周穎 ，張輝

1.江蘇省江都水利工程管理處電力試驗(yàn)中心，江蘇 江都 225200

2.江蘇省江都水利工程管理處湖泊科，江蘇 江都 225200

WLK-100系列微機(jī)控制同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁裝置是北京前鋒科技有限公司研發(fā)的最新一代同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，其核心控制單元為excitrol-100型微機(jī)控制同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，該系列裝置包含WKLF-101裝置，具有除雙套自動(dòng)跟蹤和故障自動(dòng)切換外的全部技術(shù)性能。

Excitrol-100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器為架構(gòu)獨(dú)立的控制單元，其功能涵蓋了勵(lì)磁系統(tǒng)所有測(cè)量、控制、調(diào)節(jié)與保護(hù)，如觸發(fā)脈沖形成與功率放大、模擬量變送、接點(diǎn)量開入開出、啟動(dòng)回路控制、參數(shù)整定與勵(lì)磁調(diào)節(jié)、軟硬件故障監(jiān)測(cè)、雙機(jī)通訊、后臺(tái)通訊、與PC機(jī)或液晶操作面板通訊等等。采用雙調(diào)節(jié)器配置是雙機(jī)只通過CAN通訊電纜連接，無任何公用部分，真正做到百分之百軟硬件冗余。

采用Excitrol-100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器只需另外配置勵(lì)磁主回路，用于勵(lì)磁電流電壓測(cè)量的霍爾傳感器及簡單的操作指示元件即可構(gòu)成整套勵(lì)磁系統(tǒng)，各部分功能明確，結(jié)構(gòu)簡潔。

Excitrol-100微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的核心處理單元為32位DSP處理器，其主要技術(shù)指標(biāo)包括：150MHz的主屏速度、32位數(shù)據(jù)總線寬度、128K字片內(nèi)FLASH存儲(chǔ)器、18K字片內(nèi)RAM、16路12位A/D采集器，多種模式的串行通訊控制其及功能強(qiáng)大的脈沖寬調(diào)控制器等。DSP優(yōu)異的數(shù)字信號(hào)處理能力為調(diào)節(jié)器的技術(shù)性能實(shí)現(xiàn)提供的堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

Excitrol-100微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是WKLF-102微機(jī)控制同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁裝置的核心控制、勵(lì)磁調(diào)節(jié)及保護(hù)單元。本裝置采用兩臺(tái)軟硬件功能完全相同的Excitrol-100微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器分A、B套運(yùn)行，A、B套均可以以主機(jī)運(yùn)行，當(dāng)A（B）套調(diào)節(jié)器為主機(jī)運(yùn)行時(shí)，B（A）套調(diào)節(jié)器自動(dòng)轉(zhuǎn)入備機(jī)運(yùn)行時(shí)，備機(jī)不接受任何勵(lì)磁操作控制（通訊及調(diào)節(jié)器配置，錄波器操作等除外）備機(jī)自動(dòng)跟蹤主機(jī)的運(yùn)行參數(shù)及狀態(tài)且其觸發(fā)脈沖及控制輸出完全被封鎖（故障報(bào)警輸出除外），主、備機(jī)分別不斷進(jìn)行各自的軟硬件自檢及運(yùn)行參數(shù)測(cè)量，與備機(jī)相比，主機(jī)還要不斷進(jìn)行勵(lì)磁的控制與調(diào)節(jié)，并判斷勵(lì)磁調(diào)節(jié)是否正常。一旦主機(jī)調(diào)節(jié)器發(fā)生故障，在備機(jī)調(diào)節(jié)器正常或備機(jī)調(diào)節(jié)器的故障致命等級(jí)低于主機(jī)時(shí)，備機(jī)調(diào)節(jié)器自動(dòng)轉(zhuǎn)入主機(jī)運(yùn)行，原主機(jī)調(diào)節(jié)器則失去對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)權(quán)而轉(zhuǎn)入備機(jī)運(yùn)行（自動(dòng)切換），若主機(jī)調(diào)節(jié)器故障時(shí)備機(jī)調(diào)節(jié)器發(fā)生的故障致命等級(jí)高于主機(jī)時(shí)，則不會(huì)進(jìn)行調(diào)節(jié)器切換，在主機(jī)調(diào)節(jié)器故障為非致命故障轉(zhuǎn)入手動(dòng)模式或開環(huán)保守模式運(yùn)行，致命故障（勵(lì)磁事故）則動(dòng)作于跳閘停機(jī)。

Excitrol-100 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器由交直流雙路電源供電，任意一路電源消失不影響調(diào)節(jié)器的正常工作，交直流電源輸入回路之間絕緣耐受電壓不低于AC500V，對(duì)地絕緣耐受電壓不低于AC1000V。交流電源輸入的電壓范圍（長時(shí)工作）為AC175-260V，頻率為50Hz±6%，直流電源輸入的電壓范圍為DC（100-270V），當(dāng)直流電源電壓低于DC120V時(shí)，調(diào)節(jié)器內(nèi)部電源變換器發(fā)熱加大，應(yīng)避免長時(shí)間工作，有效避免方法為同時(shí)接入交流控制電源。在交直流電源的輸入回路均設(shè)置有規(guī)格為3.15A的柱形保險(xiǎn)元件，且分別設(shè)置有電源監(jiān)視電路。調(diào)節(jié)器輸出的兩路24V電源的最大負(fù)載能力均為500mA，均設(shè)置有短路保護(hù)及監(jiān)視電路，但應(yīng)避免過載或長時(shí)間短路。

Excitrol-100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器配置有功能十分強(qiáng)大的軟件系統(tǒng)，與常規(guī)單片機(jī)系統(tǒng)相比，32位DSP處理器具有無可比擬的數(shù)據(jù)處理能力，本調(diào)解器充分利用了DSP的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，采用了高達(dá)每周期128點(diǎn)的模擬量直接采樣，并大規(guī)模使用快速傅里葉（FFT）變換求取模擬量的測(cè)量值，準(zhǔn)確測(cè)量電機(jī)運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)且不受工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的干擾影響，勵(lì)磁調(diào)節(jié)速度達(dá)到每周期6次，大大提高了調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)性能，配置有豐富的保護(hù)及限制軟件，勵(lì)磁裝置更安全、平穩(wěn)，功能強(qiáng)大的時(shí)間記錄和錄波功能使用戶能清楚的掌握勵(lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行的暫態(tài)過程，從原理上杜絕了現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中無從把握的軟故障類型。

本調(diào)解器內(nèi)置有16通道12位A/D采集器用于模擬量測(cè)量，每通道每20ms采樣128點(diǎn)（采樣速率為6400點(diǎn)每秒）；通道之間的采樣時(shí)差為80ns，可認(rèn)為16通道同步采樣，為交流量的相位測(cè)量精度提供了保證。

對(duì)于交流信號(hào)，采樣后的數(shù)據(jù)處理方式為快速傅里葉（FFT）變換，根據(jù)傅里葉（FFT）變換理論，任何時(shí)域信號(hào)都可以分解為直流分量、基波分量與各次諧波分量，也就是：

其中：A0為直流分量，對(duì)于交流信號(hào)A0=0；

A1為基波分量幅值，Φ1為基波分量相位；

A2為2次諧波分量幅值，Φ2為2次諧波分量相位；

A3為3次諧波分量幅值，Φ3為3次諧波分量相位；

An為n次諧波分量幅值，Φn為n次諧波分量相位；

根據(jù)香農(nóng)采樣定律，每周期采樣128點(diǎn)通過FFT變換可計(jì)算出最高至64次諧波分量幅值和相位，本調(diào)節(jié)器的交流量測(cè)量只使用基波的幅值和相位數(shù)據(jù)，兩次及以上的諧波分量數(shù)據(jù)全部拋棄，因此交流量測(cè)量與電網(wǎng)上各種干擾諧波無關(guān)，這也是FFT具有超強(qiáng)濾波作用的原理所在。根據(jù)每路交流量的幅值和相位，可進(jìn)一步計(jì)算各交流量間的相位差，作為功率參數(shù)測(cè)量以及保護(hù)的數(shù)據(jù)。

本調(diào)節(jié)器測(cè)量的模擬量包括：勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電壓、母線電壓AB線電壓、母線電壓BC線電壓、母線電壓CA線電壓、定子電流、同步信號(hào)AB線電壓（內(nèi)部使用，不顯示）、同步信號(hào)BC線電壓（內(nèi)部使用，不顯示）、同步信號(hào)CA線電壓（內(nèi)部使用，不顯示）、4-20mA通道1電流、4mA～20mA通道2電流 、調(diào)節(jié)器環(huán)境溫度。其中定子電流占用了4路模擬量通道，按輸入的額定電流分為5A和1A兩組，每組設(shè)置帶自動(dòng)量程切換的高低兩個(gè)量程不同的測(cè)量通道。

Excitrol-100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部幾乎所有模擬量測(cè)量均采用快速傅立葉（FFT）運(yùn)算，具有極高的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力?？蓮V泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、礦山、水利、電力、煤氣、建材、醫(yī)藥、輕工、紡織等工礦企業(yè)各類負(fù)載，不容容量的同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁。

[1]KLF-102型微機(jī)控制同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁裝置用戶手冊(cè)，2006，5.