简介
IEC3系列微机励磁系统是本公司在IEC2系列的基础上，针对小型机组开发的新一代励磁产品，性价比极高。其软件控制程序由专业程序员依据华中理工大学电力系应用线性最优控制理论建立的控制计算模型而编制，系统硬件由我公司具有丰富现场经验的技术工程师进行系统设计，并应用模块集成工艺制造技术，完成装置的设计和制造，具有运行可靠、性能优良、操作简单和功能完备的特点，产品通过部级鉴定，数十台套成功投入现场运行，深受用户好评。
手册中所举的一些数据系基本配置，装置可根据用户不同的机组参数进行相应设置。如有不同要求，用户可以填写《IEC智能励磁控制器设计机组参数征询表》，装置程序软件将按用户参数要求进行设置。
概述
IEC3励磁系统为单柜加外置励磁整流变的自并励系统，在一个标准的柜体中，优化布置了除励磁整流变外的最小励磁系统所必须的全部器件，主要包括：一套全自动的SOC型智能励磁控制器(包含16位数码多参数显示人机界面)，一套三相全控整流桥，一套线性灭磁单元，一套直流电源起励单元。采用线性最优控制的现代控制技术，以“力求功能完备，运行可靠性高、检修维护方便、运行操作简单”为设计思想，不但具有常规模拟式励磁调节器的全部调节、控制功能，而且具备常规模拟式励磁调节器没有的许多参数显示、与上位机通讯、与PC机接口调试等功能，是各种小型同步发电机理想的励磁控制系统，可满足无人职守的要求。
§1-1 系统组成
IEC3励磁系统为微机型可控硅全控整流自并励磁系统，电路原理框图（略）．系统由同步发电机、并联励磁整流变压器、微机励磁控制器、可控硅全控整流桥、线性灭磁单元、直流起励单元、机端电压电流互感器组成。
供货设备包括了除同步发电机、机端电压电流互感器以及高压熔断器等基本励磁系统必需的全部其它励磁设备。
§1-2 系统工作过程
IEC3自并励磁系统工作状态主要分起励、空载和负载三种工作状态。自并励可控硅励磁系统的起励主要依靠初励电流完成。同步发电机在原动机带动下旋转后会产生一定的残余输出电压，由于整流单元的可控硅元件有一定的导通压降，当这个残压较低时，就不能保证同步发电机的自激起励，必须依靠初励电流建立一个低的输出电压保证可控硅元件可靠导通，完成同步发电机建压过程。IEC3自并励磁系统依靠厂用直流合闸电源经起励单元提供初励电流，同步发电机起励时自动投入，当机端电压达到10%时自动解除。
起励后，同步发电机可按需要稳定运行在30%--110%额定机端电压或10%--110%额定转子电流的任一空载状态，以方便完成发电机的并网过程。
发电机并网后，可按恒机端电压或者恒转子电流或者恒无功功率之一方式自动运行。
§1-3 设计特点
IEC3励磁系统有五个主要设计特点：
1.3.1 定子电压和定子电流交流采样
发电机定子电压和定子电流经PT和CT副方转换、滤波以后直接进入智能A/D采样单元，微机系统依此计算发电机定子电压VF、定子电流IF、有功功率P、无功功率Q、省去了模拟式变送器这种中间环节，简化了外围硬件，提高了响应速度和运行可靠性。
1.3.2 同步回路断线保护
独特的同步电路设计，保证了同步信号稳定、可靠。主要表现在以下两个方面：
其一、在发电机电压从残压到130%额定电压范围内变化，同步方波始终稳定；
其二、同步回路无论是在同步变压器原方还是在副方发生一相断线故障，都能保证发电机在原工况稳定运行，不受影响。
1.3.3 调节规律采用最优线性控制技术
线性最优控制技术是目前应用较为成熟的控制技术之一，试验及研究表明，对同步发电机实行最优励磁控制，能提供合适的阻尼，抑制低频振荡，大幅度提高机组静稳定极限，并改善动态品质。使控制器具有优于电力系统稳定器（PSS）的功能。
1.3.4 精密的可控硅导通角控制技术
采用全数字可控硅导通角控制技术，应用多个16位可编程计数器，完成可控硅导通角、60度角、脉冲宽度角的精密数字延时，具有精密、稳定、可靠，不受器件参数变化影响的特点。
1.3.5 显示信息丰富、直观，调试维护方便
设有丰富的运行参数显示功能和专用的调试单元。在调试时只需引入三相试验电源，就能全面检测装置的工作状态。这种设计特点独树一帜，不仅显示信息丰富、直观，而且给装置的全面调试和日常维护带来极大方便。
§1-4 最优励磁控制原理简介
（略）
计算表明，KP、 K、KV的值是随着发电机运行点改变而变化的，本装置分四段处理变增益控制。
试验研究及计算表明，对于不同的机组参数，算出的最优反馈增益比较接近，特别是KV值很接近，机组与电力系统间联系电抗的大小对最优反馈增益影响不大。因此本装置对于不同电站的机组参数具有通用性。
§1-5 系统自动控制原理
智能微机控制器不断地对发电机定子三相电压及定子三相电流进行交流采样，从而计算出发电机端电压Vt，定子电流I，有功功率P，无功功率Q的当前值，此外采样励磁电流当前值，测量并计算机组频率当前值等。
装置采用数字移相技术确定可控硅触发角。数字移相触发是把算出的控制角a折算成对应的延时ta，再折算成对应的计数脉冲个数Na． （公式略）
在同步电压的自然换流点，同步方波引起中断，作为计时起点。CPU响应中断后将Na送入计数器，时间一到立即输出相应的触发脉冲。微机输出为六路双窄脉冲（脉宽0.08mS，可调），经前置放大及切换电路到脉冲放大部分，去触发相应的可控硅。
§1-6 主要功能
1.6.1 两种起励方式
a). 按设定的励磁电流起励；
b). 按设定的机端电压起励；
1.6.2 两种运行方式
a). 恒机端电压运行；
b). 恒励磁电流运行；
1.6.3 空载过压保护
1.6.4 运行参数显示及控制参数整定
1.6.5 与上位机、PC机通讯，具有运行状态指示、运行参数显示
1.6.6 具有完备的信号报警功能
§1-7 主要性能指标
1.7.1 自并励残压起励
100%残压起励，超调量不大于5%、振荡1次，起励时间可调；
1.7.2 自并励逆变灭磁
灭磁时间小于3s，灭磁过程稳定可靠、无颠覆；
1.7.3 机端电压手动调节速度
0.5%—0.9%Ugn/s；
1.7.4 电压/频率特性
频率每变化1%，机端电压变化不大于额定值的0．10%；
1.7.5 10%阶跃响应
无超调、无振荡，调节时间小于1s；
1.7.6 发电机端电压静差率 0.1%；
1.7.7 发电机调压精度 0.2%；
1.7.8 发电机甩额定负荷
电压超调10%，振荡一次，调节时间小于4s；
1.7.9 可控硅控制角移相范围
软件设定，15 — 120可调；
1.7.10 A/D转换分辨率 212
1.7.11 调差率
0 — 30%可调；
1.7.12 机端电压手动调节范围
空载：10% — 115%可调；
负载：70 %— 110%可调。
1.7.13 励磁电流手动调节范围
空载：5% — 65%；
负载：30% — 110%。
1.7.14 发电机无功手动调节范围
-80% — 130%
1.7.15 励磁系统响应时间
34mS--电力系统短路到强励顶值总时间。
§1-8 适用范围
IEC3励磁系统适用于1000kW以下自并励磁的发电机组。
§1-9 使用环境
1. 使用地点的海拨高度不大于2000米。
2. 环境温度为-40～45℃
3. 环境相对湿度≤90％；
4. 装置周围环境应保持干燥、清洁、通风良好，无爆炸、腐蚀性气体，所含导电尘埃的浓度不应使绝缘水平降低到允许值以下。
第二章、励磁控制单元介绍
IEC3励磁系统控制单元采用工业控制用十六位微型处理器作为核心部分，配以必要的外围硬件构成智能控制器。励磁控制单元由五部分组成：①、SOC微机控制器；②、测量输入变换部分；③、电源部分；④、开关量输入/输出部分；⑤、脉冲切换部分。
§2-1 SOC微机控制器（图略）
SOC微机控制器采用ATMEL公司的AT89S52八位单片机，采用PLC外形结构，具有小型化、模块化等特点。在机械强度、抗干扰能力等方面具有优越性。
2.1.1 单元介绍
SOC控制器采用两片AT89S52八位单片机，一片用于智能脉冲管理，另一片用于励磁调节采样计算控制。具有双通道的V/F变换电路，一通道用于采样励磁电流，另一通道用于采样阳极电压。
SOC控制器通过采样励磁电流，进行PID调节，完成恒励磁电流控制功能，同时通过采样阳极电压，间接测量机端电压，实现发电机过压保护功能。
2.1.2 性能参数
a) 静态RAM： 512字节，为常规内存；
b) 不掉电RAM： 512字节，存放装置的事件记录数据；
c) EEPROM： 16K字节，固化励磁控制软件；
d) 定时/计数器： 6个16位；
e) 两级中断控制： 可管理32个中断源；
f) 开关量输入口： 6个光电隔离口；
g) 开关量输出口： 7个光电隔离功率输出口，具有24V/200mA的驱动能力；
h) 模拟量输入口： 2个V/F采集口；
i) 串行通信接口： 2个。
2.1.3 主要特点
a) 采用双单片机，有较高的数据处理速度，控制周期短，实时性强，性能好；
b) 模拟量输入口、数字量输入输出口均采用高速光电隔离器隔离，具有很高的抗干扰能力。
c) 电路简洁，功能完备，有很高的性价比。
d) 全数字可控硅导通角控制，可控硅导通角精密数字延时，具有稳定、可靠，不受器件参数变化影响的特点。
2.1.4 适用范围
SOC控制器具有恒励磁电流控制功能，主要用于励磁控制装置的控制系统使用。
2.1.5 外形尺寸
208mm135mm48mm
§2-2 电气参数测量部分
IEC3励磁系统的励磁测量信号较为完善，有发电机三相定子电压V、三相定子电流I、有功功率P、无功功率Q、母线电压Vs、转子电流If、机组频率f等，但测量电路却非常简单。
IEC3励磁系统采用直接测量和间接测量两种方式。
直接测量是指将电气量通过硬件通道直接送到微机，进行A/D转换的测量方式；间接测量是指根据直接测量的电气量，用数学计算的方法利用微机进行软件处理的测量方式。
2.2.1 电气参数直接测量部分
直接测量的电气信号包括三相定子电压V、三相定子电流I、母线电压Vs、转子电流If。
三相定子电压输入范围为AC 0-150V，三相定子电流输入范围为AC 0-5A，母线电压输入范围为AC 0-150V，转子电流输入范围为DC 0-75mV。
定子电压、定子电流、母线电压的测量输入经过微型电压电流互感器转换隔离后，送入有源滤波电路滤波，再送入SOC微机控制器的A/D转换口进行交流采样。
转子电流取分流器上的信号，经传感器隔离和滤波后再送入SOC 微机控制器的A/D转换口进行直流采样。
在测量变换滤波单元上还设置有同步信号整形及变换电路。同步电压的信号源取自机端电压互感器的副方，经微型电压互感器降压、RC电路滤波、比较电路整形为三路120同步方波，送入微型计算机，作为同步中断信号。
2.2.2 电气参数间接测量部分
间接测量的电气参数包括有功功率P、无功功率Q和机组频率f。
a.) 有功功率和无功功率测量
交流采样定子电压和定子电流，可以计算出两者的复数形式，从而可以分别计算出有功功率P和无功功率Q，即实践表明，计算出的有功功率和无功功率的精度足以满足现场的实际要求。
b.) 机组频率测量
对机组频率的测量采用了数字测频方法。即利用同步方波中断，通过计数器计数，可获得发电机组频率的当前值。
§2-3 电源部分
电源部分由工控电源和脉冲放大电源组成。电源采用交直流输入方式。外部输入电源为厂用电AC220V。
工控机电源采用独立的高性能开关式直流稳压电源，电源等级为： +24V/1A（不共地）。其中+24V的电源用作DC24V内部继电器的操作电源和脉冲变压器的电源。
第三章 其它硬件介绍
§3-1 全控整流单元
IEC3励磁系统采用了一套三相全控整流单元，由三只平板型可控硅，五只快速熔断器，六只专用脉冲变压器组件，RC换相尖峰吸收电路，两个低噪音轴流风机，阳极开关及分流器等组成。
三相全控整流单元采用优化的结构设计，紧凑清晰，维护方便。
可控硅触发为双脉冲触发，采用高隔离的专用脉冲变压器组件，驱动电流小于20mA，输入输出隔离电压可达万伏，同时还能将触发脉冲扩展为高频脉冲列，使可控硅触发更为快速可靠。专用脉冲变压器组件上有电源和脉冲输出指示，运行中可很方便的监视6个脉冲输出情况，系统故障可及时发现故障原因。
§3-2 线性灭磁单元
IEC3励磁系统采用线性灭磁技术，线性灭磁单元由灭磁开关、灭磁开关操作回路、线性灭磁电阻等组成。
§3-3 起励单元
对于新发电机或停机时间较长的情况，发电机剩磁小，残压较低，同时由于可控硅整流压降大，自并励磁系统将不能自激建压，必须依靠起励单元才能起励。
IEC3励磁系统的起励单元由厂用直流操作电源供电，由自动开关、起励接触器、隔离二极管、降压电阻等组成。
起励单元只提供一个较小的初始励磁电流，同时微机控制器将根据发电机残压大小情况，自动控制起励单元是否投入，以及何时投入，何时切除。
第四章 软件简介
§4-1 软件组成及编程语言
IEC智能励磁控制器的软件包括：主程序，中断服务程序，智能A/D程序，控制量计算程序，各种功能程序，开关量及键盘命令程序，通信跟踪程序，诊断程序，通用子程序等。软件采用模块结构，易于调试、修改及扩充。
SOC系统的软件，采用Intel8086汇编语言编写。智能式同步采集A/D板，由AT89C52单片机管理，采用8031汇编语言编程。
§4-2 软件工作流程
IEC系列智能励磁控制器的控制、保护、限制等功能，分别由主程序和中断服务程序实现。有实时性要求的功能模块，在中断服务程序中完成，其余由主程序执行。
4.2.1 主程序工作流程
其粗略框图见图：（略）
4.2.2 中断服务程序工作流程
中断服务程序包括：同步信号中断，a角中断，60中断及脉冲宽度中断。
4.2.3 同步信号中断
程序框图见图：（略）
4.2.4 a角中断
角中断程序框图见图：（略）
其他程序框图不一一列举。可以来电索取资料．
4.2.5 其他程序模块的工作流程
主要包括：起励程序；角计算程序；基准值增加程序；基准值减少程序；低励限制程序等。
现举起励程序为例，其工作流程见框图（略）
本套软件设计紧凑，每10ms可完成控制运算，更新控制角a。
第五章 功能说明
§5-1 自动起励
起励方式由SOC控制器面板上的“方式”按键选择。微机上电后处于等待状态，当接收到开机令和检测到95%转速的频率信号，则按事先选择的起励方式自动起励。如果未选择起励方式，则自动按照Ug方式起励升压至100%机端电压。
在自并励方式或带直流励磁机励磁方式下一般可残压起励。如果发电机残压太低，则自动投入起励电源助磁，如果经5秒钟后起励未成功，则报起励失败信号并停发触发脉冲。由运行人员检查起励回路及可控硅整流电源。再次起励前，需按“灭磁”按钮清除起励失败标志。
§5-2 逆变灭磁
发电机处于空载运行状态，如需要手动逆变，可按面板上的“灭磁”按钮。如果发电机已并网运行，则自动封锁“灭磁”按钮，“灭磁”按钮无效。
第六章、安装、调试、使用与维护
§6-1 设备的安装注意事项
（1）设备安装周围空气相对湿度不大于85%（20 o C±5 o C时）。
（2）设备周围应无腐蚀性气体，导电尘埃。
（3）交直流控制电源接线必须可靠，且导线容量一定要达到要求。交流电源为单相220V，选用1.5mm2多芯软铜线，直流控制电源为220V，选用1.5mm2多芯软铜线，直流合闸电源为220-240V，选用2.5mm2多芯软铜线。
（4）励磁柜与整流变压器的连线必须正确，保证相序相别正确，导线截面必须大于120mm2。
（5）励磁柜与转子回路的连线必须正确，保证极性正确，导线截面大于180mm2。
（6）励磁柜顶部空间必须大于300mm，励磁柜后部空间必须大于500mm，确保柜体四周空气流动顺畅。
§6-2 现场调试
IEC3励磁系统在生产和出厂时已做过精密调试，对于内部基准，现场一般不须再调整。
对于安装完后的现场调试，主要是为了检查系统的连接是否正确，可做一个综合性的小电流调试，以便检查系统连接的相序、相别是否正确，接线是否牢固可靠。
§6-3 运行操作
6.3.1 面板可操作器件介绍
面板上设置有交流工作电源开关K1，风机手动开关K2，无压起励开关ZK2；SOC控制器人机界面设有 “灭磁”按钮，“方式”按钮，“确认”按钮，“起励”按钮，“增磁”按钮，“减磁”按钮。
6.3.2 柜内可操作器件介绍
柜内设置有阳极开关ZK1。
6.3.3 机组起励前的准备
合上开关ZK1，合上面板工作电源开关K1，风机手动开关K2位置任选。
6.3.4 起励灭磁操作
机组起励前的准备工作完成后，当机组转速达到95%以上时，按“起励”按钮即可使机组起励到预先设定的机端电压。
当机组在空载状态下，按“灭磁”按钮即可使机组灭磁。
6.3.5 增减磁操作
当机组在空载状态下，按“增磁”、“减磁”按钮可增减机端电压。
当机组在并网状态下，按“增磁”、“减磁”按钮可增减机组无功。
§6-4 设备的维护
本装置可靠性很高，一般不需特别维护，在停机状态下，通常仅需作以下常规检查：
1．查看各个联接部件是否有松动现象；
2．检查开关及指示灯是否完好；
3．检查表计指示是否正常；
4．检查快速熔断器及控制保险是否完好；
5．清扫灰尘，防止装置电气绝缘降低。
如要进行更为细致的检查，请先详细了解装置的电路原理，参照本装置实验步骤的有关项目进行各项检查。现场非电气维修人员（未经专业培训）不要随意打开机箱，当心触电伤人。
第七章、数码显示器介绍及操作（略）
