同步电动机的启动、同步和控制
SPM同步电动机的启动、同步和控制
主要优点
完备的监视功能－励磁绕组温度和统计数据
延长辅助设备服务时间－通过I/O监视
信息访问－RS485通讯口和Modbus RTU规约
用途
集电环或无刷型同步电动机的启动、同步和保护
保护和控制监视和测量
RS485串行接口
用户接口
完备的监视功能－励磁绕组温度和统计数据
延长辅助设备服务时间－通过I/O监视
励磁施加
DC励磁电流损失、励磁机电流损失、DC励磁电压检查
PF调节，磁阻转矩同步
启动过程和非同步运行保护
鼠笼式绕组过热保护
自动相移修正
自动加载和不完全顺序
调节器调整模式
配备DFT滤波的真有效值测量
可选的功率因数调节器，配备5个可调整定值
功率因数和失步转矩保护（可选择）
基于转速的鼠笼过载保护
频繁启动保护
监视和测量
电动机功率因数
直流电流和电压
交流电流
励磁机励磁电阻
电动机运行时间，跳闸次数及类型
跳闸次数及类型
用户接口
RS485串行接口
保护
SPM可用于控制集电环或无刷式同步电动机的
启动、同步并可为其提供相应的保护。
鼠笼保护（SCP）
鼠笼保护是电动机保护的一个重要功能，它可
以防止电动机启动时鼠笼绕组过热。
对于无刷电动机，SCP保护是从定子电流输入
获取信号。保护特性示于下图。该保护的热限
制由失速时间和锁定转子电流继电器整定值定
义。
对于集电环电动机，SCP的保护算法是基于电
动机加速时的转速，而转速是根据施加在转子
放电电阻上的转子感应电压确定。
如果电动机的转速处于同步转速以下，就应当
使用如下典型的鼠笼热保护特性。
重启动保护
SPM模拟运行中电动机的衰减温度（冷却），
以1分钟为时间间隔更新继电器热记忆。热容
量的每一个新值都与成功启动期间捕获的相应
值做比较。根据已知的启动经验数据，如果
SPM通过计算得知，鼠笼绕组做一次新的成功
启动已经不具有足够的冷却时间，那么，SPM
将阻止重新启动。该保护元件用于避免由于频
繁启动而引起的电动机过热。
功能框图
7DC励磁电流损失保护
电动机同步运行后，如果励磁电流降到已编程
的整定值以下，此保护特性将跳开电动机。使
用这一特性必须订购一个单独订货的附件包。
降低电压启动
在降低电压启动期间，SPM能临时地延展失速
时间。这一功能可以允许电动机以更长的时间
从加速状态到同步速度（比正常电压启动的加
速时间更长）
不完全顺序保护
如果电动机在已编程的整定时间内没能进入同
步状态，那么继电器将跳开电动机。
励磁机直流电压保护
励磁机电压检查保护是通过将励磁机输出连接
到SPM端子VE+和VE-实现的，该连接还需使用
一个分压器网络（VDN）。该保护功能应用于
电动机启动前励磁机先激励的应用场合。
励磁绕组过温
该保护功能与在励磁绕组上安装一个电阻温度
装置（RTD）的情况相似。励磁电压和励磁电
流被连续监视，并且随着励磁电压对励磁电流
比率的增加，励磁电阻也随之增加，这也就指
示出励磁绕组的温度增加。
使用这一功能，必须订购单独订货的PG2SPM
或PG4SPM附件。
控制功能
SPM可提供如下***的控制功能：
功率因数（失步转矩）保护
SPM可为发电机或电动机运行模式下的同步电
动机提供失步转矩保护。SPM可以进行功率因
数设置而且也可以显示所测量的超前/滞后的
功率因数。功率因数调节选项能够实现在失步
转矩条件之前进行强制励磁。电动机的失步转
矩保护由一个监视功率因数并具有内置***功
能的监视回路来完成，该监视回路的***功能
可以防止暂态条件下的误跳闸。失步转矩保护
可提供两种模式："重新同步"模式和"超越"模
式。如果滞后的功率因数降至已编程的整定值
以下，或如果线路上产生大于电动机满负荷电
流4倍的电流涌流，上述保护模式将被启动。
重新同步模式的运行会引起励磁施加继电器（
FAR）去除电动机励磁。这时，电动机在没有
励磁的情况下在已编程的功率因数延迟时间内
将继续运行。如果在这一时间内不出现重新同
步，跳闸继电器会动作跳开电动机，随后，电
动机将停止运行。在"超越"模式下，电动机励磁不立即消失，而
这时，SPM在功率因数***时间内仍允许电动
机运行。如果功率因数下降或线路涌流持续，
跳闸继电器会动作并且电动机会停止运行。
启动和同步
对于集电环电动机，SPM检查正确的转子转速
和角度并依据百分比同步滑差整定值确定闭合
励磁施加继电器的正确时间。该励磁施加继电
器的闭合就意味着开始向电动机励磁绕组施加
励磁并断开励磁放电电阻回路。
对于无刷电动机，在预置的可编程的时间之后，
电压施加给励磁机，然后，功率因数失步转矩
保护投入。该保护功能之中，还提供一个接点
用以发出电动机自动加载信号。
磁阻转矩同步
如果一个轻负载的同步电动机在转子磁极通过
外部被磁化之前被拉入同步，这一同步过程叫
做磁阻转矩同步。SPM的励磁施加控制通过正
确地施加励磁就可以对电动机是否以磁阻转矩
的方式同步作出正确响应。
功率因数调节
功率因数调节是一个DC控制信号输出，被用来
控制变量SCR励磁机的输出。该调节功能的使
用取代了功率因数模拟信号输出。这一选项对
无刷应用不推荐使用。调节器有5个整定值，这
些整定值在电动机运行中可调。它们分别是：
PF整定值－范围是从0.9滞后到1.0-0.0超前
REG输出－控制电压输出信号的上限
REG增益－通过调整可取得***佳调节性能
REG稳定性－时间调整可实现不稳定性的补偿
REG基值－控制电压输出信号的下限。监视与测量
SPM***的监视与测量功能包含：
SPM显示信息
装置配备一个LCD显示屏幕，该显示屏幕可用
于编程设置，显示跳闸信息以及读取运行参数，
例如线路安培数、励磁安培数、功率因数、线
路电流，励磁电压、励磁电流和励磁电阻。
SPM还可以存储电动机运行时间、跳闸次数和
跳闸类型等数据。励磁施加（FAR）和FCX继电
器的状态也可以得到监视。
自检和诊断
SPM内置试验诊断功能，该功能能够指示继电
器在启动之前是否处于正常运行状态。SPM独
立的试验模式允许用户做如下检验：
跳闸继电器接点
系统试验
鼠笼保护试验
同步
功率因数试验
在进入试验模式时，SPM不激励跳闸接点。如
果退出试验模式，跳闸接点重新获得激励。系
统试验功能执行对内部存储器，输入输出设备
和其他系统功能的***检查。输入和输出
SPM为用户提供多种输入输出解决方案：
励磁电压输入：
感应励磁电压VF+和VF-通过VDN连接至外部的
放电电阻， 也正是通过这种连接感应电压得到
监视，该输入可以提供电动机滑差的瞬时值。
励磁机电压输入：VE+和VE-端子经VDN连接到
励磁机，以此种方式监视DC励磁机电压。
励磁机电流输入：励磁电流IE+和IE-端子经一
个DCCT和一个校准模块（单独订货）连接到
DC励磁，以这种方式检测励磁损失。
电动机线路电流：两个或四个（无刷电动机）
输入端子连到系统电流互感器上。
电动机"On"输入：接受干式电气联锁常闭接
点，当电动机受到激励时，该接点断开，当电
动机处于断电时，该接点闭合。
降低电压启动输入：接受干式电气联锁常开接
点，当电动机在降低涌流启动期间达到正常电
压时， 该接点闭合。
控制电源：SPM配备一个85～265V AC的交流
电源。如果控制电压在运行过程可能发生偏移
而超出上述电压范围，就应当考虑配备一个稳
压变压器，稳压变压器应当与可选择订购的单
独电源供电的功率因数基准电压输入相连接。
功率因数基准电压：PF基准电压从控制电流V1
和V2获得。SPM还可选择配备另外一个输入，
该输入用于单独配备电源的PF基准电压V1EXT
和V2EXT，有效范围为85-265V AC。
功率因数模拟信号输出：使用一个0-10V DC信
号来响应电动机的功率因数。零V表示零滞后
功率因数，5V表示整功率因数，10V表示零滞
后功率因数。1V电压变化对应18°相移。
功率因数控制信号：如果继电器在订货时订购
了功率因数调节元件选项，那么功率因数模拟
输出就可以由一个0-10V的功率因数调节控制
输出所取代。这一信号可以用作变量SCR励磁
机的输入。
跳闸继电器：两个跳闸端子连接在一个自动防
故障常开接点上，这个接点在继电器上电时接
通，而在跳闸情况时断开以使电动机断电。
FAR继电器：两个励磁施加继电器的端点是常
开接点。该接点接通时就会给电动机励磁系统
施加直流电流并将电动机拉入同步状态。
FCX继电器：FCX（励磁接触器辅助）继电器在
FAR继电器动作后经整定延后动作，该继电器
用于给外部系统发送信号实现自动加/减载电
动机。
通讯
SPM装设一个后部的RS485接口，该接口用于远
方通讯或连接到DCS，SCADA或PLC上。该接口
支持Modbus®RTU规约，其通讯速率在300～
115000bps范围内可调整。通讯接口可同时运
行而不影响响应时间。
软件
基于WINDOWS®的SPMPC软件允许用户在PC机
上处理和显示SPM数据。通过简单地点击就可
存储每个电动机的整定值文件，可以进行数据
的确认打印，并可以通过***方式将整定值数
据无差错地输入至SPM。 完整的SPM手册包括
在上述软件的帮助文件之中，所以，对于手册
可以快速访问。
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