由于某因素造成同步電動機失步運行。一旦失步,電動機定子回路功率因數會大幅度下降,失步保護電路經延時后,給出失步跳閘信號,延時跳閘可避免誤動作,增加了系統運行的
1. 可控性
傳統飽和電抗器：一個控制繞組控制三相工作繞組，是一種松散控制，直流勵磁效率低，電抗器可控性差，阻抗調整到初始阻抗的40—50%，起動過程中，電機端電壓最高值為80%Ue左右。
2. 可調整性
3. 輔助電源
5. 漏磁
6. 噪音
傳統磁控軟啟動：噪音大，現場感覺明顯。
勵磁系統是同步電機中最核心、最主要的且成部分之一。長期以來同步電機
勵磁柜技長性能不完善，導致同步電機損壞，成為影響生產的安全、連續及穩定運行的制約環節。隨著可編程
控制器（PLC）技術的發展，以微型PLC為核心的同步電機勵磁柜軟硬件設計得到了市場的認可和應用。該同步電機勵磁柜的軟硬件設計步驟和方法如下：
一 同步電機勵磁柜系統硬件設計
為了滿足同步電機起動、運行和故障監控的要求，同時便于將
機械設備的
控制柜與勵磁裝置融為一體，減小體積、增強控制功能、提升原來系統的自動化水平。本勵磁裝置主控制器采用
西門子微型可編程序控制器S7-200，并使用成熟的晶閘管的觸發電路TC787。
顯示電路采用西門子的TD200來完成，一是參數設置，如投勵時刻、后備投勵、強勵時間；運行模式選擇。二是工作狀態顯示，如實驗投勵、正常投勵、后備投勵；運行模式。三是故障顯示，如失步、整步失敗、晶閘管故障、滅磁晶閘管誤導通、熔斷器故障、勵磁超限。全部采用漢字顯示。
（1）起動時滅磁繼電器接點CJll、CJ22閉合，使同步電機在異步驅動狀態時，滅磁晶閘管7KGZ、8KGZ在較低的電壓下便可開通，保證感應電流在正負半周是對稱的。有效地消除了傳統勵磁屏在同步電機異步啟動過程中
轉子回路感應電流正負半周不對稱現象，避免了異步啟動過程中所存在的脈振現象，具有良好的異步驅動特性。
（2）在啟動結束后，滅磁繼電器接點CJll、CJ22斷開，滅磁 晶閘管7KGZ、8KGZ在較高的電壓下便可開通。當電機在同步狀態時，滅磁晶閘管在過電壓情況下才開通，既起到保護器件的作用，又當電機正常同步運行時，保證附加
電阻RFl、RF2被可靠切除，并防止滅磁晶閘管誤導通，可使電機在遇到故障，被迫跳閘停機時，減少電機受損傷程度。
（3）起動前，人為按下ANl、AN2可以實驗滅磁回路。
1.2 投勵控制
同步電機的投勵過程控制是一個非常重要的問題，主要表現為對投勵時間和投勵角度的選擇上。理想的投勵時間是指當電機異步啟動到亞同步速時，即轉速達到同步速的95％-98％之間；準角度投勵是指在轉子感應電流的過零點，即從負半周到正半周的零點準確投勵。滿足兩者條件時，勵磁繞組產生同步
力矩，使電機盡早進入同步。
在檢測電路中，轉子兩端的電壓經電阻R12、R11、二極管D7后，在穩壓管Z7兩端得到了近似的矩形波，經過光耦TPl送人PLC。經過計算和判斷后，PLC輸出點PLCDO控制光耦TP3，控制TC787的5腳，當其為低電位時，輸出6路觸發信號，完成投勵，常見有兩種投勵方式：
（1）按照"準角強勵整步"的原則設計，并具有強勵磁整步的功能。
所謂準角度投勵，系指電機轉速進入臨界滑差，按準角度投勵方式，這樣電機進入同步時輕松、快速平滑無沖擊。投勵時刻的滑差大小，通過面板按鍵菜單操作任意設定。
（2）后備投勵
若滑差投勵不成，即達不到設定的滑差值，可按預定的后備投勵時間和準角度方式投勵。后備投勵時間的大小，通過面板按鍵菜單操作任意設定。
1.3 勵磁電流控制
三相晶閘管移相觸發電路選用TC787，經三極管后，驅動6路脈沖
變壓器，輸出為調制脈沖列，觸發1KGZ～6KGZ晶閘管。TC787有移相控制端和投勵控制端。
為了滿足同步機各種工況的要求，運行過程中的勵磁電流控制模式分為：恒勵磁電流模式和恒無功功率模式。因此選用了模擬量模塊與S7-200配合使用，構成單閉環控制系統。勵磁給定值由外接電位器提供，無功電流由無功電流轉換器提供，勵磁電流由霍爾元件LEM塊檢測勵磁電流得到。三個模擬信號送入 PLC的模擬輸入端。
1.4 系統故障監控
系統故障主要包括：同步機失步、可控整流器缺相或失控、滅磁晶閘管誤導通、熔斷器故障、勵磁電流超限等。
1.4.1 失步監測
失步保護采樣信號，來自串接在轉子勵磁回路的分流器兩端的不失真毫伏信號。此信號經放大、變換，光耦隔離后輸入PLC，對其波形特征進行分析，判斷電機是否失步。當發生帶勵失步時，首先應切斷勵磁，識別后判斷是報警還是再整步運行。
1.4.2 晶閘管故障監控
晶閘管勵磁整流波形整型后經光耦送入PLC，如果波頭相互比較，寬度誤差較大，說明全控整流橋出現故障，如：脈沖丟失、三相丟波缺相、失控、管壓降波形崎變等各種現象，造成勵磁電流不穩定。
1.4.3 滅磁晶閘管誤導通
在實際運行當中，偶爾會出現滅磁晶閘管誤導通，引起附加電阻加熱，經過一段時間后，造成控制柜內的控制線烤焦、進而發生
電氣短路事故。
檢測附加電阻RFl、RF2兩端的電壓信號，經過比較判斷，將結果送入PLC，進行聯鎖和報警。
1.4.4 勵磁電流超限
在整流變壓器的一次側，A相和C相裝有電流
互感器，二次引線經變換識別電路后，將信號送入PLC，過流信號達到設定時間后，報警或跳閘。以防止勵磁電流過大引起勵磁繞組過熱，損壞電機。
1.4.5 輔助控制環節
①停車后逆變控制
當同步機停車或故障跳閘時，PLC發出指令使三相全控整流橋晶閘管1KGZ-6KGZ的控制角變為140°，可控整流橋工作在逆變狀態，不致因同步機停車時轉子電感放電造成續流或顛覆而燒壞元件。
②勵磁控制
當電網電壓下降到整定值，一般為80％時，PLC發出強勵信號，可達到正常勵磁電流的1.4倍，進行強勵，以防止同步機失步，10s鐘后，若電網電壓不回升，PLC撤消強勵信號，以防轉子繞組過熱。
強勵時間為10-14s，具體時間人機界面設定。
二 同步電機勵磁柜系統軟件設計
同步電機勵磁，PLC它的軟件主要由三
大部分組成：主控程序、顯示及設置程序、實時處理程序。
2.1 主程序
主要完成PLC的各種參數的初始化，子程序的調用、及系統的主要監控環節。
2.2 顯示及設置程序
依據系統程序調用漢顯內容的使能位，顯示有關內容；將設置的內容存放在指定的存儲器，以便調用。
2.3 實時處理程序
2.3.1 投勵模塊
（1）一是正常投勵：智能監測轉子滑差，在主機起動后，通過計算轉子滑差的變化來開放相應的功能（如投全壓、投勵），即轉子頻率為5Hz時，發出投全壓指令；當轉子頻率為2.5Hz時，選擇在"感應電壓順極性尾端過零點"的時刻投勵，此時，轉子感應電壓及電流接近于零，轉子感應電流方向與勵磁裝置輸出電流方向一致，投勵最為容易，有利于將電機迅速牽人同步，完成正常投勵。
（2）二是后備投勵：若正常投勵不成功，在主機起車后，開始記時，若記時到后備投勵設定時間，同樣選擇在"感應電壓順極性尾端過零點"的時刻投勵，完成后備投勵。
2.3.2勵磁調節模塊
（1）一是恒定勵磁調節模式，將勵磁給定信號和勵磁電流反饋信號經模擬量輸人模塊送人PLC進行數字PID運算，通過模擬量輸出端控制晶閘管移相觸發電路；
（2）二是恒定無功功率調節模式，將勵磁給定信號和無功電流反饋信號經模擬量輸入模塊送人PLC進行數字PID運算，通過模擬量輸出端控制晶閘管移相觸發電路。
如果勵磁整流波頭相互比較，寬度誤差大于10％，報警；如果波頭相互比較誤差大于20％，或周期內缺一個波頭，而且時間超過1 min，停機并報警。總之，正常情況下，三相全控橋的整流波形在一個周期，有六個波頭，而且，每個波頭幾乎相同。不符合此標準者，被認為故障，會引起帶勵失步，若不及時處理必將事故擴大。
2.3.4 失步檢測模塊
將失步信號整形后送人PLC，測量矩形的寬度和頻率，與設定值比較，達到者被認為失步。當電機失步后，PLC立即封鎖投勵控制信號，同時滅磁繼電器復位，使電機進入異步驅動階段，然后電機轉速自動上升，待進入臨界滑差后，勵磁裝置自動投勵，按準確強勵對電機實施整步，使電機恢復到同步狀態。如整步失敗，PLC發出跳閘信號動作于跳閘回路。液晶顯示屏顯示"失步"或"整步失敗"，按復位鍵復位。
2.3.5 故障連鎖模塊
同步機的負載以壓風機為例來說，把壓風機的保護檢測信號，如軸溫、一排溫度、二排溫度、一排壓力、二排壓力、冷卻水壓等等報警信號送人PLC，依據壓風機的具體要求實現連鎖。
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