大型同步電機的自動式控制

? ? ? ?前言同步電機控制系統是由一臺逆變器和一臺同步電機構成的交流變頻調速系統。同步電機的特點是其轉速與電壓頻率保持嚴格的同步關系，所以只要電源頻率不變，同步電機的轉速就保持不變。同步電機就這一特點使其應用廣泛，但是，同步電機也存在起動困難和重載時失步的缺點，這方面的問題在很大程度上限制了它的應用領域。

? ? ? ?隨著電力電子技術和計算機技術的發展，使同步電機在調速領域的應用得到廣泛推廣。變頻裝置作為同步電機的軟起動設備，解決了同步電機起動困難的問題。以微處理器為核心的轉速和頻率的閉環控制，又解決了同步電機的失步問題。
? ? ? ?1自控式同步電機的原理自控式同步電機，是一種通過半導體變流器把電源功率轉變成可變頻率的交流電功率，它與普通同步電機大體相同，多為凸極式結構，轉子上安裝勵磁繞組，由集電環或無刷勵磁方式提供勵磁電流，轉子的位置信號可以由安裝于同步電機的軸上轉子位置檢測器提供，也可以由電子線路通過檢測極機端電壓取得。其基本結構如圖：它與直流電動機相比，其本質是一樣的。所不同的是，直流電機電樞繞組的相數很多，而同步電機一般只有三相；自控式同步電機還必須有位置檢測器；普通直流電機靠機械換向器完成電樞電流換向，而自控式同步電機是通過晶閘管組成的逆變器完成“換向”的。自控式同步電機一般利用電機勵磁磁場在電機定子繞組中產生的反電動勢，使逆變器中的晶閘管在換相新導通的晶閘管可將原導通晶閘管自然關斷，完成電流換相。
? ? ? ?2自控式同步電機基本關系式為了能更好的分析自控式同步電機的基本特性及各基本量之間的關系，用矢量圖進行分析。如下圖：若保證逆變器的晶閘管換相成功，換（相剩余角s必須大于晶閘管關斷時間tf在逆變器中，一般分為空載換相，超前角7.定控制和S恒定控制兩種方法。Y恒定控制在50°C―60°C范圍內，確保逆變換相成功；此控制一般不須對Y進行調整，所以控制簡單，易于實現，可靠性高。但為保證重載下換相成功，Y―般較大，造成轉矩低，轉矩脈動大、功率因數低、電機效率低等缺點。在輕載情況下，尤為嚴重，影響了電機調速性能。電機電磁轉矩為：電流?？紤]了換相重疊角之后的空載換相超前角為：從上可以看出，7對電機調速性能有很的影響，與Y恒定控制相比，S恒定角控制在一定程度上克服了以上缺點。再保證逆變可靠換相的情況下，根據負載的不同，調節Y使其在S恒定的情況下盡可能小，以提高電機效率，改善轉矩性能。S角一般恒定在15 C內，再低速輕載時，由于M和0較小，所以7.何以被控制在40°C以內，甚至更小。但是，要提高S角，就必須通過實時的測量和0大小或根據負載電流的大小計算出和0.從而增加了系統的復雜性。另外，由于突加升速或測量計算誤差均有可能造成換相失敗，降低了系統的可靠性。據電機特性，有當隨負載增大時，在保持磁通、直流電勢恒定的情況下，上式右邊分母將隨負載增大而減小，電機的機械特性出現上翹趨勢。導致調速系統失穩。為了保證系統的穩定運性，需要通過增大勵磁和減小直流電勢的方法進行補償，進一步增大了控制系統復雜性。
? ? ? ?3系統的硬件結構自控式同步電動機調速系統主電路采用交一直一交變頻調速結構，用晶閘管作為功率驅動器件，要求控制系統既能夠實時地處理整流和逆變控制種的各種檢測及反饋信號，又能夠根據工況和運行指令發出相應的控制信號和晶閘管的觸發信號。本控制系統主要以80C196KB為控制核心的主控電路板和以信號處理故障檢測單元為核心的信號接口電路板主成。
? ? ? ?控制系統電路結構圖如下：控制系統的檢測信號、故障信號、模擬輸出信號和系統主電路接觸器控制信號均由I/O接口電路板隔離輸入輸出。鍵盤顯示監控電路、晶閘管驅動電路和LED故障顯示板分別與主電路板相連。三塊晶閘管驅動電路板分別驅動兩路整流和器隔離，以防止強電路串入。
? ? ? ?核心，包括數字控制單元、系統整流位置同步信號處理單元、整流逆變脈沖生成單元、故障處理顯示單元等幾個子單元。這些子單元均包含在系統主控單元電路板上，它所完成的主要功能有：自控式電機同步調速過程控制；整流、逆變過程控制及晶閘管觸發脈沖的生成；（f）系統擴展功能，包括與上位機串口通信、雙CPU擴展、打印機接口等。
? ? ? ?（2）I/O接口單元是介于主控單元、外部信號源和主電路之間的電路單元。它由信號接口電路板、機端電壓位置檢測電路板、晶閘管觸發驅動電路板、鍵盤顯示監控電路板和LED故障顯示板組成。其主要功能為無機械位置傳感器的機端電壓位置檢測功能；4結論同步電機由于采用了自動控制，使其應用更廣泛，運行穩定可靠，節能效果顯著，具有良好的應用前景及推廣價值，建議同行業中大型水泵和路逆變晶閘管橋組；與主愚反的連線由光耦空氣壓縮機的電機都翻方法控制：7/.c心

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