论文部分内容阅读
一、晶闸管变流技术及同步案例概况简介
晶闸管变流技术是电能的变换，包括电压、电流和频率；主要用于可控整流、逆变、斩波、变频、开关等，晶闸管全称晶体闸流管，它最重要的特性是正向导通的可控性，具有容量大、效率高、控制特性好等优点；可控性是指触发电路在晶闸管承受正偏压时，在需要导通时刻向晶闸管发出一个足够幅度和宽度的正脉冲迫使晶闸管导通，触发电路有移相触发和过零触发两种形式，通常采用移相触发，移相触发电路种类繁多，通常采用正弦波移相触发和锯齿波移相触发，本案例采用正弦波移相触发。晶闸管变流技术在现实生活中得到广泛应用，是挖泥船，其中港口航道疏浚工程吸引式挖泥船的主要施工设备抽沙泵采用直流调速电动机拖动，利用抽沙泵吸引细粒径的沙石和淤泥方法进行港口航道工程疏浚。
二、案例原因分析
1.画出电动机直流调速系统的电气原理图及其分析
从上面的电气原理图可知：直流调速电动机的调速系统主要由三相全控整流桥、同步变压器和触发路组成；它的工作原理是通过改变触发脉冲的脉冲时刻（控制角a）来调节晶闸管在一个周期内的导通时间，从而改变输出电压Ud的大小对电动机进行调速。晶闸管的导通条件是在承受正偏压的同时给控制极加上一个足够能量的触发脉冲，因此主电路电压Ua与脉冲触发时刻有着严格的时间关系；而脉冲的触发时刻是由同步信号电压Us控制，那么主电路电压Ua与同步信号电压Us有着密切的相位关系，称这种关系为‘同步’或‘定相’。Ua与Us的同步是通过同步变压器TS来实现，由晶闸管类别和同步信号电压的种类决定同步变压器的联接组别。正弦波移相时：npn管Ua超前Us 120°pnp管Ua滞后Us 60°；锯齿波移相时：npn管Ua与Us 反相，pnp管Ua与Us同相。主电路电压Ua与同步信号电压Us必须保持同步，否则在需要触发时没有脉冲输出，晶闸管无法换流，从而使系统不能正常工作。
2.画出电动机直流调速系统的时序图及其分析：
设控制角a=0°，Ua与Us同步：共阳极组晶闸管VT1、VT3、VT5依次在 t1、t3、t5时刻换流，每管导通通120°；共阴极组晶闸管VT2、VT4、VT6依次在 t2、t4、t6时刻换流也是管导通120°。換流顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6相隔均为60°，两者同步时U、V、W三相输出电压波形均为方矩圆顶且相同，总的输出电压Ud=2.34U2的波形为六峰头的三相整流桥波的叠加，振荡幅度为13%U2m比较平坦。
同步变压器的输入电源V相与W相对换，其他不变：由于同步变压器的输入电源V相与W相对换，同步信号电压Us也发生相应的变化，接到2CF上的同步信电压为Us（-v）而不是原来的Us（-w），那么G2脉冲的输出比原来滞后240°同理G3脉冲的输出比原来滞后120°G5脉冲的输出比原来超前120°G6脉冲的输出比原来超前240°，G1和G4输出保持不变。所以脉冲的输出顺序变为G1—G6—G5—G4—G3—G2而晶闸管的换流顺序也发生变化。分析如何改变？在t1时刻G1脉冲触发共阳极组晶闸管VT1导通，与G2二次脉冲触发共阴极组晶闸管VT2导通，而VT4 、VT5转为载止；形成回路；在t2时刻G6脉冲触发共阴极组晶闸管VT6，但是VT2比VT6导通条件更优越，VT6无法开通，原来导通的VT2继续；在t3时刻G5脉冲触发共阳极组晶闸管VT5，W相取于谷点VT5无法开通，原来导通的VT1继续；在t4时刻G4脉冲触发共阴极组晶闸管VT4导通，G5二次脉冲触发共阳极组晶闸管VT5导通，而VT2 、VT1转为载止；在t5时刻G3脉冲触发共阳极组晶闸管VT3，但是VT5比VT3导通条件更优越， VT3无法开通，原来导通的VT5继续；在t6时刻G2脉冲触发共阴极组晶闸管VT2，但是VT4比VT6导通条件更优越，VT6无法开通，原来导通的VT4继续；在下一个周期t1时刻G1脉冲触发共阳极组晶闸管VT1导通，G2二次脉冲触发共阴极组晶闸管VT2导通，而VT4 、VT5转为载止；重复上述周期运行。U、W两相输出完整的电压波形U2而V相没有电压输出，总的输出电压Ud=1.8U2波形为两个单相全波整流电压波形的叠加，振荡幅度为2U2m比较陡。由上述两种情况的比较可知：抽沙泵拖动直流调速电动机检修后无法正常工作的原因，是在检修时把原来的相序接错，造成主电路电压Ua与同步信号电压Us不‘同步’，所以后者在单独检查时各点的电压波形符合要求，线路也正确，但是连接后无法正常工作，是脉冲发出的时刻不对，在需要触发时无脉冲输出，晶闸管无法正常工作。输出电压Ud前者高后者0.54U2 振荡 幅度后者是前者的15倍，所以后者的直流输出电压Ud波形不规则、不稳定；从后者的各相输出电压波形可知：U、W相为完整周波输出，相当于全波整流；而V相没有波形输出，所以移相调节不能工作。
综上所述，造成吸引式挖泥船抽沙泵的拖动直流调速电动机检修后无法正常工作，其原因是检修人员在进行年度检修时，拆除连接线时没有做好‘记号’，在重新接回时无法保证接线正确，造成主电路电压Ua与触发电路同步信号电压Us不同步，触发电路发出的脉冲时刻与晶闸管所需要触发的时刻不同步，晶闸管不能在需要的时刻导通，可控整流桥无法正常工作，从而使抽沙泵拖动直流调速电动机检修后无法正常工作。晶闸管变流技术必须保持主电路与控制电路‘同步’，否则系统就无法正常工作。
（作者单位：桂林船舶检验局）
晶闸管变流技术是电能的变换，包括电压、电流和频率；主要用于可控整流、逆变、斩波、变频、开关等，晶闸管全称晶体闸流管，它最重要的特性是正向导通的可控性，具有容量大、效率高、控制特性好等优点；可控性是指触发电路在晶闸管承受正偏压时，在需要导通时刻向晶闸管发出一个足够幅度和宽度的正脉冲迫使晶闸管导通，触发电路有移相触发和过零触发两种形式，通常采用移相触发，移相触发电路种类繁多，通常采用正弦波移相触发和锯齿波移相触发，本案例采用正弦波移相触发。晶闸管变流技术在现实生活中得到广泛应用，是挖泥船，其中港口航道疏浚工程吸引式挖泥船的主要施工设备抽沙泵采用直流调速电动机拖动，利用抽沙泵吸引细粒径的沙石和淤泥方法进行港口航道工程疏浚。
二、案例原因分析
1.画出电动机直流调速系统的电气原理图及其分析
从上面的电气原理图可知：直流调速电动机的调速系统主要由三相全控整流桥、同步变压器和触发路组成；它的工作原理是通过改变触发脉冲的脉冲时刻（控制角a）来调节晶闸管在一个周期内的导通时间，从而改变输出电压Ud的大小对电动机进行调速。晶闸管的导通条件是在承受正偏压的同时给控制极加上一个足够能量的触发脉冲，因此主电路电压Ua与脉冲触发时刻有着严格的时间关系；而脉冲的触发时刻是由同步信号电压Us控制，那么主电路电压Ua与同步信号电压Us有着密切的相位关系，称这种关系为‘同步’或‘定相’。Ua与Us的同步是通过同步变压器TS来实现，由晶闸管类别和同步信号电压的种类决定同步变压器的联接组别。正弦波移相时：npn管Ua超前Us 120°pnp管Ua滞后Us 60°；锯齿波移相时：npn管Ua与Us 反相，pnp管Ua与Us同相。主电路电压Ua与同步信号电压Us必须保持同步，否则在需要触发时没有脉冲输出，晶闸管无法换流，从而使系统不能正常工作。
2.画出电动机直流调速系统的时序图及其分析：
设控制角a=0°，Ua与Us同步：共阳极组晶闸管VT1、VT3、VT5依次在 t1、t3、t5时刻换流，每管导通通120°；共阴极组晶闸管VT2、VT4、VT6依次在 t2、t4、t6时刻换流也是管导通120°。換流顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6相隔均为60°，两者同步时U、V、W三相输出电压波形均为方矩圆顶且相同，总的输出电压Ud=2.34U2的波形为六峰头的三相整流桥波的叠加，振荡幅度为13%U2m比较平坦。
同步变压器的输入电源V相与W相对换，其他不变：由于同步变压器的输入电源V相与W相对换，同步信号电压Us也发生相应的变化，接到2CF上的同步信电压为Us（-v）而不是原来的Us（-w），那么G2脉冲的输出比原来滞后240°同理G3脉冲的输出比原来滞后120°G5脉冲的输出比原来超前120°G6脉冲的输出比原来超前240°，G1和G4输出保持不变。所以脉冲的输出顺序变为G1—G6—G5—G4—G3—G2而晶闸管的换流顺序也发生变化。分析如何改变？在t1时刻G1脉冲触发共阳极组晶闸管VT1导通，与G2二次脉冲触发共阴极组晶闸管VT2导通，而VT4 、VT5转为载止；形成回路；在t2时刻G6脉冲触发共阴极组晶闸管VT6，但是VT2比VT6导通条件更优越，VT6无法开通，原来导通的VT2继续；在t3时刻G5脉冲触发共阳极组晶闸管VT5，W相取于谷点VT5无法开通，原来导通的VT1继续；在t4时刻G4脉冲触发共阴极组晶闸管VT4导通，G5二次脉冲触发共阳极组晶闸管VT5导通，而VT2 、VT1转为载止；在t5时刻G3脉冲触发共阳极组晶闸管VT3，但是VT5比VT3导通条件更优越， VT3无法开通，原来导通的VT5继续；在t6时刻G2脉冲触发共阴极组晶闸管VT2，但是VT4比VT6导通条件更优越，VT6无法开通，原来导通的VT4继续；在下一个周期t1时刻G1脉冲触发共阳极组晶闸管VT1导通，G2二次脉冲触发共阴极组晶闸管VT2导通，而VT4 、VT5转为载止；重复上述周期运行。U、W两相输出完整的电压波形U2而V相没有电压输出，总的输出电压Ud=1.8U2波形为两个单相全波整流电压波形的叠加，振荡幅度为2U2m比较陡。由上述两种情况的比较可知：抽沙泵拖动直流调速电动机检修后无法正常工作的原因，是在检修时把原来的相序接错，造成主电路电压Ua与同步信号电压Us不‘同步’，所以后者在单独检查时各点的电压波形符合要求，线路也正确，但是连接后无法正常工作，是脉冲发出的时刻不对，在需要触发时无脉冲输出，晶闸管无法正常工作。输出电压Ud前者高后者0.54U2 振荡 幅度后者是前者的15倍，所以后者的直流输出电压Ud波形不规则、不稳定；从后者的各相输出电压波形可知：U、W相为完整周波输出，相当于全波整流；而V相没有波形输出，所以移相调节不能工作。
综上所述，造成吸引式挖泥船抽沙泵的拖动直流调速电动机检修后无法正常工作，其原因是检修人员在进行年度检修时，拆除连接线时没有做好‘记号’，在重新接回时无法保证接线正确，造成主电路电压Ua与触发电路同步信号电压Us不同步，触发电路发出的脉冲时刻与晶闸管所需要触发的时刻不同步，晶闸管不能在需要的时刻导通，可控整流桥无法正常工作，从而使抽沙泵拖动直流调速电动机检修后无法正常工作。晶闸管变流技术必须保持主电路与控制电路‘同步’，否则系统就无法正常工作。
（作者单位：桂林船舶检验局）