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《電氣傳動自動化雜志》2014年第三期

1硬件設(shè)計與計算

在每臺裝置進線側(cè)加裝最小短路阻抗為2%換流電抗器（圖1中的L11-L23），以解耦并聯(lián)裝置中浪涌吸收回路。在并聯(lián)裝置中，為保證各個裝置均勻承載負載電流，各換流電抗器間的阻抗值的偏差盡可能小。一般情況下，實際應(yīng)用中應(yīng)限制在3%以內(nèi)。在設(shè)計中，需考慮換流電抗器造成的壓降。采用兩臺相同容量的整流變壓器，分別供給主裝置組和從裝置組。兩組整流裝置必須用一個順時針相序電源供電，并且從裝置組相序滯后主裝置組30°。變壓器的額定容量ST是通過變壓器的一次容量S1和二次容量S2來選擇的。其中：α為從自然換相點算起的觸發(fā)脈沖控制角；Um為α＝0時的整流電壓波形峰值，三相全波為6姨U2；U2為整流變壓器二次額定電壓的有效值；m為交流電源一周內(nèi)的整流電壓脈波數(shù)。具體計算時，按照三相全橋計算單個整流變壓器的容量，變壓器二次額定電壓的有效值U2按照下式計算：通過計算后，實際選擇容量時在計算值的基礎(chǔ)上增加10-15%的裕量。每臺裝置需配備平衡電阻，為保證當電樞電流為0時或者電樞電流很小時，每臺裝置承載1/x的電樞電壓（x為并聯(lián)的裝置數(shù)），此平衡電阻將至少流過晶閘管最大反向電流。由于晶閘管使用寬脈沖觸發(fā)，將造成反向電流增加。依經(jīng)驗而言，整流裝置輸出最大電樞電壓時，平衡電阻上流過的電流不應(yīng)過大，但也不能小于100mA。要使系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，裝置進線側(cè)需要加裝過壓保護裝置，使整流裝置免于電網(wǎng)側(cè)三相供電系統(tǒng)浪涌過電壓影響。過壓保護的整定值不能高于整流器晶閘管所能承受的反向電壓。負載時，分斷變壓器，一次側(cè)斷路器滅弧裝置不能完全吸收變壓器的電磁能量。若觸發(fā)脈沖封鎖，電磁能量將在變壓器二次側(cè)感應(yīng)出過電壓。此時，過壓保護裝置需吸收變壓器的電磁能量，限制電壓。空載時，分斷變壓器，過壓保護裝置還需吸收變壓器的勵磁能量。

2參數(shù)設(shè)置與調(diào)試

直流傳動裝置6RA70是目前在工業(yè)領(lǐng)域運用較多的調(diào)速裝置之一，本文以6RA70為例，對串聯(lián)12脈動整流技術(shù)的具體運用進行闡述。

2.1并行通訊6臺裝置的12脈動串聯(lián)方案的參數(shù)設(shè)置與兩臺裝置串聯(lián)12脈動相比有所變化，較為復(fù)雜。3臺并聯(lián)的裝置采用并行通訊的方式，將3臺裝置視為一組6脈動并聯(lián)裝置，聯(lián)接方式如圖2所示。6臺裝置之間的控制信號均通過并口通訊相互傳遞。

2.2參數(shù)優(yōu)化設(shè)置在優(yōu)化電流環(huán)前，需要將從裝置組的電源切除，并將其直流輸出端正負短接，因為電機優(yōu)化時，電樞回路會流過120%的電樞電流，因此短接母排需要有足夠的載流量。執(zhí)行電流環(huán)優(yōu)化，在電機不轉(zhuǎn)的情況下，電樞回路電阻P110、電感P111、勵磁回路電阻P112、電樞電流調(diào)節(jié)器的P增益P155、電樞回路時間常數(shù)P156、勵磁電流調(diào)節(jié)器P增益P255、勵磁電流調(diào)節(jié)器的積分時間P256和自然換相時間點的校正P826被設(shè)置。其中，P112、P156、P255、P256被正確設(shè)置，而P110、P111、P155、P826在12脈動運行時還需更改。優(yōu)化過程中，若電機轉(zhuǎn)動，說明電機中有剩磁，則優(yōu)化出來的數(shù)據(jù)無效，需要抱閘后再優(yōu)化。當然，如果現(xiàn)場有條件優(yōu)化電流環(huán)時將電機機械鎖死，最好直接機械鎖死，優(yōu)化速度環(huán)時，再打開鎖定機構(gòu)。若電流環(huán)優(yōu)化成功，就可以優(yōu)化6脈動速度環(huán)，優(yōu)化時電動機會向電樞電壓為正的方向旋轉(zhuǎn)，然后減到靜止，接著會再向相同方向旋轉(zhuǎn)，然后快速靜止，優(yōu)化結(jié)束，整個過程需要時間大約為6s。此處優(yōu)化出來的速度環(huán)參數(shù)P225、P226、P228可作為12脈動運行時調(diào)節(jié)速度環(huán)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。以上工作完成后，可恢復(fù)電樞回路，拆除短接母線，用專用并口通訊電纜連接6臺裝置的CUD2板的X165/166，通過此種通訊，主裝置完成所有閉環(huán)控制任務(wù)，并為所有的從裝置產(chǎn)生觸發(fā)脈沖控制信號。此時設(shè)置6臺裝置的參數(shù)，準備試運行，而串聯(lián)12脈動時的P110、P111、P155、P826應(yīng)如何設(shè)置？通過并口通訊的主裝置和從裝置的U800分別等于1和2，當U800=1或2時，參數(shù)P826.001－006設(shè)置為0。電流環(huán)P增益P155設(shè)置為優(yōu)化值的一半。下面具體闡述各種情況下，優(yōu)化出來的P110和P111應(yīng)如何更改、設(shè)置。并聯(lián)電路的電阻電抗標幺檢測可根據(jù)歐姆定律，單獨一臺裝置工作，當輸出A電壓時電流達到B，按標幺值計算出的比值等于AB。此比值得出的過程為電壓/電流，等于電阻參考值（結(jié)果不是實際值，還要將標幺值轉(zhuǎn)換為實際值后）。X臺裝置并聯(lián)工作，負載電阻不變，當每臺輸出A電壓時電流達到每臺BX，并聯(lián)的電流和為B。每個單臺繼續(xù)按各自采集數(shù)據(jù)進行計算，按標幺值計算出的比值等于X×AB。因此，單臺設(shè)備辨識的電阻值在并聯(lián)時應(yīng)當乘以并聯(lián)數(shù)量。感應(yīng)電動勢計算公式：E＝L×didt，采樣系統(tǒng)也是通過電壓和電流采集進行的相關(guān)計算。因此，和電阻一樣單臺設(shè)備辨識的電感值在并聯(lián)時應(yīng)也當乘以并聯(lián)數(shù)量。串聯(lián)電路的電阻電抗標幺檢測和并聯(lián)電路方法一樣：單獨一臺裝置工作，當輸出A電壓時電流達到B，按標幺值計算出的比值等于AB。X臺裝置串聯(lián)工作，負載電阻不變，當每臺輸出A電壓時（串聯(lián)電壓和為X×A）電流達到每臺B，串聯(lián)的電流等于單臺電流。每個單臺繼續(xù)按各自采集數(shù)據(jù)進行計算，按標幺值計算出的比值等于AX×B。因此，單臺設(shè)備辨識的電阻值在串聯(lián)時應(yīng)當除以串聯(lián)數(shù)量。電感同理。如表2所示，所有參數(shù)設(shè)置后，即可12脈動運行。以6脈動優(yōu)化出來的速度環(huán)參數(shù)為基礎(chǔ)、調(diào)整出最優(yōu)、最穩(wěn)定的12脈動速度環(huán)參數(shù)。

2.3防止動態(tài)環(huán)流此種系統(tǒng)并聯(lián)的裝置之間不能像12脈動并聯(lián)系統(tǒng)一樣加入RS485串口G-SST2進行信號互聯(lián)實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩方向互鎖，來防止正反組橋環(huán)流短路，原因在于，此系統(tǒng)并聯(lián)的裝置為主從裝置，從裝置的晶閘管完全聽從于主裝置的指令，加入轉(zhuǎn)矩互鎖在從裝置上起不到任何作用，因此從理論上講，此種系統(tǒng)的并聯(lián)裝置之間是不用加入轉(zhuǎn)矩互鎖來防止環(huán)流短路的。但是，從實際情況來說，兩個裝置的晶閘管特性參數(shù)并不完全相同，它們的開通關(guān)斷時間略有差異，并且主裝置對從裝置的通訊，也會使從裝置的晶閘管開通關(guān)斷略晚于主裝置，因此，防止邏輯環(huán)流是很有必要的。否則在電樞換向時，有可能發(fā)生并聯(lián)的兩個裝置的正反組橋環(huán)流短路，輕則熔斷快熔，重則擊穿晶閘管。防止環(huán)流的方法有很多，這里介紹的是將自動換向部分的轉(zhuǎn)換閾值P159和附加的無轉(zhuǎn)矩時間間隔P160略微放大，但不能過大，過大會使換向時動態(tài)性能惡化。經(jīng)驗表明，無轉(zhuǎn)矩時間間隔應(yīng)在10－20ms。

2.4相序要求設(shè)置好參數(shù)12脈動試運行時，如果直流調(diào)速器的交流側(cè)U、V、W三相的相序不是順時針，就會在使能后1到2s后，報F042編碼器故障，其實不是編碼器故障，而是幾臺裝置都有了電樞電壓及EMF，而電機的轉(zhuǎn)速卻為0，裝置才誤判斷為編碼器故障。仔細觀察會發(fā)現(xiàn)，裝置的電樞電壓，在報故障之前，會從0會迅速增加到幾百，兩組裝置的電壓互為相反數(shù)，所以電機不動。因此直流調(diào)速器的交流側(cè)的相序一定要為順時針，否則兩組裝置相互掣肘，誤報故障，費時費力。

3滿載半速功能

在一些特殊的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，如礦井提升機、膠帶運輸機等負載允許在整流主回路有局部故障時，短時間內(nèi)無法維修時，可切除有故障的整流器，暫時滿載半速運行。配以適當?shù)那袚Q電路，串聯(lián)12脈動方案可以實現(xiàn)此功能。在圖1中，若A11、A12、A13（或A21、A22、A23）中的其中一臺整流器有故障，可切除一組整流器，另外一組運行。一組整流器輸出電壓為電機額定電壓的一半，因此電機速度只能達到額定速度的一半。這個功能在煤礦的主井提升機或運輸膠帶機上顯得尤為重要。在設(shè)備重載提升時，若傳動系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可以不減載而最大速度降為一半，暫時維持生產(chǎn)。

4結(jié)束語

串聯(lián)12脈動系統(tǒng)由于主回路復(fù)雜，相應(yīng)的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)也有一些新技術(shù)問題需要解決。此方案在某銅礦提升機進行了現(xiàn)場運用，并就現(xiàn)場調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題逐一解決。運行表明，此方案適用于直流大功率電機傳動系統(tǒng)，串聯(lián)12脈動電流擴展方案對單一的串并聯(lián)電路進行了功率擴展，在一定程度上解決了6脈動系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波問題，同時還具有滿載半速功能。

作者：李博張明科曹喜生劉勇單位：天水電氣傳動研究所有限責任公司靖遠煤電集團王家山礦西部鉆探吐哈鉆井公司