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PLC在大型同步電動機靜止變頻起動中的應用

  同步電動機以其可調的功率因數和輸出轉矩對電網電壓波動較不敏感等良好的運行性能在大功率電氣傳動領域獨占熬頭。它是驅動大型風機、水泵、高爐鼓風機風洞的壓氣機短路沖擊采用了12脈波變流電路,有助于減輕高次諧波電流對電網的影響。

  響洪甸抽水蓄能機組變頻起動裝置系統框圖)位置檢測器(機械電氣)高壓開關柜、SIMADYN DS7-300等設備構成其中SIMADYND是控制系統的核心。西門子公司的S7-300PLC在本套裝置中承擔著起動流程控制、系統保護、綜合故障處理等多種功能SIMMl'iNDIfvf;況4丨‘「系統IT常REC.DTV止常fl-流b觸及脈沖封峋開鵠巾同步泛流機觸沒脈;中封湞R卜幾+'開關u鬧3控制系統簡介靜止變頻起動裝置的控制系統是以SIMADYND控制器為核心,輔以各種檢測、保護、轉換等功能模塊而形成的全數字控制系統主要完成電機速度、電流的雙電機的雙閉環PI調節。實現系統主回路電流限制和電機運轉狀態的檢測和切換,對整流器觸發角,逆變器換相超前角進行控制,形成觸發脈沖并根據、減頻指令,對電機速度進行整步微調,直至同步并網當裝置出現故障或緊急停車時,本系統進行自封鎖并封鎖觸發脈沖OP2作為操作和顯示終端,可以設定速度給定、設定電流調節的比例系數和時間常數設定速度調節器的比例系數和時間常數、顯示電機速度、電機電流和故障信息4PLC在靜止變頻起動裝置中的作用PLC以結構緊湊、可靠性高、組態靈活、編程簡單調試維護方便等優點,在現代工業自動化領域中發揮越來越重要的作用。本裝置選用的是SIEMENS公司的S7-300系列PLC,該系列PLC具有開發性能好可靠性高、診斷功能先進、編程功能強等優點。其硬件配置如所示PLC硬件配置4.1PLC在靜止變頻起動中承擔控制起動流程的功能系統的起動流程框圖如所疋。系統起動前判斷整流柜、逆變柜是否正常,高壓開關柜是否準備好,同期投入裝置是否準備就緒,待起動電機是否靜止等。如一切正常向中央控制室發出準備就緒信號,等待中央控制室的響應當中央控制室發出響應信號后,PLC起動整流器和涪陵變壓器的風機,風機起動后,高壓開關QFiQF3合閘,待QFiQF3合閘信號返回后,PLC向中央控制室發出待運行信號,等待運行命令。中央控制室發出運行命令后,PLC向SIMADYND發出單橋運行信號。電機轉速低于10%額定轉速時斷續換流(強迫換流),電機轉速高于10%轉速后切換到自然換流。電機轉速升到25%額定轉速時,PLC將高壓開關QF3分開,QF2QF4合,變頻起動裝置由6脈波切換到12脈波。電機轉速升到97%額定轉速后,同期裝置開始整步,同時向SIMADYND發出頻或減頻信號,調整電機轉速,直至同步并網。同步并網后PLC向SIMADYND發出停止運行信號,同時斷開高壓開關QFkQF4QF2繼續維持合閘狀態,直至電機轉速為零,QF2才分斷,等待下一次起動。同步并網后,QF2維持合閘狀態,可以有效地避免電機在非零轉速下,誤起動電機實踐證明QF維持合閘狀態和電機零轉速的引入,有效避免了同步電機的誤起動系統起動流程。2PLC在靜止變頻起動裝置中承擔系統保護的功能PLC在控制系統起動流程的同時承擔系統保護的功能進入PLC的故障信息有:過流、過壓、欠流欠壓、差動保護、電機超速、操作電源異常、INV元件故障、REC元件故障、同期裝置故障、SIMADYND故障等由PLC自判斷的故障有:起動超時、高壓開關動作異常、風機故障等。

  故障出現后,PLC向中央控制室發送故障信號,同時向SIMADYND發送故障信號,SIMADYND將整流器(REC)的觸發相位移至I逆變狀態,從而迅速將電感所存儲的能量反饋給電網,迫使主回路電流迅速下降到零。SIMADYN D同時將變流器(INV)的觸發脈沖封鎖,使變流器停止工作。PLC在發出故障信號的同時斷開已合的高壓開關(如電機轉速非零,QF2不斷開)PLC通過MPI通訊口將故障信息顯示在OB上,便于故障的查詢4.3PLC在靜止變頻起動裝置調試中具有模擬運行的功能在出廠調試及現場調試的初期PLC可通過高速輸出模塊的輸出端口,模擬位置器信號,輸出占空比為50%,頻率在0~ 60Hz可任意調節的方波在調試時將方波頻率由0Hz逐漸增加到50Hz,同時用錄波儀、數字示波器在整流柜、自控柜檢測有關波形。需要檢測的波形有:①小于10%額定轉速(小于5Hz)時,單橋斷續換流時,觸發脈沖②10%~25%額定轉速(5~12.5Hz)時單橋自然換流時的觸發脈沖③25%額定轉速(12. 5Hz)時,變頻起動裝置由單橋到雙橋的切換。④加速到97%額定轉速過程中,觸發脈沖的變化⑤增頻減頻信號對觸發脈沖的影響⑥故障時,整流器推逆變,變流器封鎖脈沖順序強制PLC的開關量輸入媛出點及內部中間繼電器的狀態,模擬同步電機的起動條件和起動過程,觀察高壓開關的動作順序,單橋運行、雙橋運行、開始整步同期投入等信號的時序是否正常。模擬各種故障,觀察保護的動作時序是否正常。

  在出廠調試階段、現場調試的準備階段,利用PLC模擬同步電機的起動條件和起動過程,進行SFC裝置的調試,確保系統的安全可靠,減小現場調試的風險5結束語S7-300系列PLC以其強大的功能,靈活的編程方式,與SIMADYND共同完成了中壓靜止變頻起動裝置的數字化控制。在響洪甸抽水蓄能電站中使用的全數字控制的中壓靜止變頻起動裝置運行效果良好,得到了用戶的認可。

  5結論本文對逆變器提出了一種帶模糊調節的重復控制方案,采用瞬時值電壓反饋并由DSP芯片TMS320F240實現。理論分析和實驗結果表明逆變器不僅在穩態響應時具有較低的THD,而且動態響應速度較快。特別是帶整流性非線性負載時,穩態時THD從14. 2%降到3.5%,同時對階躍負載擾動的動態響應過程也從10個周期縮減到了4個周期

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