串联12脉波整流技术的功率扩展范文

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《电气传动自动化杂志》2014年第三期

1硬件设计与计算

在每台装置进线侧加装最小短路阻抗为2%换流电抗器（图1中的L11-L23），以解耦并联装置中浪涌吸收回路。在并联装置中，为保证各个装置均匀承载负载电流，各换流电抗器间的阻抗值的偏差尽可能小。一般情况下，实际应用中应限制在3%以内。在设计中，需考虑换流电抗器造成的压降。采用两台相同容量的整流变压器，分别供给主装置组和从装置组。两组整流装置必须用一个顺时针相序电源供电，并且从装置组相序滞后主装置组30°。变压器的额定容量ST是通过变压器的一次容量S1和二次容量S2来选择的。其中：α为从自然换相点算起的触发脉冲控制角；Um为α＝0时的整流电压波形峰值，三相全波为6姨U2；U2为整流变压器二次额定电压的有效值；m为交流电源一周内的整流电压脉波数。具体计算时，按照三相全桥计算单个整流变压器的容量，变压器二次额定电压的有效值U2按照下式计算：通过计算后，实际选择容量时在计算值的基础上增加10-15%的裕量。每台装置需配备平衡电阻，为保证当电枢电流为0时或者电枢电流很小时，每台装置承载1/x的电枢电压（x为并联的装置数），此平衡电阻将至少流过晶闸管最大反向电流。由于晶闸管使用宽脉冲触发，将造成反向电流增加。依经验而言，整流装置输出最大电枢电压时，平衡电阻上流过的电流不应过大，但也不能小于100mA。要使系统可靠稳定，装置进线侧需要加装过压保护装置，使整流装置免于电网侧三相供电系统浪涌过电压影响。过压保护的整定值不能高于整流器晶闸管所能承受的反向电压。负载时，分断变压器，一次侧断路器灭弧装置不能完全吸收变压器的电磁能量。若触发脉冲封锁，电磁能量将在变压器二次侧感应出过电压。此时，过压保护装置需吸收变压器的电磁能量，限制电压。空载时，分断变压器，过压保护装置还需吸收变压器的励磁能量。

2参数设置与调试

直流传动装置6RA70是目前在工业领域运用较多的调速装置之一，本文以6RA70为例，对串联12脉动整流技术的具体运用进行阐述。

2.1并行通讯6台装置的12脉动串联方案的参数设置与两台装置串联12脉动相比有所变化，较为复杂。3台并联的装置采用并行通讯的方式，将3台装置视为一组6脉动并联装置，联接方式如图2所示。6台装置之间的控制信号均通过并口通讯相互传递。

2.2参数优化设置在优化电流环前，需要将从装置组的电源切除，并将其直流输出端正负短接，因为电机优化时，电枢回路会流过120%的电枢电流，因此短接母排需要有足够的载流量。执行电流环优化，在电机不转的情况下，电枢回路电阻P110、电感P111、励磁回路电阻P112、电枢电流调节器的P增益P155、电枢回路时间常数P156、励磁电流调节器P增益P255、励磁电流调节器的积分时间P256和自然换相时间点的校正P826被设置。其中，P112、P156、P255、P256被正确设置，而P110、P111、P155、P826在12脉动运行时还需更改。优化过程中，若电机转动，说明电机中有剩磁，则优化出来的数据无效，需要抱闸后再优化。当然，如果现场有条件优化电流环时将电机机械锁死，最好直接机械锁死，优化速度环时，再打开锁定机构。若电流环优化成功，就可以优化6脉动速度环，优化时电动机会向电枢电压为正的方向旋转，然后减到静止，接着会再向相同方向旋转，然后快速静止，优化结束，整个过程需要时间大约为6s。此处优化出来的速度环参数P225、P226、P228可作为12脉动运行时调节速度环的基础数据。以上工作完成后，可恢复电枢回路，拆除短接母线，用专用并口通讯电缆连接6台装置的CUD2板的X165/166，通过此种通讯，主装置完成所有闭环控制任务，并为所有的从装置产生触发脉冲控制信号。此时设置6台装置的参数，准备试运行，而串联12脉动时的P110、P111、P155、P826应如何设置？通过并口通讯的主装置和从装置的U800分别等于1和2，当U800=1或2时，参数P826.001－006设置为0。电流环P增益P155设置为优化值的一半。下面具体阐述各种情况下，优化出来的P110和P111应如何更改、设置。并联电路的电阻电抗标幺检测可根据欧姆定律，单独一台装置工作，当输出A电压时电流达到B，按标幺值计算出的比值等于AB。此比值得出的过程为电压/电流，等于电阻参考值（结果不是实际值，还要将标幺值转换为实际值后）。X台装置并联工作，负载电阻不变，当每台输出A电压时电流达到每台BX，并联的电流和为B。每个单台继续按各自采集数据进行计算，按标幺值计算出的比值等于X×AB。因此，单台设备辨识的电阻值在并联时应当乘以并联数量。感应电动势计算公式：E＝L×didt，采样系统也是通过电压和电流采集进行的相关计算。因此，和电阻一样单台设备辨识的电感值在并联时应也当乘以并联数量。串联电路的电阻电抗标幺检测和并联电路方法一样：单独一台装置工作，当输出A电压时电流达到B，按标幺值计算出的比值等于AB。X台装置串联工作，负载电阻不变，当每台输出A电压时（串联电压和为X×A）电流达到每台B，串联的电流等于单台电流。每个单台继续按各自采集数据进行计算，按标幺值计算出的比值等于AX×B。因此，单台设备辨识的电阻值在串联时应当除以串联数量。电感同理。如表2所示，所有参数设置后，即可12脉动运行。以6脉动优化出来的速度环参数为基础、调整出最优、最稳定的12脉动速度环参数。

2.3防止动态环流此种系统并联的装置之间不能像12脉动并联系统一样加入RS485串口G-SST2进行信号互联实现转矩方向互锁，来防止正反组桥环流短路，原因在于，此系统并联的装置为主从装置，从装置的晶闸管完全听从于主装置的指令，加入转矩互锁在从装置上起不到任何作用，因此从理论上讲，此种系统的并联装置之间是不用加入转矩互锁来防止环流短路的。但是，从实际情况来说，两个装置的晶闸管特性参数并不完全相同，它们的开通关断时间略有差异，并且主装置对从装置的通讯，也会使从装置的晶闸管开通关断略晚于主装置，因此，防止逻辑环流是很有必要的。否则在电枢换向时，有可能发生并联的两个装置的正反组桥环流短路，轻则熔断快熔，重则击穿晶闸管。防止环流的方法有很多，这里介绍的是将自动换向部分的转换阈值P159和附加的无转矩时间间隔P160略微放大，但不能过大，过大会使换向时动态性能恶化。经验表明，无转矩时间间隔应在10－20ms。

2.4相序要求设置好参数12脉动试运行时，如果直流调速器的交流侧U、V、W三相的相序不是顺时针，就会在使能后1到2s后，报F042编码器故障，其实不是编码器故障，而是几台装置都有了电枢电压及EMF，而电机的转速却为0，装置才误判断为编码器故障。仔细观察会发现，装置的电枢电压，在报故障之前，会从0会迅速增加到几百，两组装置的电压互为相反数，所以电机不动。因此直流调速器的交流侧的相序一定要为顺时针，否则两组装置相互掣肘，误报故障，费时费力。

3满载半速功能

在一些特殊的工业应用领域，如矿井提升机、胶带运输机等负载允许在整流主回路有局部故障时，短时间内无法维修时，可切除有故障的整流器，暂时满载半速运行。配以适当的切换电路，串联12脉动方案可以实现此功能。在图1中，若A11、A12、A13（或A21、A22、A23）中的其中一台整流器有故障，可切除一组整流器，另外一组运行。一组整流器输出电压为电机额定电压的一半，因此电机速度只能达到额定速度的一半。这个功能在煤矿的主井提升机或运输胶带机上显得尤为重要。在设备重载提升时，若传动系统出现故障，可以不减载而最大速度降为一半，暂时维持生产。

4结束语

串联12脉动系统由于主回路复杂，相应的调节控制系统也有一些新技术问题需要解决。此方案在某铜矿提升机进行了现场运用，并就现场调试过程中出现的问题逐一解决。运行表明，此方案适用于直流大功率电机传动系统，串联12脉动电流扩展方案对单一的串并联电路进行了功率扩展，在一定程度上解决了6脉动系统产生的谐波问题，同时还具有满载半速功能。

作者：李博张明科曹喜生刘勇单位：天水电气传动研究所有限责任公司靖远煤电集团王家山矿西部钻探吐哈钻井公司