浅议晶闸管直流调速系统的定相与动态调试

1、浅议晶闸管直流调速系统的定相与动态调试摘要介绍利用示波器结合晶闸管电路特点进行定相操作的详实过程，推荐一种快速识别变压器联接组别及根据组别联接变压器的一种实用方法。通过利用波形分析对PI调节器性能的动态分析与测试，探讨一种利用慢扫描长余辉示波器检测、调试系统的一种手段。关键词 定相 联接组别 慢扫描长余辉示波器 动态调试0 引言随着交流变频调速技术的发展，虽然直流调速一统天下的格局已被打破，但由于其具有良好的起动、制动、正反转及调速性能，目前在调速领域中仍占有一定地位，特别是一些对精度、快速性要求较高的场合，仍倍受亲睐。直流调速系统结构形式种类繁多，本文以广泛应用的晶闸管三相全控桥不可逆、双闭

2、环调速系统为例介绍系统调试的一些方法与技巧。由于直流调速系统涉及电力电子、变压器、电机、电工电子等诸多电学领域，掌握其工作原理及检测调试方法，对提高综合电气水平大有裨益，利用其相关原理及方法学习与解决其它自动控制系统有触类旁通之感，必将事半功倍。系统的动态调试是指根据负载性质对系统的要求调整系统参数，以满足动态性能指标。如上升时间、最大超调量、调节时间、动态速降等。实现充分发挥电机潜力，适应生产工艺要求的目标。1 同步的概念从直流电动机的转速公式可知，改变n的方法有三种：即改变U、Ra、。由于调压调速卓越的性能被广泛采用，本文只介绍晶闸管直流调压调速，以三相全控桥为例。如图一，每一晶闸管VT的

3、触发脉冲Ug的出现时刻应与主电路电压保持一定的相位关系，即所谓同步。同步迁涉到主电路电源相序，整流变压器TR、同步变压器TS的联接组别，以及各种型式触发器的具体要求，有的还涉及滤波引起的相位滞后问题，这就要求正确选择同步变压器以及核对TR与TS的相序。U1W1V1us（-W）us（-U）us（-V）usWusVusUUWUVUUVT5VT3VT1VT6VT4VT2M同步变压器TS ( a )图一Ug1（VT1） usU1CFUg2（VT2）us（-W） 2CFUg4（VT4）us（-U） 4CFUg6（VT6）us（-V） 6CFUg3（VT3） usV3CFUg5（VT5） usW5CF (

4、 b )uWUuVVUuUUuUUuaUugUug1Uug2Uug3Uug4Uug56Uug61Uug1Uug2U00t1t2t3t4t5t6t7t8tt ( c )图一2 确定并正确联接同步变压器3003001500USUUU1V1USUVUUUUV(10)(5)图二2.1首先确定TR与TS的相位差，确定TS的联接组别。例：TR联接组别为，TS滞后TR1500，由矢量图（如图二）得TS联接组别为。2.2下一步的关键在于准确识别、选择或联接变压器，以满足定相要求。矢量图法应熟练掌握，但在实际应用中此法比较繁琐，且须动笔作图，工作现场往往比较嘈杂，容易出错，本人在工作中总结出一种快速识别和联接变

5、压器的方法，经大量矢量图反复验证，确实可行，介绍如下：U V WU1 V1 W1图三Y/Y-12U1 V1 W1U1 V1 W1D/Y-11 ( a )D/Y-1U V WU V W ( b )图四 记住口诀矢量原点要定位，星星十二基准位，原边顺角超前位，级次角顺要后退，极性相背反向退，星转角移四点对。 解释一：以作为矢量基准，即起始原点，其它所有联接组别均由演变而来；如图三。 解释二：若一次改接为三角形联接，二次仍为星形联接，此组别以30O相位差移相，超前 30O（1点）而变为，如图四(a)，若一次改接为反三角形联接，二次仍为星形联接，则滞后于 30O而变为，如图四(b)，即所谓“原边顺角超

6、前位”。Y/D-1 ( a )U V WU1 V1 W1D/Y-11U V W ( b )图五U1 V1 W1 解释三：一次星形联接不变，二次改为三角形联接，同样产生与 30O 相位差。顺、反三角形，超前、滞后的关系与一次改接情况相反，即顺三角形联接滞后30O ，反三角形联接超前30O ，如图五，所谓“级次角顺要后退”。U V WD/D-2 ( a )U1 V1 W1D/D-12 ( b )U1 V1 W1U V W图六 解释四：若一、二次均变为三角形联接，按照前述一、二次侧变化产生的相位差作代数和求出总的相位差即可。如图六（a） 一次（-300），二次（-300），（-300）+（-300）

7、=-600 ，滞后600，即2点钟，联接组别。图六（b）一次（-300），二次（+300），（-300）+（+300）=00，相位差00 即为联接组别。D/D-6 ( a )U1 V1 W1U V WY/Y-6U V WU1 V1 W1 ( b )图七 若一、二次同名端相反，即所谓反极性，在上述判别基础上相差六点，曰：“极性相背反向退”，如图七a、b，点，联接组别由12点钟变为6点钟。 若相间移位，在上述判断后，顺相序方向移动一相，滞后1200，加4点，如图八（a）点，组别号由11点变为3点钟。逆相序方向移动一相超前1200，减4点，图八（b）点，组别号由12点变为8点钟。D/Y-3W U V

8、U1 V1 W1 ( a )Y/Y-8V W UU1 V1 W1 ( b )图八 综上所述，由变压器联接图即可目测判断组别；由组别也可直接画出联接图，而无需通过矢量图识别与联接，准确、方便，通俗易懂。此联接组别快速识别法同样适用于电力变压器，方式的识别与联接，但不适用于Z形方式的识别与联接。WVUUuU0t2图九3 确定主电源相序三相交流电源波形图如图九，相序应为UVWU，即V相滞后U相1200，W相滞后V相1200，当设备初次运行或检修后运行难免错乱，必须核查与调整，使其符合要求。步骤如下：3.1 主电路负载开路，触发电路关闭。3.2 将示波器探头CH1地夹接主电源PE，CH1探头搭接在主电

9、源U相端子，调节示波器X轴灵敏度，使正弦波半个周期占据3格，每格600。3.3 将探头CH2搭接到电源V相端子。若示波器显示图十(a)波形CH2的波形比CH1的波形滞后1200，可知CH1测得为U相，CH2所测为V相波形。否则波形显示为图十(b)，CH2测得的是W相，此时，将W与V调换即可。4 校对同步变压器与整流变压器的相位关系4.1 首先校对同步变压器的二次侧相序，方法与主电路相同，不再赘述。UW ( b )UV ( a )图十4.2 同步变压器虽然为顺相序，并不意味与主电路之间相位协调，还需检查TS与TR的相位差，看是否一一对应。步骤： 将TR与TS二次侧中性线短接，用CH1地夹住。 C

10、H1接TR U相，CH2接TS U相。 观察波形是否符合前文2.1中述及的相位差，若符合说明TR与TS相位一一对应，若不符合，则在不改变TS相序的前提下，整体移接TS一次侧即：UV VW WU，直至符合TR与TS的相位差要求。5 检查测量触发脉冲顺序图一所示主电路中的晶闸管导通顺序：VT1VT2VT3VT4VT5VT6VT1，对应的触发器脉冲为Ug1Ug2Ug3Ug4Ug5Ug6Ug1，每路脉冲依次滞后前一相600。步骤：5.1 关断主电路，触发电路工作，有脉冲输出。5.2 将CH1探头地夹住TS二次侧星点，CH1接Usa，并调整半个周期为3格。5.3 CH2探头接Ug1(若使用脉冲变压器接测

11、试点即可)。Ug6Ug6 ( c )Ug1Ug1 ( a )Ug2Ug2 ( b )图十一5.4 依次换接Ug1、Ug2、Ug3、Ug4、Ug5、Ug6脉冲分别显示在示波器上，如图十一(a) 为Ug1，(b)为Ug2，(c)为Ug6。这说明脉冲顺序正确，否则应检查前面步骤，直到正确为止。6 初相位及移相范围的整定在给定值为零时，触发脉冲出现时使得Ud=0，一般整定在略大于900。步骤：6.1 根据前文TR与TS的相位差，结合的具体要求，折算出满足要求时TS与脉冲的相位关系。6.2 主电路断开，触发电路工作。6.3 CH1地接TS星点，CH1探头接TS Usu，CH2接脉冲或测试点。6.4 调节

12、负偏压，使Usa与脉冲满足6.1的相位关系。6.5 加上控制电压，并调节，在时，加以限幅。7 双闭环直流调速系统的动态检测与调试7.1 系统构成与工作原理MACR+V-VRP9RP8ACR+V-VRP4RP3UgTGRP5TA图十二双闭环直流调速系统是晶闸管变流技术与自动控制技术相结合的复杂控制系统，动态调试更是关键。典型原理电路如图十二。为使转速、电流双闭环调速系统具有良好的动静态特性，转速和电流两个调节器都采用PI调节器，转速和电流都采用负反馈闭环。这就要求转速给定电压Ug和转速反馈电压Un的极性相反，电流给定电压与电流反馈电压Ufa的极性相反，由晶闸管触发装置移相特性要求，可决定电流调节

13、器ACR输出电压Uc的极性。转速给定电压Ug与转速反馈电压Ufs比较后，加在转速调节器ASR的输入端，电动机的转速由给定电压Ug决定，ASR的输出电压Us作为电流给定电压加在电流调节器的输入端，电流调节器ACR的输出电压Uc作为控制电压加在触发器上，晶闸管可控整流装置输出整流电压，以保证电动机在给定转速下运转。ASR输出限幅值对应为最大电流给定值，取决于电动机的过载能力和系统对最大加速度的要求。ACR输出限幅限制。电流调节器设计为不饱和，而转速调节器设计为饱和与不饱和两种情况。调节器饱和输出时输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，只有在输入端加反向的才能使调节器退出饱和，调节器不饱和时，输出小

14、于限幅值，比例积分作用可使输入偏差在稳态时始终为零。但由于ASR、ACR的积分保持（记忆）作用，ASR和ACR都有恒定的输出电压。实现转速和电流无静差。VV+UiUORP1RfCfRiR图十三7.2 PI调节器性能测试与波形分析PI调节器是系统核心，必须掌握其性能原理图如图十三输入与输出的关系： PI调节器的工作过程：当输入电压突然加上时，电容C相当于短路，这时便是一个比例调节器。因此，输出量产生一个立即响应输出量的跳变，随着对电容的充电，输出电压逐渐升高，这时相当于一个积分环节。只要，U0将继续增长下去，直到时，才达到稳定状态。测试方法： 按图十三接线，将慢扫描长余辉示波器耦合方式置GND，

15、垂直方式置双踪CHOP(断续)，通过垂直位移将两条扫描基线调置适当位置，耦合方式置DC，Y轴灵敏度调至2V，X轴灵敏度置1S，亮度不要太亮，聚焦不要太实，以免长期观察损伤示波器。CH1接Ui，CH2接U0。 将积分电容短接放电，输入端接地，调整调零电位器，使输出为零，实现零输入零输出。 松开电容短接线，缓缓地将输入给定电压正向增大，输出亦缓缓地反向增大，然后缓缓地将给定调到零，输出波形将近似保持水平(由于电容漏电，波形很缓慢地向基线靠拢)，在示波器上可以看到光点缓慢移动留下余辉的波形。 如果给定电压突降，输出波形将跳变(比例起作用)，然后缓缓负向增大(积分起作用)。UiUO00图十四tt 若给

16、定电压值经比例放大超过输出饱和值，输出将跳变至饱和值，此后积分看上去不起作用，但无论给定在变号前怎样突变，输出仍不变，实际上这是电容的作用。当给定反向(变号)时输出才会减小(绝对值)。 增大比例常数，提高放大倍数，给定突变时，输出变化增大，反之减小.上述波形如图十四。 增大积分电容，积分时间延长，输出波形变坡，反之变陡。了解了PI调节器的工作原理，波形变化过程，各参数对波形的影响，在系统调试时根据波形分析系统动态性能，正确连接并调整参数。id0t图十五在实际调试中，将示波器探头接在ASR或ACR输入、输出点上，观察波形，对照前文述及PI调节器原理，分析各项性能指标，电流波形应如图十五，一般来说振荡只允许1-2次，且超调在10%以内，适当调整比例常数，结合拖动负载的要求，对系统进行动态监测，根据负载对超调量、稳定性、速降等要求进行边测量边调整，并模拟一些生产中可能出现的特