rosshill直流组件原理

1第二节可控硅桥来自母线的三相交流电经断路器向可控硅SCR馈电，每相交流电源接两只SCR，一只SCR的阴极接直流（＋）母线，另一只SCR的阳极接直流（－）母线。三相交流电源共需6只SCR，A相接到A+和A-,B相接到B+和B-，C相接到C+和C-。A+、B+和C+SCR向直流（＋）母线馈电，A-、B-和C-SCR则向直流（－）母线馈电。直流母线经工况接触器接到各驱动直流电动机。SCR的通断由门极和阴极间所加的触发脉冲控制，使得SCR输出的直流电压在0～750VDC范围内可调，其输出电流为1650A时可连续运行，最大电流可达1800A(55摄氏度环境温度，输出电压及电流最大值由交流母线电压及SCR型号决定)。在可控硅交流侧的断路器上有一组辅助接点，上面的一组常开接点与面板‘SCRON’信号灯连接，另一开接点是指配接触器逻辑线路的一部分。断路器有一失压脱扣线圈（UVTRIP）,线圈正端接到＋14V直流电源上，负端经几个闭接点接到－14V直流电源上，这几个闭接点在下列危急状态下断开：1、有两个热敏元件TEMP1和TEMP2,各装在（＋）（－）直流母线上，当SCR结温超过125度时，热敏元件闭接点断开。2、保护SCR的熔断器由两只600A的熔断器并联装配而成，由此可获得等值于交流1380A的主熔断器。失压脱扣电路和各SCR的信号熔断器串联接线，而信号熔断器跨接在主熔断器上，如果主熔断器烧断，过电流便通过信号熔断器，造成信号熔断器熔断，这时通过熔断器上柱塞对连杆的挤压，致使微动开关闭接点断开。3、失压脱扣电路与2司钻控制台上的紧急停机按钮接点接在一起，紧急停机时，该闭接点断开。在SCR交流侧有三个电流互感器CT1、CT2和CT3，用来检测流入SCR的电流，电流互感器信号整流后作为电流反馈信号加到直流组件上去，并在控制面板上用直流电流表显示SCR输出电流的大小（每2.66V相当于SCR输出1000A电流）。为降低加于SCR的电压变化率dv/dt和电流变化率di/dt,避免SCR被误触发甚至击穿，在SCR交流侧串接电抗器REACTOR，并在SCR两端跨接由25欧电阻和1uF电容组成的阻容吸收电路。在SCR门极和阴极之间的脉冲变压器用来变换控制组件输出的触发脉冲，以便对SCR进行强触发。在SCR输出端的直流母线上跨接了一些串联电阻，以1：15的比率取出一部分电压，模拟SCR输出电压，送入直流组件为直流调节电路用。当SCR输出750VDC时，直流组件101－102间的电压为750/15=50V,同时在其中一组电阻上取出电压降，驱动面板上的SCR电压表。变压器T5提供46V的三相交流电供给PC1板，经PC1整流为60V直流，作为接触器电源，变压器T4给可控硅信号灯L1提供120VAC电源，当可控硅工作时，L1发光。T4副边的星形绕组还对直流组件提供六相120V电源（Vca、Vcb、Vab、Vba、Vbc和Vac，对应直流组件103～108），这些电源信号用于SCR同步触发脉冲，并产生正负14V的直流电源。3第三节浪涌电压抑制由于交流电路在接通和断开时会出现暂态过程，导致在可控硅输入端出现过电压，产生过电压的原因主要是与可控硅桥并联的其他负载切断时，或可控硅桥直流侧开关断开时，或断路器因故跳闸时，由于电源回路电感产生感应电势，造成过电压。这些过电压都是瞬时尖峰电压，通常用阻容吸收电路消除它们，一般称为浪涌电压抑制电路。下图就是一个整体式接法的RC电路，三相交流电经二极管D1～D6组成的三相整流桥整流后，给相串联的C3、C4和C5充电，若出现尖峰电压，则被C3、C4、C5、R8～R13的R15～R17等阻容网络吸收。由于这种整流式接法使电容放电不经过可控硅，对限制dv/dt值也有好处。由于C3、C4和C5是三个1500uF450V的大电容，它们本身还存在一些电感，这将影响对尖峰电压的吸收效果，因此在上述阻容两端再并联两个较小的电容C1和C2,依靠C1和C2对高频分量的吸收功能抵消寄生电感产生的影响。为了限制电源刚接通时过大的充电电流，在电容充电回路中串接一个10欧225瓦的限流电阻R1,使充电电流限制在84A以内，在电源接通的30ms后,继电器K1动作，使R1短路。电源切断时，C3、C4和C5等电容上的电荷由电阻网络经过一定时间泄放，所以在刚切断电源后的短时间内，决不可接触电路中的任何导体，以免触电。4K1:继电器D1～D6:二级管C1,C2:10uF1500VC3,C4,C5:1500uF450VR1:10欧225WR8～R13:100千欧2WR15～R17:310欧750W第四节直流控制组件框图直流控制组中安装着控制SCR的电子电路，其中有触发器和直调节器，它们组成一个具有反馈环节的自动控制系统，能自动地按来自控制台的指令调节电动机的速度和转矩，其方框图如下所示。由框图可看出，SCR传动系统由两个调节环组成，外环为电压（速度）环，内环为电流（转矩）环。来自司钻控制台的速度给定（SPEEDREF）与速度反馈（SPEEDFEEDBACK）信号综合产生一速度指令，速度指令经速度调节器Z7调节后与电流反馈信号综合产生触发给定信号，再送入触发器（FIRINGCCTS）。触发器产生触发脉冲（PULS），5控制SCR导通时间，改变SCR直流输出电压，从而调节电动机的转速和转矩。速度给定信号由司钻控制台上的变阻器手轮给定，从0到最大，变阻器可输出0到-8V的直流电压信号；绞车给定除了手轮控制外，另有脚踏指令控制器。电流反馈信号来自SCR三相交流进线的电流互感器，由于电动机转矩直接与电枢电流成正比（M=Cm￠Ia,其中Cm为电动机结构常数，￠为电动机磁通）,而SCR的交流输入电流大小与电动机的电枢电流近似成正比，因此用SCR三相交流进线电流互感器中的电流模拟电动机转矩，作为转矩反馈信号。速度反馈信号是电动机转速的模拟量，对于串励直流电动机，速度是电枢电压与磁通之比的函数，而磁通又是电枢电流的函数，它们的关系可由下列关系得到：由电动机的基本原理可知，电动机的电枢反电势为：Ea=Ce·n·￠式中Ce为电动机结构常数，n为电动机转速，￠为电动机每极磁通，由于电动机电压V与其电枢反电势Ea近似相等，因此可得出：N=V/(Ce·￠)上式表明，只要将电动机两端电压与磁极磁通￠利用除法器相除，即可得到与电动机转速成正比的速度反馈信号，ROSSHILL直流组件就是按这样的思路进行设置的。67第五节SCR触发触发电路为SCR产生触发脉冲，一个SCR单元的直流组件中共有六套相同的触发电路，一套触发电路触发一只SCR元件，如图2。由图4可知，从变压器T4逼边产生六相同步信号Vab、Vac、Vbc、Vba、Vca和Vcb，将这六相分别输入图2的六套触发电路中，这六套电路都是锯齿波同步触发电路，具有双脉冲、强触发等环节，这种电路调节范围宽、抗干扰、抗电网波动性好。它由同步移相与脉冲形成放大两部分组成，现以B+相触发电路为例分析其工作原理，在电容C303以前为同步移相电路，其后为脉冲形成放大电路。一、同步移相电路同步移相的原理是将变压器T4输入的正弦同步电压Vab变换成锯齿波电压，并将此锯齿波电压作为同步电压，再与直流触发给定电压比较，输入到Z3中，控制Z3的输出，以实现锯齿波移相的目的。图2中的波形①为正弦电压Vab的波形。在同步信号Vab的正半周，二极管D301截止，+10V电源通过R303、D303向电容C302充电，由于二极管D304与C302并联，所以C302上的电压就是D304上的正向管压降，为0.7V。如图2波形③4～8ms一段。在同步信号Vab的负半周，二极管D301导通，通过D301上的电流在R302上的压降使D303的阳极电位低于阴极电位，D303截止。C302上原有的正向管压降很快降为零，并由-10V电源经R303和R304的并联电路向C302反向充电，使C302上的电压上负下正，如波形③中8～16ms一段，反向充电时间常数为：8T充=R303×R304×C302/(R303+R304)当同步信号Vab由负半周变为正半周时，C302通过下列回路放电：C302－地－+10V电源－R302－D303－C302,放电时间常数为：T放=R302×C302放电使C302上的负电压值逐渐减小为零，并正向充电至0.7V。由于T放小于T充，所以C302的放电时间比充电时间短，如波形③中16～20ms一段。C302放完电后又正向充电至D304正向管压降电压，这样便在电容C302上形成一个锯齿波电压。将C302上的锯齿波电压通过R306输入到放大器Z3的同相端④点，该点电压波形与③点一致，只是由于R306有压降使其电位负值较③点小一些。在Z3反相端输入触发给定信号，在Z3中将两信号相比较，当锯齿波电压小于给定信号时，Z3输出正电平，如波形⑤中的2～13ms一段，当锯齿波电压大于给定信号电压时，Z3输出负电平，如波形⑤中13～18ms一段。可见Z3输出为一矩形脉冲。二、脉冲形成放大电路当⑤点电位为高电平时，13V电源使D312、D313导通，⑥点电位为以上两二极管的正向压降，约1.4V左右。这时C303上的压降约为11V左右。当⑤点电位位于13ms处由+12V跃至-12V时，由于C303上电压不能突变，所以⑥点电位跃变为24V左右，同时C303上电荷通过D307导通很快放电完，所以⑥点电位又很快升到原来的1.4V左右，从而形成⑥点13～15ms一段的脉冲波形。改变给定信号电压的大小，就能改变锯齿波电压与给定电压交9点，从而改变Z3输出电压，使⑤点波形的正负矩形波宽度改变，也就改变了⑥点脉冲产生的时刻，于是达到了移相的目的。由④点波形可看出，给定信号电压的调节范围为0～-2V，给定电压与锯齿波电压相交的时间范围在8～16ms之间，即有8ms的调节范围，相应的可调角度为：а＝360°×8×50/1000＝144°⑦点电压信号由相邻的以Vac为同步信号电压的另一触发电路送入，其电压波形同⑥点电压波形一样，只是其幅值经过R305的压降，比⑥点电压幅值小得多。⑥点电压再经过R309的压降后，同⑦点电压一样大。另外，两个脉冲在相位上相差约2.8ms,这将在后续双脉冲形成中详细讨论。⑥点和⑦点电压经过三极管Q301放大反相后得到⑧点波形，即两个正向脉冲，⑨点电压波形是将⑧点电压再经过三极管Q302放大反相后得到的，其幅值约为30V，这个脉冲再经过脉冲变压器的耦合，送到SCR的门极和阴极之间，以控制SCR的导通和截止。三、双脉冲形成三相SCR全控桥要求接连送出两个相隔60°的窄脉冲去触发SCR，图2中的每个触发电路，在一个周期内都可以连续送出两个相隔60°的窄脉冲，去触发一个SCR门极，仍以B+为例，其中第一个脉冲由本相触发电路产生，而第二个窄脉冲则由滞后60°的A-触发电路产生，即A-产生本相触发脉冲的同时，由D212正端经R305、D306送到B+相Q301基极，于是B+触发电路产生第二个脉冲，由于同步信10号正弦电压Vac在相信上比Vab滞后60°,所以在时间上，Vac滞后Vab：60°/(360°×50)=3.3ms(此处为后续计算方便，使用50HZ，不是图纸上的60HZ)此处D306的作用是防止前相的负脉冲送到后相中去，产生误触发。图2中触发顺序为：Vab-Vac-Vbc-Vca-Vcb-Vab，触发顺序是由电源相序A-B-C决定的，如果电源相序接反，可控硅桥便不能正常工作。第六节电流调节图1中Z8及其相关元件组成电流调节电路(PI调节器)，它的第一个输入信号是速度调节器输出的电流给定信号，这个信号来自由Z7组成的比例调节器，经R25和R39,到Z8的反相输入端。PI调节器的第二个输入信号是电流反馈信号，来自电流变换环节，从131端输入组件，经R7和R37到Z8反相输入端。反馈系数是2.66V/1000A。PI调节器的第三个输入信号是功率限制信号，由115端子输入，经R36、D25和R39到Z8反相输入端。当电网上任一发电机的输出功率超过额定值的95％时，从这条输入端输入一个正电