晶閘管變流技術(shù)同步（定相）案例分析

龔厚寬

一、晶閘管變流技術(shù)及同步案例概況簡介

晶閘管變流技術(shù)是電能的變換，包括電壓、電流和頻率；主要用于可控整流、逆變、斬波、變頻、開關(guān)等，晶閘管全稱晶體閘流管，它最重要的特性是正向?qū)ǖ目煽匦?，具有容量大、效率高、控制特性好等?yōu)點(diǎn)；可控性是指觸發(fā)電路在晶閘管承受正偏壓時，在需要導(dǎo)通時刻向晶閘管發(fā)出一個足夠幅度和寬度的正脈沖迫使晶閘管導(dǎo)通，觸發(fā)電路有移相觸發(fā)和過零觸發(fā)兩種形式，通常采用移相觸發(fā)，移相觸發(fā)電路種類繁多，通常采用正弦波移相觸發(fā)和鋸齒波移相觸發(fā)，本案例采用正弦波移相觸發(fā)。晶閘管變流技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中得到廣泛應(yīng)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設(shè)備抽沙泵采用直流調(diào)速電動機(jī)拖動，利用抽沙泵吸引細(xì)粒徑的沙石和淤泥方法進(jìn)行港口航道工程疏浚。

二、案例原因分析

1.畫出電動機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理圖及其分析

從上面的電氣原理圖可知：直流調(diào)速電動機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)主要由三相全控整流橋、同步變壓器和觸發(fā)路組成；它的工作原理是通過改變觸發(fā)脈沖的脈沖時刻（控制角a）來調(diào)節(jié)晶閘管在一個周期內(nèi)的導(dǎo)通時間，從而改變輸出電壓Ud的大小對電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速。晶閘管的導(dǎo)通條件是在承受正偏壓的同時給控制極加上一個足夠能量的觸發(fā)脈沖，因此主電路電壓Ua與脈沖觸發(fā)時刻有著嚴(yán)格的時間關(guān)系；而脈沖的觸發(fā)時刻是由同步信號電壓Us控制，那么主電路電壓Ua與同步信號電壓Us有著密切的相位關(guān)系，稱這種關(guān)系為‘同步或‘定相。Ua與Us的同步是通過同步變壓器TS來實(shí)現(xiàn)，由晶閘管類別和同步信號電壓的種類決定同步變壓器的聯(lián)接組別。正弦波移相時：npn管Ua超前Us 120°pnp管Ua滯后Us 60°；鋸齒波移相時：npn管Ua與Us 反相，pnp管Ua與Us同相。主電路電壓Ua與同步信號電壓Us必須保持同步，否則在需要觸發(fā)時沒有脈沖輸出，晶閘管無法換流，從而使系統(tǒng)不能正常工作。

2.畫出電動機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)的時序圖及其分析：

設(shè)控制角a=0°，Ua與Us同步：共陽極組晶閘管VT1、VT3、VT5依次在 t1、t3、t5時刻換流，每管導(dǎo)通通120°；共陰極組晶閘管VT2、VT4、VT6依次在 t2、t4、t6時刻換流也是管導(dǎo)通120°。換流順序?yàn)閂T1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6相隔均為60°，兩者同步時U、V、W三相輸出電壓波形均為方矩圓頂且相同，總的輸出電壓Ud=2.34U2的波形為六峰頭的三相整流橋波的疊加，振蕩幅度為13%U2m比較平坦。

同步變壓器的輸入電源V相與W相對換，其他不變：由于同步變壓器的輸入電源V相與W相對換，同步信號電壓Us也發(fā)生相應(yīng)的變化，接到2CF上的同步信電壓為Us（-v）而不是原來的Us（-w），那么G2脈沖的輸出比原來滯后240°同理G3脈沖的輸出比原來滯后120°G5脈沖的輸出比原來超前120°G6脈沖的輸出比原來超前240°，G1和G4輸出保持不變。所以脈沖的輸出順序變?yōu)镚1—G6—G5—G4—G3—G2而晶閘管的換流順序也發(fā)生變化。分析如何改變？在t1時刻G1脈沖觸發(fā)共陽極組晶閘管VT1導(dǎo)通，與G2二次脈沖觸發(fā)共陰極組晶閘管VT2導(dǎo)通，而VT4 、VT5轉(zhuǎn)為載止；形成回路；在t2時刻G6脈沖觸發(fā)共陰極組晶閘管VT6，但是VT2比VT6導(dǎo)通條件更優(yōu)越，VT6無法開通，原來導(dǎo)通的VT2繼續(xù)；在t3時刻G5脈沖觸發(fā)共陽極組晶閘管VT5，W相取于谷點(diǎn)VT5無法開通，原來導(dǎo)通的VT1繼續(xù)；在t4時刻G4脈沖觸發(fā)共陰極組晶閘管VT4導(dǎo)通，G5二次脈沖觸發(fā)共陽極組晶閘管VT5導(dǎo)通，而VT2 、VT1轉(zhuǎn)為載止；在t5時刻G3脈沖觸發(fā)共陽極組晶閘管VT3，但是VT5比VT3導(dǎo)通條件更優(yōu)越， VT3無法開通，原來導(dǎo)通的VT5繼續(xù)；在t6時刻G2脈沖觸發(fā)共陰極組晶閘管VT2，但是VT4比VT6導(dǎo)通條件更優(yōu)越，VT6無法開通，原來導(dǎo)通的VT4繼續(xù)；在下一個周期t1時刻G1脈沖觸發(fā)共陽極組晶閘管VT1導(dǎo)通，G2二次脈沖觸發(fā)共陰極組晶閘管VT2導(dǎo)通，而VT4 、VT5轉(zhuǎn)為載止；重復(fù)上述周期運(yùn)行。U、W兩相輸出完整的電壓波形U2而V相沒有電壓輸出，總的輸出電壓Ud=1.8U2波形為兩個單相全波整流電壓波形的疊加，振蕩幅度為2U2m比較陡。由上述兩種情況的比較可知：抽沙泵拖動直流調(diào)速電動機(jī)檢修后無法正常工作的原因，是在檢修時把原來的相序接錯，造成主電路電壓Ua與同步信號電壓Us不‘同步，所以后者在單獨(dú)檢查時各點(diǎn)的電壓波形符合要求，線路也正確，但是連接后無法正常工作，是脈沖發(fā)出的時刻不對，在需要觸發(fā)時無脈沖輸出，晶閘管無法正常工作。輸出電壓Ud前者高后者0.54U2 振蕩 幅度后者是前者的15倍，所以后者的直流輸出電壓Ud波形不規(guī)則、不穩(wěn)定；從后者的各相輸出電壓波形可知：U、W相為完整周波輸出，相當(dāng)于全波整流；而V相沒有波形輸出，所以移相調(diào)節(jié)不能工作。

綜上所述，造成吸引式挖泥船抽沙泵的拖動直流調(diào)速電動機(jī)檢修后無法正常工作，其原因是檢修人員在進(jìn)行年度檢修時，拆除連接線時沒有做好‘記號，在重新接回時無法保證接線正確，造成主電路電壓Ua與觸發(fā)電路同步信號電壓Us不同步，觸發(fā)電路發(fā)出的脈沖時刻與晶閘管所需要觸發(fā)的時刻不同步，晶閘管不能在需要的時刻導(dǎo)通，可控整流橋無法正常工作，從而使抽沙泵拖動直流調(diào)速電動機(jī)檢修后無法正常工作。晶閘管變流技術(shù)必須保持主電路與控制電路‘同步，否則系統(tǒng)就無法正常工作。

（作者單位：桂林船舶檢驗(yàn)局）