)在以下兩個方面：
其一、在發(fā)電機電壓從殘壓到130%額定電壓范圍內變化，同步方波始終穩(wěn)定；
其二、同步回路無論是在同步變壓器原方還是在副方發(fā)生一相斷線故障，都能保證發(fā)電機在原工況穩(wěn)定運行，不受影響。
1.3.3 調節(jié)規(guī)律采用最優(yōu)線性控制技術
線性最優(yōu)控制技術是目前應用較為成熟的控制技術之一，試驗及研究表明，對同步發(fā)電機實行最優(yōu)勵磁控制，能提供合適的阻尼，抑制低頻振蕩，大幅度提高機組靜穩(wěn)定極限，并改善動態(tài)品質。使控制器具有優(yōu)于電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）的功能。
1.3.4 精密的可控硅導通角控制技術
采用全數(shù)字可控硅導通角控制技術，應用多個16位可編程計數(shù)器，完成可控硅導通角、60度角、脈沖寬度角的精密數(shù)字延時，具有精密、穩(wěn)定、可靠，不受器件參數(shù)變化影響的特點。
1.3.5 顯示信息豐富、直觀，調試維護方便
設有豐富的運行參數(shù)顯示功能和專用的調試單元。在調試時只需引入三相試驗電源，就能全面檢測裝置的工作狀態(tài)。這種設計特點獨樹一幟，不僅顯示信息豐富、直觀，而且給裝置的全面調試和日常維護帶來極大方便。
§1-4 最優(yōu)勵磁控制原理簡介
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計算表明，KP、 K、KV的值是隨著發(fā)電機運行點改變而變化的，本裝置分四段處理變增益控制。
試驗研究及計算表明，對于不同的機組參數(shù)，算出的最優(yōu)反饋增益比較接近，特別是KV值很接近，機組與電力系統(tǒng)間聯(lián)系電抗的大小對最優(yōu)反饋增益影響不大。因此本裝置對于不同電站的機組參數(shù)具有通用性。
§1-5 系統(tǒng)自動控制原理
智能微機控制器不斷地對發(fā)電機定子三相電壓及定子三相電流進行交流采樣，從而計算出發(fā)電機端電壓Vt，定子電流I，有功功率P，無功功率Q的當前值，此外采樣勵磁電流當前值，測量并計算機組頻率當前值等。
裝置采用數(shù)字移相技術確定可控硅觸發(fā)角。數(shù)字移相觸發(fā)是把算出的控制角a折算成對應的延時ta，再折算成對應的計數(shù)脈沖個數(shù)Na． �。ü铰裕�
在同步電壓的自然換流點，同步方波引起中斷，作為計時起點。CPU響應中斷后將Na送入計數(shù)器，時間一到立即輸出相應的觸發(fā)脈沖。微機輸出為六路雙窄脈沖（脈寬0.08mS，可調），經(jīng)前置放大及切換電路到脈沖放大部分，去觸發(fā)相應的可控硅。
§1-6 主要功能
1.6.1 兩種起勵方式
a). 按設定的勵磁電流起勵；
b). 按設定的機端電壓起勵；
1.6.2 兩種運行方式
a). 恒機端電壓運行；
b). 恒勵磁電流運行；
1.6.3 空載過壓保護
1.6.4 運行參數(shù)顯示及控制參數(shù)整定
1.6.5 與上位機、PC機通訊，具有運行狀態(tài)指示、運行參數(shù)顯示
1.6.6 具有完備的信號報警功能
§1-7 主要性能指標
1.7.1 自并勵殘壓起勵
100%殘壓起勵，超調量不大于5%、振蕩1次，起勵時間可調；
1.7.2 自并勵逆變滅磁
滅磁時間小于3s，滅磁過程穩(wěn)定可靠、無顛覆；
1.7.3 機端電壓手動調節(jié)速度
0.5%—0.9%Ugn/s；
1.7.4 電壓/頻率特性
頻率每變化1%，機端電壓變化不大于額定值的0．10%；
1.7.5 10%階躍響應
無超調、無振蕩，調節(jié)時間小于1s；
1.7.6 發(fā)電機端電壓靜差率 0.1%；
1.7.7 發(fā)電機調壓精度 0.2%；
1.7.8 發(fā)電機甩額定負荷
電壓超調10%，振蕩一次，調節(jié)時間小于4s；
1.7.9 可控硅控制角移相范圍
軟件設定，15 — 120可調；
1.7.10 A/D轉換分辨率 212
1.7.11 調差率
0 — 30%可調；
1.7.12 機端電壓手動調節(jié)范圍
空載：10% — 115%可調；
負載：70 %— 110%可調。
1.7.13 勵磁電流手動調節(jié)范圍
空載：5% — 65%；
負載：30% — 110%。
1.7.14 發(fā)電機無功手動調節(jié)范圍
-80% — 130%
1.7.15 勵磁系統(tǒng)響應時間
34mS--電力系統(tǒng)短路到強勵頂值總時間。
§1-8 適用范圍
IEC3勵磁系統(tǒng)適用于1000kW以下自并勵磁的發(fā)電機組。
§1-9 使用環(huán)境
1. 使用地點的海撥高度不大于2000米。
2. 環(huán)境溫度為-40～45℃
3. 環(huán)境相對濕度≤90％；
4. 裝置周圍環(huán)境應保持干燥、清潔、通風良好，無爆炸、腐蝕性氣體，所含導電塵埃的濃度不應使絕緣水平降低到允許值以下。
第二章、勵磁控制單元介紹
IEC3勵磁系統(tǒng)控制單元采用工業(yè)控制用十六位微型處理器作為核心部分，配以必要的外圍硬件構成智能控制器。勵磁控制單元由五部分組成：①、SOC微機控制器；②、測量輸入變換部分；③、電源部分；④、開關量輸入/輸出部分；⑤、脈沖切換部分。
§2-1 SOC微機控制器（圖略）
SOC微機控制器采用ATMEL公司的AT89S52八位單片機，采用PLC外形結構，具有小型化、模塊化等特點。在機械強度、抗干擾能力等方面具有優(yōu)越性。
2.1.1 單元介紹
SOC控制器采用兩片AT89S52八位單片機，一片用于智能脈沖管理，另一片用于勵磁調節(jié)采樣計算控制。具有雙通道的V/F變換電路，一通道用于采樣勵磁電流，另一通道用于采樣陽極電壓。
SOC控制器通過采樣勵磁電流，進行PID調節(jié)，完成恒勵磁電流控制功能，同時通過采樣陽極電壓，間接測量機端電壓，實現(xiàn)發(fā)電機過壓保護功能。
2.1.2 性能參數(shù)
a) 靜態(tài)RAM： 512字節(jié)，為常規(guī)內存；
b) 不掉電RAM： 512字節(jié)，存放裝置的事件記錄數(shù)據(jù)；
c) EEPROM： 16K字節(jié)，固化勵磁控制軟件；
d) 定時/計數(shù)器： 6個16位；
e) 兩級中斷控制： 可管理32個中斷源；
f) 開關量輸入口： 6個光電隔離口；
g) 開關量輸出口： 7個光電隔離功率輸出口，具有24V/200mA的驅動能力；
h) 模擬量輸入口： 2個V/F采集口；
i) 串行通信接口： 2個。
2.1.3 主要特點
a) 采用雙單片機，有較高的數(shù)據(jù)處理速度，控制周期短，實時性強，性能好；
b) 模擬量輸入口、數(shù)字量輸入輸出口均采用高速光電隔離器隔離，具有很高的抗干擾能力。
c) 電路簡潔，功能完備，有很高的性價比。
d) 全數(shù)字可控硅導通角控制，可控硅導通角精密數(shù)字延時，具有穩(wěn)定、可靠，不受器件參數(shù)變化影響的特點。
2.1.4 適用范圍
SOC控制器具有恒勵磁電流控制功能，主要用于勵磁控制裝置的控制系統(tǒng)使用。
2.1.5 外形尺寸
208mm135mm48mm
§2-2 電氣參數(shù)測量部分
IEC3勵磁系統(tǒng)的勵磁測量信號較為完善，有發(fā)電機三相定子電壓V、三相定子電流I、有功功率P、無功功率Q、母線電壓Vs、轉子電流If、機組頻率f等，但測量電路卻非常簡單。
IEC3勵磁系統(tǒng)采用直接測量和間接測量兩種方式。
直接測量是指將電氣量通過硬件通道直接送到微機，進行A/D轉換的測量方式；間接測量是指根據(jù)直接測量的電氣量，用數(shù)學計算的方法利用微機進行軟件處理的測量方式。
2.2.1 電氣參數(shù)直接測量部分
直接測量的電氣信號包括三相定子電壓V、三相定子電流I、母線電壓Vs、轉子電流If。
三相定子電壓輸入范圍為AC 0-150V，三相定子電流輸入范圍為AC 0-5A，母線電壓輸入范圍為AC 0-150V，轉子電流輸入范圍為DC 0-75mV。
定子電壓、定子電流、母線電壓的測量輸入經(jīng)過微型電壓電流互感器轉換隔離后，送入有源濾波電路濾波，再送入SOC微機控制器的A/D轉換口進行交流采樣。
轉子電流取分流器上的信號，經(jīng)傳感器隔離和濾波后再送入SOC 微機控制器的A/D轉換口進行直流采樣。
在測量變換濾波單元上還設置有同步信號整形及變換電路。同步電壓的信號源取自機端電壓互感器的副方，經(jīng)微型電壓互感器降壓、RC電路濾波、比較電路整形為三路120同步方波，送入微型計算機，作為同步中斷信號。
2.2.2 電氣參數(shù)間接測量部分
間接測量的電氣參數(shù)包括有功功率P、無功功率Q和機組頻率f。
a.) 有功功率和無功功率測量
交流采樣定子電壓和定子電流，可以計算出兩者的復數(shù)形式，從而可以分別計算出有功功率P和無功功率Q，即實踐表明，計算出的有功功率和無功功率的精度足以滿足現(xiàn)場的實際要求。
b.) 機組頻率測量
對機組頻率的測量采用了數(shù)字測頻方法。即利用同步方波中斷，通過計數(shù)器計數(shù)，可獲得發(fā)電機組頻率的當前值。
§2-3 電源部分
電源部分由工控電源和脈沖放大電源組成。電源采用交直流輸入方式。外部輸入電源為廠用電AC220V。
工控機電源采用獨立的高性能開關式直流穩(wěn)壓電源，電源等級為： +24V/1A（不共地）。其中+24V的電源用作DC24V內部繼電器的操作電源和脈沖變壓器的電源。
第三章 其它硬件介紹
§3-1 全控整流單元
IEC3勵磁系統(tǒng)采用了一套三相全控整流單元，由三只平板型可控硅，五只快速熔斷器，六只專用脈沖變壓器組件，RC換相尖峰吸收電路，兩個低噪音軸流風機，陽極開關及分流器等組成。
三相全控整流單元采用優(yōu)化的結構設計，緊湊清晰，維護方便。
可控硅觸發(fā)為雙脈沖觸發(fā)，采用高隔離的專用脈沖變壓器組件，驅動電流小于20mA，輸入輸出隔離電壓可達萬伏，同時還能將觸發(fā)脈沖擴展為高頻脈沖列，使可控硅觸發(fā)更為快速可靠。專用脈沖變壓器組件上有電源和脈沖輸出指示，運行中可很方便的監(jiān)視6個脈沖輸出情況，系統(tǒng)故障可及時發(fā)現(xiàn)故障原因。
§3-2 線性滅磁單元
IEC3勵磁系統(tǒng)采用線性滅磁技術，線性滅磁單元由滅磁開關、滅磁開關操作回路、線性滅磁電阻等組成。
§3-3 起勵單元
對于新發(fā)電機或停機時間較長的情況，發(fā)電機剩磁小，殘壓較低，同時由于可控硅整流壓降大，自并勵磁系統(tǒng)將不能自激建壓，必須依靠起勵單元才能起勵。
IEC3勵磁系統(tǒng)的起勵單元由廠用直流操作電源供電，由自動開關、起勵接觸器、隔離二極管、降壓電阻等組成。
起勵單元只提供一個較小的初始勵磁電流，同時微機控制器將根據(jù)發(fā)電機殘壓大小情況，自動控制起勵單元是否投入，以及何時投入，何時切除。
第四章 軟件簡介
§4-1 軟件組成及編程語言
IEC智能勵磁控制器的軟件包括：主程序，中斷服務程序，智能A/D程序，控制量計算程序，各種功能程序，開關量及鍵盤命令程序，通信跟蹤程序，診斷程序，通用子程序等。軟件采用模塊結構，易于調試、修改及擴充。
SOC系統(tǒng)的軟件，采用Intel8086匯編語言編寫。智能式同步采集A/D板，由AT89C52單片機管理，采用8031匯編語言編程。
§4-2 軟件工作流程
IEC系列智能勵磁控制器的控制、保護、限制等功能，分別由主程序和中斷服務程序實現(xiàn)。有實時性要求的功能模塊，在中斷服務程序中完成，其余由主程序執(zhí)行。
4.2.1 主程序工作流程
其粗略框圖見圖：（略）
4.2.2 中斷服務程序工作流程
中斷服務程序包括：同步信號中斷，a角中斷，60中斷及脈沖寬度中斷。
4.2.3 同步信號中斷
程序框圖見圖：（略）
4.2.4 a角中斷
角中斷程序框圖見圖：（略）
其他程序框圖不一一列舉。可以來電索取資料．
4.2.5 其他程序模塊的工作流程
主要包括：起勵程序；角計算程序；基準值增加程序；基準值減少程序；低勵限制程序等。
現(xiàn)舉起勵程序為例，其工作流程見框圖（略）
本套軟件設計緊湊，每10ms可完成控制運算，更新控制角a。
第五章 功能說明
§5-1 自動起勵
起勵方式由SOC控制器面板上的“方式”按鍵選擇。微機上電后處于等待狀態(tài)，當接收到開機令和檢測到95%轉速的頻率信號，則按事先選擇的起勵方式自動起勵。如果未選擇起勵方式，則自動按照Ug方式起勵升壓至100%機端電壓。
在自并勵方式或帶直流勵磁機勵磁方式下一般可殘壓起勵。如果發(fā)電機殘壓太低，則自動投入起勵電源助磁，如果經(jīng)5秒鐘后起勵未成功，則報起勵失敗信號并停發(fā)觸發(fā)脈沖。由運行人員檢查起勵回路及可控硅整流電源。再次起勵前，需按“滅磁”按鈕清除起勵失敗標志。
§5-2 逆變滅磁
發(fā)電機處于空載運行狀態(tài)，如需要手動逆變，可按面板上的“滅磁”按鈕。如果發(fā)電機已并網(wǎng)運行，則自動封鎖“滅磁”按鈕，“滅磁”按鈕無效。
第六章、安裝、調試、使用與維護
§6-1 設備的安裝注意事項
（1）設備安裝周圍空氣相對濕度不大于85%（20 o C±5 o C時）。
（2）設備周圍應無腐蝕性氣體，導電塵埃。
（3）交直流控制電源接線必須可靠，且導線容量一定要達到要求。交流電源為單相220V，選用1.5mm2多芯軟銅線，直流控制電源為220V，選用1.5mm2多芯軟銅線，直流合閘電源為220-240V，選用2.5mm2多芯軟銅線。
（4）勵磁柜與整流變壓器的連線必須正確，保證相序相別正確，導線截面必須大于120mm2。
（5）勵磁柜與轉子回路的連線必須正確，保證極性正確，導線截面大于180mm2。
（6）勵磁柜頂部空間必須大于300mm，勵磁柜后部空間必須大于500mm，確保柜體四周空氣流動順暢。
§6-2 現(xiàn)場調試
IEC3勵磁系統(tǒng)在生產(chǎn)和出廠時已做過精密調試，對于內部基準，現(xiàn)場一般不須再調整。
對于安裝完后的現(xiàn)場調試，主要是為了檢查系統(tǒng)的連接是否正確，可做一個綜合性的小電流調試，以便檢查系統(tǒng)連接的相序、相別是否正確，接線是否牢固可靠。
§6-3 運行操作
6.3.1 面板可操作器件介紹
面板上設置有交流工作電源開關K1，風機手動開關K2，無壓起勵開關ZK2；SOC控制器人機界面設有 “滅磁”按鈕，“方式”按鈕，“確認”按鈕，“起勵”按鈕，“增磁”按鈕，“減磁”按鈕。
6.3.2 柜內可操作器件介紹
柜內設置有陽極開關ZK1。
6.3.3 機組起勵前的準備
合上開關ZK1，合上面板工作電源開關K1，風機手動開關K2位置任選。
6.3.4 起勵滅磁操作
機組起勵前的準備工作完成后，當機組轉速達到95%以上時，按“起勵”按鈕即可使機組起勵到預先設定的機端電壓。
當機組在空載狀態(tài)下，按“滅磁”按鈕即可使機組滅磁。
6.3.5 增減磁操作
當機組在空載狀態(tài)下，按“增磁”、“減磁”按鈕可增減機端電壓。
當機組在并網(wǎng)狀態(tài)下，按“增磁”、“減磁”按鈕可增減機組無功。
§6-4 設備的維護
本裝置可靠性很高，一般不需特別維護，在停機狀態(tài)下，通常僅需作以下常規(guī)檢查：
1．查看各個聯(lián)接部件是否有松動現(xiàn)象；
2．檢查開關及指示燈是否完好；
3．檢查表計指示是否正常；
4．檢查快速熔斷器及控制保險是否完好；
5．清掃灰塵，防止裝置電氣絕緣降低。
如要進行更為細致的檢查，請先詳細了解裝置的電路原理，參照本裝置實驗步驟的有關項目進行各項檢查�，F(xiàn)場非電氣維修人員（未經(jīng)專業(yè)培訓）不要隨意打開機箱，當心觸電傷人。
第七章、數(shù)碼顯示器介紹及操作（略）
