对球磨设施的电机体系的革新预设

1 原球磨同步电机励磁系统的缺点　　

 

目前大多数同步电机都采用异步起动的方法，当转速上升到亚同步转速（ n = 95% n 

0）时，再给励磁绕组通以直流励磁电流，使转子建立磁场，依靠定子、转子磁场相互作
用所产生的电磁转矩将转子牵入同步。可见，同步电机励磁系统的性能直接影响到电机起
动和运行的可靠性与稳定性。
　　选矿厂原球磨同步电机励磁装置采用的是三相全控整流桥模拟控制电路，运用电压

 

负反馈， 6 块触发脉冲板分别对可控硅进行触发，但缺点较多：励磁系统和触发脉冲环
节性能不稳定，模拟控制线路复杂，调节精度低，稳定性较差。系统参数修改不方便，无
法进行精确量化调试，输出波形质量差，影响产品质量和生产效率。模拟电路元件精度低，
特性差，存在温度、时间漂移，易损坏，维修、备件费用较大。
　　2 励磁系统改造方案
　　2 1 概述
　　选矿厂球磨同步电机励磁系统改造的结构原理框图所示。球磨同步电机的直流励磁给
定采用全数字直流调速装置（西门子 6RA70 整流器）。
　　6RA70 整流器作为同步电机的直流励磁电源，其自动投入是通过滑差检测环节检测
同步电机转子滑差的变化，并将检测信号反馈至 S7 300PLC，最后通过 PLC 发出命令，
控制 6RA70 实现对同步电机的直流励磁电源自动控制。
　　2 2 硬件、软件选型
　　1）硬件设备选型根据球磨同步电机励磁电压/

 

电流（ 140 V /270 A ）的具体参数要求，

选用型号为 D420 /400 M req GeGF6V 62（输出 400 V /400 A ）的 S IMOREG DC M aster 
6RA70 整流器作为励磁驱动装置。
　　PLC 选用西门子中小控制规模的 S7 300PLC  

（ CPU 315 2DP）作为 DP 主站负责 32 台

球磨机的自动化控制，通过 DP 总线对 6RA70 的电枢输出（即同步电机的励磁投入）进
行控制，同时采集 6RA70 的反馈信息送至上位机 PC，并在 HM I 中实时监控。
　　2）软件选型 STEP7   

（ V5 3）：用于由 SIMAT IC S7 300 /400 PLC 控制的自动化系统

的硬件与软件的管理，可实现 PLC 的硬件配置、参数设置、通信组态、编程测试、运行监控
及诊断维护等功能；W inCC  

（ V6 0 ）：西门子视窗控制中心，用于人机界面（HM I）

的开发设计软件；DriveM on iter：西门子传动控制软件，用于对 6RA70 进行参数设置与
监控。
　　3 数字化改造分析
　　对球磨同步电机励磁系统各组成单元的工作原理分别进行介绍。
　　1）变压器：将定子电源 6 kV 高压母线降为 400 V 作为整流器的电源，同时还可将同
步电机的无功补偿回馈到电网一次侧，从而提高 6 kV 母线的功率因素。
　　2）自动灭磁环节：由于同步机在定子降压或全压异步起动时，转子绕组将产生很大
的感应电动势，因此必须设计转子灭磁电路，用以保证在正常起动转矩的同时达到转子
自动灭磁的效果。
　　3）滑差检测环节：如所示，同步电机在异步起动过程中，转子回路的感应电压是一
个频率由 50 Hz 向 0 H z

 

衰减的正弦波，某一时段转子电压的频率（ f 2）对应着该时段电

 

机的滑差率（ S ）。
　　当同步电机起动至亚同步转速（同步转速的 95% ）时，可得此时转差率 S = 0 05，
又因 f 2 = f 1  

？ S，可得此时转子电压的频率 f 2 = 2 5（H z），即周期 T 2 = 0 4 s.滑差检

测环节检测到的转子电压滑差信号经光电耦合器转换为方波信号送至 PLC 中，当 PLC 检