Excitrol-100微机励磁调节器的技术参数与原理

周颖 ，张辉

1.江苏省江都水利工程管理处电力试验中心，江苏 江都 225200

2.江苏省江都水利工程管理处湖泊科，江苏 江都 225200

WLK-100系列微机控制同步电动机励磁装置是北京前锋科技有限公司研发的最新一代同步电动机励磁系统，其核心控制单元为excitrol-100型微机控制同步电动机励磁调节器，该系列装置包含WKLF-101装置，具有除双套自动跟踪和故障自动切换外的全部技术性能。

Excitrol-100励磁调节器为架构独立的控制单元，其功能涵盖了励磁系统所有测量、控制、调节与保护，如触发脉冲形成与功率放大、模拟量变送、接点量开入开出、启动回路控制、参数整定与励磁调节、软硬件故障监测、双机通讯、后台通讯、与PC机或液晶操作面板通讯等等。采用双调节器配置是双机只通过CAN通讯电缆连接，无任何公用部分，真正做到百分之百软硬件冗余。

采用Excitrol-100励磁调节器只需另外配置励磁主回路，用于励磁电流电压测量的霍尔传感器及简单的操作指示元件即可构成整套励磁系统，各部分功能明确，结构简洁。

Excitrol-100微机励磁调节器的核心处理单元为32位DSP处理器，其主要技术指标包括：150MHz的主屏速度、32位数据总线宽度、128K字片内FLASH存储器、18K字片内RAM、16路12位A/D采集器，多种模式的串行通讯控制其及功能强大的脉冲宽调控制器等。DSP优异的数字信号处理能力为调节器的技术性能实现提供的坚实的基础。

Excitrol-100微机励磁调节器是WKLF-102微机控制同步电动机励磁装置的核心控制、励磁调节及保护单元。本装置采用两台软硬件功能完全相同的Excitrol-100微机励磁调节器分A、B套运行，A、B套均可以以主机运行，当A（B）套调节器为主机运行时，B（A）套调节器自动转入备机运行时，备机不接受任何励磁操作控制（通讯及调节器配置，录波器操作等除外）备机自动跟踪主机的运行参数及状态且其触发脉冲及控制输出完全被封锁（故障报警输出除外），主、备机分别不断进行各自的软硬件自检及运行参数测量，与备机相比，主机还要不断进行励磁的控制与调节，并判断励磁调节是否正常。一旦主机调节器发生故障，在备机调节器正常或备机调节器的故障致命等级低于主机时，备机调节器自动转入主机运行，原主机调节器则失去对励磁系统的控制调节权而转入备机运行（自动切换），若主机调节器故障时备机调节器发生的故障致命等级高于主机时，则不会进行调节器切换，在主机调节器故障为非致命故障转入手动模式或开环保守模式运行，致命故障（励磁事故）则动作于跳闸停机。

Excitrol-100 励磁调节器由交直流双路电源供电，任意一路电源消失不影响调节器的正常工作，交直流电源输入回路之间绝缘耐受电压不低于AC500V，对地绝缘耐受电压不低于AC1000V。交流电源输入的电压范围（长时工作）为AC175-260V，频率为50Hz±6%，直流电源输入的电压范围为DC（100-270V），当直流电源电压低于DC120V时，调节器内部电源变换器发热加大，应避免长时间工作，有效避免方法为同时接入交流控制电源。在交直流电源的输入回路均设置有规格为3.15A的柱形保险元件，且分别设置有电源监视电路。调节器输出的两路24V电源的最大负载能力均为500mA，均设置有短路保护及监视电路，但应避免过载或长时间短路。

Excitrol-100励磁调节器配置有功能十分强大的软件系统，与常规单片机系统相比，32位DSP处理器具有无可比拟的数据处理能力，本调解器充分利用了DSP的技术优势，采用了高达每周期128点的模拟量直接采样，并大规模使用快速傅里叶（FFT）变换求取模拟量的测量值，准确测量电机运行的各项参数且不受工业现场的干扰影响，励磁调节速度达到每周期6次，大大提高了调节器的动态性能，配置有丰富的保护及限制软件，励磁装置更安全、平稳，功能强大的时间记录和录波功能使用户能清楚的掌握励磁系统的运行的暂态过程，从原理上杜绝了现场运行中无从把握的软故障类型。

本调解器内置有16通道12位A/D采集器用于模拟量测量，每通道每20ms采样128点（采样速率为6400点每秒）；通道之间的采样时差为80ns，可认为16通道同步采样，为交流量的相位测量精度提供了保证。

对于交流信号，采样后的数据处理方式为快速傅里叶（FFT）变换，根据傅里叶（FFT）变换理论，任何时域信号都可以分解为直流分量、基波分量与各次谐波分量，也就是：

其中：A0为直流分量，对于交流信号A0=0；

A1为基波分量幅值，Φ1为基波分量相位；

A2为2次谐波分量幅值，Φ2为2次谐波分量相位；

A3为3次谐波分量幅值，Φ3为3次谐波分量相位；

An为n次谐波分量幅值，Φn为n次谐波分量相位；

根据香农采样定律，每周期采样128点通过FFT变换可计算出最高至64次谐波分量幅值和相位，本调节器的交流量测量只使用基波的幅值和相位数据，两次及以上的谐波分量数据全部抛弃，因此交流量测量与电网上各种干扰谐波无关，这也是FFT具有超强滤波作用的原理所在。根据每路交流量的幅值和相位，可进一步计算各交流量间的相位差，作为功率参数测量以及保护的数据。

本调节器测量的模拟量包括：励磁电流、励磁电压、母线电压AB线电压、母线电压BC线电压、母线电压CA线电压、定子电流、同步信号AB线电压（内部使用，不显示）、同步信号BC线电压（内部使用，不显示）、同步信号CA线电压（内部使用，不显示）、4-20mA通道1电流、4mA～20mA通道2电流 、调节器环境温度。其中定子电流占用了4路模拟量通道，按输入的额定电流分为5A和1A两组，每组设置带自动量程切换的高低两个量程不同的测量通道。

Excitrol-100励磁调节器内部几乎所有模拟量测量均采用快速傅立叶（FFT）运算，具有极高的工业现场抗干扰能力。可广泛应用于石油、化工、冶金、矿山、水利、电力、煤气、建材、医药、轻工、纺织等工矿企业各类负载，不容容量的同步电动机励磁。

[1]KLF-102型微机控制同步电动机励磁装置用户手册，2006，5.