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《電氣傳動自動化雜志》2014年第三期

1硬件設計與計算

在每臺裝置進線側加裝最小短路阻抗為2%換流電抗器（圖1中的L11-L23），以解耦并聯裝置中浪涌吸收回路。在并聯裝置中，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，實際應用中應限制在3%以內。在設計中，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為交流電源一周內的整流電壓脈波數。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為并聯的裝置數），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，將造成反向電流增加。依經驗而言，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過大，但也不能小于100mA。要使系統可靠穩定，裝置進線側需要加裝過壓保護裝置，使整流裝置免于電網側三相供電系統浪涌過電壓影響。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，一次側斷路器滅弧裝置不能完全吸收變壓器的電磁能量。若觸發脈沖封鎖，電磁能量將在變壓器二次側感應出過電壓。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。

2參數設置與調試

直流傳動裝置6RA70是目前在工業領域運用較多的調速裝置之一，本文以6RA70為例，對串聯12脈動整流技術的具體運用進行闡述。

2.1并行通訊6臺裝置的12脈動串聯方案的參數設置與兩臺裝置串聯12脈動相比有所變化，較為復雜。3臺并聯的裝置采用并行通訊的方式，將3臺裝置視為一組6脈動并聯裝置，聯接方式如圖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。

2.2參數優化設置在優化電流環前，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。執行電流環優化，在電機不轉的情況下，電樞回路電阻P110、電感P111、勵磁回路電阻P112、電樞電流調節器的P增益P155、電樞回路時間常數P156、勵磁電流調節器P增益P255、勵磁電流調節器的積分時間P256和自然換相時間點的校正P826被設置。其中，P112、P156、P255、P256被正確設置，而P110、P111、P155、P826在12脈動運行時還需更改。優化過程中，若電機轉動，說明電機中有剩磁，則優化出來的數據無效，需要抱閘后再優化。當然，如果現場有條件優化電流環時將電機機械鎖死，最好直接機械鎖死，優化速度環時，再打開鎖定機構。若電流環優化成功，就可以優化6脈動速度環，優化時電動機會向電樞電壓為正的方向旋轉，然后減到靜止，接著會再向相同方向旋轉，然后快速靜止，優化結束，整個過程需要時間大約為6s。此處優化出來的速度環參數P225、P226、P228可作為12脈動運行時調節速度環的基礎數據。以上工作完成后，可恢復電樞回路，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控制任務，并為所有的從裝置產生觸發脈沖控制信號。此時設置6臺裝置的參數，準備試運行，而串聯12脈動時的P110、P111、P155、P826應如何設置？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P826.001－006設置為0。電流環P增益P155設置為優化值的一半。下面具體闡述各種情況下，優化出來的P110和P111應如何更改、設置。并聯電路的電阻電抗標幺檢測可根據歐姆定律，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（結果不是實際值，還要將標幺值轉換為實際值后）。X臺裝置并聯工作，負載電阻不變，當每臺輸出A電壓時電流達到每臺BX，并聯的電流和為B。每個單臺繼續按各自采集數據進行計算，按標幺值計算出的比值等于X×AB。因此，單臺設備辨識的電阻值在并聯時應當乘以并聯數量。感應電動勢計算公式：E＝L×didt，采樣系統也是通過電壓和電流采集進行的相關計算。因此，和電阻一樣單臺設備辨識的電感值在并聯時應也當乘以并聯數量。串聯電路的電阻電抗標幺檢測和并聯電路方法一樣：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臺裝置串聯工作，負載電阻不變，當每臺輸出A電壓時（串聯電壓和為X×A）電流達到每臺B，串聯的電流等于單臺電流。每個單臺繼續按各自采集數據進行計算，按標幺值計算出的比值等于AX×B。因此，單臺設備辨識的電阻值在串聯時應當除以串聯數量。電感同理。如表2所示，所有參數設置后，即可12脈動運行。以6脈動優化出來的速度環參數為基礎、調整出最優、最穩定的12脈動速度環參數。

2.3防止動態環流此種系統并聯的裝置之間不能像12脈動并聯系統一樣加入RS485串口G-SST2進行信號互聯實現轉矩方向互鎖，來防止正反組橋環流短路，原因在于，此系統并聯的裝置為主從裝置，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，此種系統的并聯裝置之間是不用加入轉矩互鎖來防止環流短路的。但是，從實際情況來說，兩個裝置的晶閘管特性參數并不完全相同，它們的開通關斷時間略有差異，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斷略晚于主裝置，因此，防止邏輯環流是很有必要的。否則在電樞換向時，有可能發生并聯的兩個裝置的正反組橋環流短路，輕則熔斷快熔，重則擊穿晶閘管。防止環流的方法有很多，這里介紹的是將自動換向部分的轉換閾值P159和附加的無轉矩時間間隔P160略微放大，但不能過大，過大會使換向時動態性能惡化。經驗表明，無轉矩時間間隔應在10－20ms。

2.4相序要求設置好參數12脈動試運行時，如果直流調速器的交流側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，而電機的轉速卻為0，裝置才誤判斷為編碼器故障。仔細觀察會發現，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，所以電機不動。因此直流調速器的交流側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

在一些特殊的工業應用領域，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。配以適當的切換電路，串聯12脈動方案可以實現此功能。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。在設備重載提升時，若傳動系統出現故障，可以不減載而最大速度降為一半，暫時維持生產。

4結束語

串聯12脈動系統由于主回路復雜，相應的調節控制系統也有一些新技術問題需要解決。此方案在某銅礦提升機進行了現場運用，并就現場調試過程中出現的問題逐一解決。運行表明，此方案適用于直流大功率電機傳動系統，串聯12脈動電流擴展方案對單一的串并聯電路進行了功率擴展，在一定程度上解決了6脈動系統產生的諧波問題，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