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【摘 要】通过对同步电机结构和原理的阐述，介绍了利用PLC做为主控元件，以及这一技术与同步电机系统的结合使用情况。
【关键词】PLC 同步电机 应用
一、同步电机的主要类型及发电机基本结构
（一）同步电机的主要类型
按照运行方式以及功率的不同转换方式来看：同步电机中又分为发电机、电动机以及调相机三类。发电机主要是通过机械能转换为电能，电动机则将电能转换为机械能，而调相机主要是用来对电网的无功功率进行调节，能够显著改善电网的功率因数，通常没有功率转换的功能。
从机械原理而言，同步电机既可以做成旋转磁极式，也可以做成旋转电枢式。但是不论两种旋转方式选择哪种都要围绕电枢与磁场之间的相对运动速率进行设计，这也是电机结构进行调整的基础要求之一。在当前实践运行中的同步电机，为了确保运行可靠，基本上都采用旋转磁极式的结构。
（二）同步发电机运行状态
1.发电机处于“同步发电机运行”状态
当水利变电站的发电机并入电网以后，若不及时改变励磁电流，比如：只增加水轮机的出力，就会使得转子轴上的机械力矩不断增加，一旦要超过转子所能承受的电磁制动力矩，便会使得转子转速瞬间高于同步转速。此时，电机就在新的功率以及电势平衡状态下进行运转，由于定子电流表以及有功功率表指向某一数值，功率因数表会指向超前位置，这时候发电机就处于进相运行状态。当电机在该运行状态下应注意几个问题：
第一，当发电机由冷态并入电网并带有一定负荷时，为了确保电机温度不会过快升高，就要确保有效提升定转子线圈的绝缘寿命，通常要逐渐对其增加负荷。该运行状态时应密切监视发电机的冷却空气进出口的温度以及温升情况。
第二，由于小型水电站进行使用的水轮发电机，通常都有额定的功率因数显示在铭牌上，因此，进行励磁电流的调节应参考相对应功率。另外，由于无功电流不会产生电磁制动力矩，因此，根据电网无功的需求，水电站水轮机在枯水期运行时应做到少发有功多发无功。
第三，很多水电站面临电能消耗过高过快时，为了弥补由于用电高峰负荷时无功功率的欠缺，就会安装电容器，这些电容器很多由于不能自动进行投切。当电网负荷低谷时，如果不及时进行切除补偿电容器，电网电容性无功一旦大于电无功的需求量，电网就会产生过电压，从而导致部分发电机的进相运行。当电网运行过程出现过电压时，应确保电网内发电机在滞相功率因数下运行，就要及时切除过补偿电容器。
2.发电机处于“同步电动机运行”状态
当发电机进行调相运行时，一般会通过电网吸取有功来确保维持其运行的转动，这种运行状态就是同步电动机运行状态。通常一些小型的变电站在发电机解列操作的过程中，为了减少水轮机出力，就会降低其励磁电流，这时要密切监视表盘上指针的变化，如果发电机在定子电流接近零位时不能及时断开，就会使得电机转变为同步电机运行状态，而且往往是还是在“欠励磁”状态下进行运行，因此，通过电网吸取较大的无功，会容易引起电网的电压下降。另外，在运行过程中，如果水轮机的调速装置故障发生使得导叶全关闭时，这是发电机也将过渡到同步电动机的运行状态。
（三）发电机的其它运行状态
1.调相运行状态
调相运行状态就是发电机不向电网输送有功，而只向电网输送无功的状态。当发电机在长期进行调相运行状态时，有些装有低压闭锁过电流保护的发电机，通过对电流继电器进行接点短接，确保进行了低电压的保护。当电网电压表现过低时可以使得电机从电网中解列；而当电网电压恢复后，又能避免发电机遭受冲击而引起电网电压骤降。电网运行出现短路故障时，又能继续送出无功，有效确保了电网电压的恢复。
2.进相运行状态
当电力系统在运行中，如果出现无功功率过剩，电力系统的电压就会升高，影响电网的正常运行，此时将将发电机调整到进相运行状态，发出有功功率吸收无功功率就能起到降低电网电压的作用。确保是的电网处于较为稳定的运行状态中，但发电机一旦在进相运行状态下，也会产生相应的不良影响。通常由于进相运行对于发电机的不良影响因素较为复杂，需要一定时间内的运行才能及时发现问题。因此，日常在检修中，应仔细检查子绕组的各个部位有无异常并及时进行故障排除。
3.失磁运行状态
同步发电机失去直流励磁，称为失磁。一旦发电机失磁后，发电机就会经过同步振荡进入异步运行状态。一旦发电机失磁后应根据不同电力系统无功功率储备和机组类型的不同进行处理，有的发电机会允许发电机在失磁状态继续运行，而有的发电机则不允许在失磁状态下运行。对于调相机以及水轮发电机而言，无论两种发电机的系统无功功率储备如何，均不允许在失磁状态下运行。
二、PLC控制程序
PLC控制程序的应用，确保了发电机运行的高效、稳定，在发电机同步系统中是不可或缺的最重要的一环。PLC控制程序可以采用梯形图、语句表、功能块等多种形式进行表示。在PLC控制程序系统中大量的PLC功能块是标准处理功能的一个基本单元，由于该标准处理功能可以实现对控制单元进行事先定义，并且具有标准的处理功能，故，用户可以在发电机变量中自由设置地址和参数。另外，通过应用整套控制系统可以有效的将单一功能模块集约进行保存，从而使得该功能能模块也能够适用于PLC控制的其它系统。在同步电机控制系统中进行创建或调试控制程序时，反复的使用PLC控制的功能块，能够大大节省工作时长，可以有效减少和规避人为的操作错误。
三、总结
PLC作为当前电力、电气系统中最为先进的自动化控制装置，能够与多种电力电气应用设备进行融合提供系统服务。相较于同步性能要求较高的电机和运行环境下，可以通过PLC、矢量控制变频器、三相异步电动机以及脉冲编码器等系统架构起高性能的调速系统。伴随着计算机技术以及数字技术的高速发展以及广泛应用，自动化控制系统也将随着高新技术的发展逐渐提高其自动化系统要求的精度和满足自动化系统稳定运行的高性能。
参考文献：
[1]霍罡，樊晓兵.欧姆龙CP1H PLC应用基础与编程实践[M].北京.机械工业出版社.2009.
[2]杨敏，刘丹洁.可编程序控制器应用技术及实训[M].天津.天津大学出版社.2009.
【关键词】PLC 同步电机 应用
一、同步电机的主要类型及发电机基本结构
（一）同步电机的主要类型
按照运行方式以及功率的不同转换方式来看：同步电机中又分为发电机、电动机以及调相机三类。发电机主要是通过机械能转换为电能，电动机则将电能转换为机械能，而调相机主要是用来对电网的无功功率进行调节，能够显著改善电网的功率因数，通常没有功率转换的功能。
从机械原理而言，同步电机既可以做成旋转磁极式，也可以做成旋转电枢式。但是不论两种旋转方式选择哪种都要围绕电枢与磁场之间的相对运动速率进行设计，这也是电机结构进行调整的基础要求之一。在当前实践运行中的同步电机，为了确保运行可靠，基本上都采用旋转磁极式的结构。
（二）同步发电机运行状态
1.发电机处于“同步发电机运行”状态
当水利变电站的发电机并入电网以后，若不及时改变励磁电流，比如：只增加水轮机的出力，就会使得转子轴上的机械力矩不断增加，一旦要超过转子所能承受的电磁制动力矩，便会使得转子转速瞬间高于同步转速。此时，电机就在新的功率以及电势平衡状态下进行运转，由于定子电流表以及有功功率表指向某一数值，功率因数表会指向超前位置，这时候发电机就处于进相运行状态。当电机在该运行状态下应注意几个问题：
第一，当发电机由冷态并入电网并带有一定负荷时，为了确保电机温度不会过快升高，就要确保有效提升定转子线圈的绝缘寿命，通常要逐渐对其增加负荷。该运行状态时应密切监视发电机的冷却空气进出口的温度以及温升情况。
第二，由于小型水电站进行使用的水轮发电机，通常都有额定的功率因数显示在铭牌上，因此，进行励磁电流的调节应参考相对应功率。另外，由于无功电流不会产生电磁制动力矩，因此，根据电网无功的需求，水电站水轮机在枯水期运行时应做到少发有功多发无功。
第三，很多水电站面临电能消耗过高过快时，为了弥补由于用电高峰负荷时无功功率的欠缺，就会安装电容器，这些电容器很多由于不能自动进行投切。当电网负荷低谷时，如果不及时进行切除补偿电容器，电网电容性无功一旦大于电无功的需求量，电网就会产生过电压，从而导致部分发电机的进相运行。当电网运行过程出现过电压时，应确保电网内发电机在滞相功率因数下运行，就要及时切除过补偿电容器。
2.发电机处于“同步电动机运行”状态
当发电机进行调相运行时，一般会通过电网吸取有功来确保维持其运行的转动，这种运行状态就是同步电动机运行状态。通常一些小型的变电站在发电机解列操作的过程中，为了减少水轮机出力，就会降低其励磁电流，这时要密切监视表盘上指针的变化，如果发电机在定子电流接近零位时不能及时断开，就会使得电机转变为同步电机运行状态，而且往往是还是在“欠励磁”状态下进行运行，因此，通过电网吸取较大的无功，会容易引起电网的电压下降。另外，在运行过程中，如果水轮机的调速装置故障发生使得导叶全关闭时，这是发电机也将过渡到同步电动机的运行状态。
（三）发电机的其它运行状态
1.调相运行状态
调相运行状态就是发电机不向电网输送有功，而只向电网输送无功的状态。当发电机在长期进行调相运行状态时，有些装有低压闭锁过电流保护的发电机，通过对电流继电器进行接点短接，确保进行了低电压的保护。当电网电压表现过低时可以使得电机从电网中解列；而当电网电压恢复后，又能避免发电机遭受冲击而引起电网电压骤降。电网运行出现短路故障时，又能继续送出无功，有效确保了电网电压的恢复。
2.进相运行状态
当电力系统在运行中，如果出现无功功率过剩，电力系统的电压就会升高，影响电网的正常运行，此时将将发电机调整到进相运行状态，发出有功功率吸收无功功率就能起到降低电网电压的作用。确保是的电网处于较为稳定的运行状态中，但发电机一旦在进相运行状态下，也会产生相应的不良影响。通常由于进相运行对于发电机的不良影响因素较为复杂，需要一定时间内的运行才能及时发现问题。因此，日常在检修中，应仔细检查子绕组的各个部位有无异常并及时进行故障排除。
3.失磁运行状态
同步发电机失去直流励磁，称为失磁。一旦发电机失磁后，发电机就会经过同步振荡进入异步运行状态。一旦发电机失磁后应根据不同电力系统无功功率储备和机组类型的不同进行处理，有的发电机会允许发电机在失磁状态继续运行，而有的发电机则不允许在失磁状态下运行。对于调相机以及水轮发电机而言，无论两种发电机的系统无功功率储备如何，均不允许在失磁状态下运行。
二、PLC控制程序
PLC控制程序的应用，确保了发电机运行的高效、稳定，在发电机同步系统中是不可或缺的最重要的一环。PLC控制程序可以采用梯形图、语句表、功能块等多种形式进行表示。在PLC控制程序系统中大量的PLC功能块是标准处理功能的一个基本单元，由于该标准处理功能可以实现对控制单元进行事先定义，并且具有标准的处理功能，故，用户可以在发电机变量中自由设置地址和参数。另外，通过应用整套控制系统可以有效的将单一功能模块集约进行保存，从而使得该功能能模块也能够适用于PLC控制的其它系统。在同步电机控制系统中进行创建或调试控制程序时，反复的使用PLC控制的功能块，能够大大节省工作时长，可以有效减少和规避人为的操作错误。
三、总结
PLC作为当前电力、电气系统中最为先进的自动化控制装置，能够与多种电力电气应用设备进行融合提供系统服务。相较于同步性能要求较高的电机和运行环境下，可以通过PLC、矢量控制变频器、三相异步电动机以及脉冲编码器等系统架构起高性能的调速系统。伴随着计算机技术以及数字技术的高速发展以及广泛应用，自动化控制系统也将随着高新技术的发展逐渐提高其自动化系统要求的精度和满足自动化系统稳定运行的高性能。
参考文献：
[1]霍罡，樊晓兵.欧姆龙CP1H PLC应用基础与编程实践[M].北京.机械工业出版社.2009.
[2]杨敏，刘丹洁.可编程序控制器应用技术及实训[M].天津.天津大学出版社.2009.