可控硅单元.docx

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可控硅单元

可控硅单元

ⅰ操作

可控硅单元将对三相交流电源整流，对驱动电机提供一个连续可调的直流电源。

作整流用的可控硅桥经一断路器与母线隔开。

桥的输出经接触器接至某一电机。

接触器通过电源的两个极（直流+和直流-）。

见图1——1

接触器通断逻辑和直流电压大小由司控台控制。

直流控制组件的电路在预先整定的限度内调节电压和电流。

各台可控硅单元均相同。

如某一台停机，其他装置能保持正常对电动机供电。

同样，电子式直流控制组件和可控硅桥中的可控硅原件均可互换。

1．规格

（1）电气规格

见图1——2

（A）三相交流输入

电压：

交流600伏

频率：

60赫兹

（B）每台可控硅单元的输出

电流（安）　　　　方向

±１１００　　　　绞车

＋１６００　　　　泥浆泵１

＋１６００　　　　泥浆泵２

±５０　　　　　　转盘（最小）

±９００　　　　　转盘（最大）

（C）可控硅　（Ｃ１７０）

（D）断路器

断路器具有一个电磁式过流脱扣电路。

它还有一个低电压（ＵＶ）或分离脱扣器电路，此电路能因熔断器熔断和可控硅过热而动作

电流整定值

１６００　　ＡＴ（脱扣电流）

１６００　　ＡＦ（结构设计电流）

过热保护动作值，每一可控硅附近过热开关被整定在１６５℉（74℃）时动作。

（2）机械故障

（A）柜体。

装配件安装在柜内、侧面和面板上，另有一滑动底座在通风机下方。

（B）控制器和指示器。

他们均安装于柜体和电子直流控制组件面板上。

（C）直流控制组件。

与可控硅整流系统和调节有关的许多电子线路被安装在一块印刷电路板上。

电路板和一些有关元件则装在用12规格冷轧钢板的组件箱内。

组件有它自己的散热板。

外形尺寸：

宽4吋×深12吋×高12吋（宽10厘米×深30厘米×30厘米）

重量：

21磅（9.5公斤）

（D）强制通风系统

通风系统由安装在可控硅桥下方的六台通风机构成

1．风量。

每个可控硅单元、每分钟流量为400立方米

2．电动机额定值。

三台电机驱动所有风机。

每台风机带动连接于其轴两端的两台风机。

电压：

交流600伏，三相

电流：

2.6安

转速：

3300转∕分

3．进气滤清器参数。

滤清器装于可控硅桥下方前、后两面。

它们由金属框架封边的拉伸铝网构成。

具有符合标准总局（MBS）要求的12—15%透过率，这足以滤去一般尘埃。

（E）可控硅单元的封装

可控硅单元封装在封闭结构内，结构设计满足绝缘、绝热和机械振动的阻尼等要求。

此整体装配称之为可控硅组装件。

完整的装配由两侧夹有铝散热器的可控硅组成。

带有两个螺栓的夹板将散热器压紧在可控硅上。

作用于可控硅上的压力由安装在组件顶部的压力计指示。

ⅱ维护

本章内容包括保证可控硅单元正常运行所需的功能试验。

·在检修或更换任何部件后得完成本试验。

·如果不能够按所示的那样完成试验，则应参考第ⅲ章中的故障寻找表寻找故障所在。

可控硅单元中各种电路的说明见第ⅲ章中“故障寻找”。

元件的鉴别见第ⅳ章“拆卸与修理”。

直流控制组件面板前视图

有测试开关选择来自控制台接触器和指令给定信号进行快速校核。

开关和测试电表均为彩色刻度。

例如，将选择开关至于黄色接触器位置，表针将指示于黄色区带，则说明处于正常状态。

（接触器信号指所有直流回路接触器分和状态的某种组合，可在控制台上选择）。

置手控电压开关与“通”，并顺时针转动旋钮，则可进行可控硅桥的移相试验。

在通位置，开关断开所有接触器，故并无电能馈于直流驱动电机。

桥输出电压由“可控硅电压”测试插口监控。

其比例为15：

1，当桥输出750伏时，测试口应为50伏。

“可控硅电流”测试口每1000安桥电流将指示出直流2.66伏。

“指令零位联锁”指示灯标志控制组件某一电路抑制了可控硅桥的触发信号这一工作状态。

当指示灯亮时，桥电压为0。

在下列两种情况指示灯亮：

1．可控硅单元以接通，但未选择任何直流工况

2．在指令复于零位之前可控硅单元被支配进行某一工况。

当指令复于零位时，指示灯灭。

表2——1可控硅单元试验

操作

结果

一．准备

1．保证被试验单元的操作不用从司控台进行

2．如必要，可对交流母线馈电

3．闭合可控硅断路器

二．可控硅桥试验

1．置直流控制组件上的弹簧支撑手控电压开关于“通”位置

2．顺时针缓慢旋转手控电压调节旋钮至“最大”，然后再回旋至“最小”。

三．接触器和指令信号的检验

1．跳开可控硅断路器

2．短接断路器辅助触头（TB8——4和5）

3．置司控台上的工况指令开关于个中位置

4．所有接触器和给定信号检查完毕后，拆去断路器辅助触头短接线

3．可控硅接通信号灯亮

4．可控硅下面风机工作

5．在直流控制组件上，电源信号灯与“指令零位联锁”信号灯亮

观察面板上直流电压表。

当顺时针旋转时，电压平滑上升至直流750伏，反时针旋转时则回零。

这样可准许接通所指配的一组接触器而不会有电能加给直流电动机

在每个位置，检验接触器的控制信号和来自司控台的指令给定信号

表2——2可控硅桥试验

操作

结果

一．控制组件电源检验

如需要，可向交流母线馈电

二．触发脉冲检验

1．确保被试验的可控硅单元不准由司控台控制

2．闭合可控硅断路器

3．置弹簧支撑手控电压开关与“通”位置，并旋转手控电压旋钮

三．反馈信号检验

在直流组件上，可控硅电压测试插脚接点两端检验电压反馈信号的波纹

验证直流控制组件中下列电压值

电压位置

交流115伏插脚103—108

＋14伏插脚153

－14伏插脚154

＋160伏插脚137

－160伏插脚156

将测试地线接触发脉冲变压器K端子，而探针接G端子，则得典型波形

此波形提供各可控硅脉冲的信息。

注意有六个尖峰，每只可控硅对应一尖峰。

表3——3可控硅测试

操作

结果

一．分离故障可控硅

1.此工作是在可控硅单元带负载情况下进行，在一双轨迹示波器上比较电流反馈信号的波纹和可控硅触发脉冲而完成。

2.在60赫兹的每一个周期中，其波纹有6个尖峰。

桥内六只可控硅每只对应一个尖峰。

如可控硅有一个未触发，则丢失一个尖峰。

如一直误触发则一个尖峰畸变。

3.为了严明故障可控硅，可用6可控硅中每只触发脉冲（插脚130、141、143、145、147和149）和电流反馈信号波纹（插脚131）相比较。

与丢失或畸变相同步的触发脉冲即加到故障可控硅的脉冲

二．可控硅电阻测试

1.断开可控硅单元断路器。

2.用万用表10K档

3.短接表笔试表

4.拆除可控硅控制极（G）和阴极（K）的导线，但可控硅单元不必从散热器上拆下来

5.将一表笔接母线，另一表笔接直流母线，以测试跨可控硅两端的电阻

6.对换表笔，测试可控硅反向电阻

表显示0

应为+∞，如电阻较小则可控硅有漏电现象

同样电阻为+∞

ⅲ故障的寻找和排除

故障的寻找在于查找可控硅单元中的故障元件。

本章最后附录之故障寻找一览表提供了一般的方法。

下述工作原理是对单元内的各种线路加以说明

1．工作原理

可控硅单元原理简图间图3——2.本单元的线路可分为如下几组

A．可控硅桥

B．浪涌电压抑制电路

C．接地检测电路

D．接触器控制逻辑

E．直流调节器

F．链轮滑动防护电路

A．可控硅桥

见图3——2第一张。

来自母线的三相交流电经一断路器馈电于可控硅。

交流电源每相连接两只可控硅。

一只给直流+母线以交流正电位，另一只可控硅给直流－母线以交流负电位。

例如，A相连接到A＋和A－的可控硅。

A＋可控硅馈电于直流＋母线，而A－可控硅馈电于直流－母线。

直流＋母线和直流－母线经过工况指令接触器连接到各驱动电机。

由各可控硅控制极和阴极间给与的触发脉冲开控制可控硅通断，得到不同的直流电压。

触发脉冲在直流控制组件中形成。

见图3——1B

关于可控硅的概略论述参考专用原件部分。

断路器。

断路器备有一组辅助触头。

一组常开触头于面板“可控硅接通”信号灯连锁。

其他常开触头则为工况指配接触器逻辑线路的组成部分。

接触器还具备一个欠压脱扣线圈（UV）。

如线圈的直流28伏电源断电，则断路器自动脱扣。

线圈正极接＋14伏直流电源。

线圈负极则经反应下列危机状态的各种常闭开关而接至－14伏直流电源。

可控硅过热。

有两个温度敏感元件。

敏感元件T1装于直流母线＋上，敏感元件T2接于直流母线－上。

设计当可控硅结温度超过220℉（125℃）时，敏感元件触头打开。

可控硅吹弧熔断器。

保护可控硅的熔断器由两个600安熔断器并联装配而成。

由此获得等值于交流1380安培的熔断器。

失压脱扣电路和个可控硅触发熔断器相串联接线。

触发熔断器跨接于主熔断器上。

如主熔断器熔断，过电流通过触发熔断器。

同样触发熔断器也熔断。

触发熔断器有一长柱塞，紧靠微动开关连杆而装配。

熔断器熔断时，塞柱挤压连杆，致使微动开关触头打开。

应急停机。

失压脱扣电路还与司控台上“紧急停车”按钮常闭连锁。

电流反馈。

三台电流互感器（CT1、CT2和CT3）用来检测流入可控硅桥的电流。

在PC1板，电流互感器信号被整流，最终的直流输出经电阻电路分压。

一信号驱动面板电流表，另一信号则作为可控硅电流而加到直流控制组件（插脚131）。

可控硅电流信号没2.66伏对应可控硅桥输出1000安。

RLC滤波器。

交流每相线路电抗器与跨接在可控硅两端的RC电路构成一个RLC滤波器。

此滤波器是用来降低加在可控硅两端电压变化率（dV∕dT）。

过分大的dV∕dT或dI∕dT会导致可控硅误触发或击穿。

触发脉冲。

脉冲变压器用来变换和复合来自直流控制组件的可控硅触发脉冲。

脉冲电流在不大于20毫微秒时间内上升到大约1安，对可控硅进行“强触发”。

此后下降到约0.5安的后沿而使可控硅即使在能量再生过程亦能导通。

间图3——1。

电压反馈。

直流＋和直流－母线经分压以1：

15的比例来模拟可控硅桥输出的电压。

来自母线并经一组3.9千欧的电阻降压后的信号用于驱动面板生的可控硅电压表。

另一Vbr＋到Vbr－的差动信号则直接至直流控制组件（插脚101——102），为直流调节电路所用。

当桥电压为直流750伏时，Vbr＋到Vbr－间的电压为50伏。

调节器电源。

见图3——2第二张。

变压器T5提供三相交流54伏电源给PC1板，在此板被整流为60伏而作为接触器电源。

变压器T4对PC1提供交流120伏电源，整流为±160伏供直流控制组件使用。

此120伏电源亦用于面板上“可控硅接通”信号灯。

变压器T4星形绕组对控制组件提供六相12伏电压（Vca、Vcb、Vab、Vba、Vbc和Vac——插脚103——108）。

这些信号用于同步六可控硅的触发脉冲。

并生成14伏电源。

B．浪涌电压抑制电路

这是一个RC电路，它滤去母线上的瞬态尖峰电压。

虽说无此电路并不至于使拖动体统瘫痪，但却增加了损坏可控硅原件的可能性。

见图3——4.

线路输入经熔断器保护，而后由二极管整流。

桥的输出使电容器组充电至1000伏。

一个10欧姆、225瓦电阻把充电电流限制在84安。

在电源接通30毫秒后，继电器K1动作而短接此电阻。

尖峰电压引起的过分充电将经一组电阻而泄放。

电源切断时，电容器亦经电阻放电。

注意

电容器放电时间为10秒。

在此期间绝不能触动电路任何部分

面板上浪涌电压抑制信号灯正常运行时是亮的。

如任何一线路熔断器熔断，则灯灭。

线路熔断器经触发熔断器（F4、F5和F6）而与微动开关（S1、S2和S3）相连，微动开关的常闭触头和浪涌抑制电路信号灯串联。

当一线路熔断器熔断，相应的触发熔断器熔断而使其柱头触动微动开关。

C．直流接地检测电路

参见图3——3线路图。

电路由三个信号灯构成，信号灯一端接于交流母线一相，而另一端接地，串联其间的电流表指示故障程度百分率。

正常工作时，各信号灯微亮。

一旦发生直流接地故障，将使信号灯成为相间通路，故所有三个信号灯很亮。

带有百分率的直流电表只是出一个固定的读数，说明直流母线之一已经接地。

注意

此电路仅为一指示器，必须迅速查明原因并消除接地故障

交流接地故障检测电路，详见“发电机单元”部分

图3——2

（2）可控硅单元线路图附表，直流控制组件插脚图

101

Vbr

156

直流160伏

102

Vbr

155

地

103

Vca

154

直流－14伏

104

Vcb

153

直流＋14伏

105

Vab

152

辅助给定2

106

Vba

151

辅助给定1

107

Vbc

150

C－阴极G

108

Vac

149

C－控制极K

109

148

C＋阴极G

110

水泥泵给定2

147

C＋控制极K

111

推进器动力制动

146

B－阴极G

112

水泥泵接触器

145

B－控制极K

113

水泥泵给定1

144

B＋阴极G

114

绞车脚踏指令

143

B＋控制极K

115

直流功率限制

142

A－阴极K

116

绞车接触器

141

A－控制极G

117

绞车速度给定

140

A＋阴极K

118

引擎间推进器给定

139

A＋控制极G

138

128

转盘电流限制

137

直流160伏

127

绞车动力制动

136

2号泥浆泵随动信号

126

司泵台1号泵给定

135

125

司控台1号泵给定

134

接触器－14伏

124

1号泵接触器

133

1号泥浆泵随动信号

123

司泵台2号泵给定

132

转盘给定2

122

司控台2号泵给定

131

可控硅电流

121

2号泵接触器

130

转盘给定1

120

推进器接触器

129

转盘接触器

119

驾驶室推进器给定

D．接触器逻辑控制

桥的输出通过闭合相应的接触器而对某一电动机供电。

接触器逻辑由司控台工况支配开关确定。

单极接触器仅能使被支配的电动机做单向运动。

为了使电动机实现正反转控制，单极接触器输出经一双极接触器接到电动机电枢。

此接触器将电枢接线反接实现电机反转。

接触器线圈需要74伏直流电源使之动作。

所有线圈正断直接接于＋60伏电源。

－14伏电源则经一系列触头而接于线圈负端，以保证各项条件都满足后才能向被指派的电机供电。

图3——5为一个典型的逻辑控制线路图。

实现表示控制信号线路，此时转盘由三号可控硅供电，这是由司控台工况指令开关所确定的。

并且转盘“正向——反向”开关指向“反向”位置。

请看图右上角工况指配开关图表。

注意次转盘选择由2号、3号或4号可控硅单元中的任一单元供电皆可运转。

转盘电机的接线见线路图左下角。

3号可控硅桥经过单极接触器K1和K6、反相接触器K5而接到转盘电机的。

现再从线路图的中部看K1、K5和K6的线圈接线。

注意所有线圈的正端均连接于＋60伏。

接着再查找－14伏控制信号。

直流组件中的－14伏电源首先经过常闭状态的手控电压开关。

开关只是在进行可控硅移相试验时才打开，以不对驱动电机供电。

作为接触器电源的信号现实与控制组件的插脚134端。

此信号经3号可控硅单元断路器的常开触头而送出。

当断路器闭合时，此触头闭合，因此保证可控硅单元是接通的。

此后，控制信号被送到司控台，使司控台上“3号可控硅单元”信号灯点亮。

此信号也接到工况指配开关的一端。

当此开关手柄位置鱼3点钟位置时，信号从3点钟位置所联通的出头的另一端被送出。

此信号继而通过“转盘”连锁开关的“反转”触头。

因此，接触器K5线圈也通电。

控制信号接着经3号可控硅单元内K1、K5和K6而外的其他电源接触器常闭辅助触头而传送。

这就保证了桥输出不会同时接到两台电动机。

K1、K6线圈就随之通电。

使得K1、K6的常开触头闭合，导致通知信号就通过这些常开触头。

最后，信号作为“转盘接触器”（插脚129）而回到直流控制组件。

在组件中，只要有“控制”信号（转盘接触器、绞车接触器等等）不是－14伏，可控硅出发电路给定值均不起作用。

线路图也指示出司控台整定的转盘给定信号和转盘电源电流限制信号。

E．直流控制组件

直流控制组件中装有可控硅单元的电子线路。

这些线路可分成三部分：

（1）直流调节

（2）可控硅触发电路

（3）绞车动力制动

关于制动电路的情况可参见制动部分。

组件原理图见图3——6。

第一张出使其方框图和接线端子名称。

（1）直流调节器

调节器是一个反馈控制电路，它自动地按来自控制台的指令调节电动机的速度和转矩。

其基本电路即图3——6的第二张。

反馈控制电路的概述参见专用原件部分。

调节器的输出是给予可控硅触发电路的触发给定信号（接线端子TP7）。

调节器的输入信号主要是速度给定、速度反馈和电流反馈等信号。

调节器由两个调节环组成，外环为电压（速度）环，内环为电流（扭矩）环。

来自控制台的速度给定信号与速度反馈信号综合而产生一电流指令，电流指令接着与电流反馈信号综合而产生触发给定信号。

速度给定。

此信号又控制台给定。

台上装有手轮，操作者顺时针转动手轮即可控制驱动电机。

每个手轮连接一个变阻器，对应手轮从0到最大，变阻器输出0到－8伏。

调节器可从几处接受给定信号。

例如，轿车给定可来自司控台，亦可来自脚踏指令给定控制器。

速度反馈。

这是电动机速度的模拟量。

对最大速度，它由0增加到＋5伏。

此信号标志为“N”，因为字母N为通常电动机速度方程中的速度的符号。

在并励电动机，速度直接与电枢电压成正比。

故在运放Z701简单地将Vbr＋到Vbr－电压差加以比较而得到“N”信号电平。

见图3——6的第四张。

在串励电动机，则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。

故在串励电机，“N”在运放X703中是以电压反馈信号除以整形后的电流反馈信号而得来的。

电流反馈。

因为扭矩直接与电枢电流成正比例，故电流反馈是电动机转矩的模拟量。

此信号来自可控硅桥三相交流进线。

脚踏指令给定。

脚踏指令用于绞车，并且用来在起下钻时得到可控硅桥的快速反应。

见图3——6第二张。

脚踏指令给定（插脚114）系越过速度反馈节点而直接加到电流限制综合节点。

所以，它是作为一个电流指令而作用，当司钻踩脚踏指令给定控制器时，绞车电动机电流急剧上升，电压也随之升高。

来自司控台手轮的控制的绞车速度给定（插脚117）和脚踏绞车指令给定，经二极管D10和D59优先选择两者中较高（更负）的一个指令。

当司钻开始起下钻作业时，他首先略微转动手轮以把绞车整定于一个较低的速度。

此时速度给定和脚踏指令均能起作用。

当司钻使用脚踏指令以提升重负荷时，脚踏指令立即取代绞车速度给定。

当司钻从脚踏指令器挪开他的脚时，脚踏指令回零。

结果绞车速度给定起作用，电动机速度和扭矩回到手轮给定值。

随动电路。

两电机并联运行驱动一公共轴，而分别有各自可控硅供电时，此随动电路用来使两台电机的负载均衡。

这样的安排通常用于绞车起下钻作业。

负载的均衡是通过对两套可控硅单元的电流调节器给以同一个电流指令而达到。

还有若干安全连锁以及限制电路被接入调节器。

接触器连锁。

在“停止”状态，由于固定一个正电流（＋14伏∕2.7千欧），速度给定信号失效。

当相应的“控制信号”由＋5伏切换至－14伏时，此正电流被抵消。

指令零位联锁。

此信号可以防止可控硅桥和驱动电机突然启动。

例如“控制”信号在相当的速度给定值有较高（较负）数值情况下切到－14伏，此电路使触发给定归于无效。

因此，在司钻在选择工况切换开关的位置前，必须手轮置于零位。

电流限制。

此信号为了防止速度给定信号不当而导致过电流。

它使用－10伏电压经过一个选择电阻而产生一个负电流。

为减低电流限值，可选择较高电阻值电阻以减小此电流。

如电流限制希望是1000安培，则选择电阻接近为390千欧。

速度限制。

此信号用以防止速度给定信号不当而超速。

它对串励电机极其有用。

对于并励电机，适当的磁场电流即可防止超速。

功率限制。

系信号防止电流指令不当而引起超功率。

原动机因而过负荷。

当发电机组馈电点量达到容量的85—90%时，此功率限制即起作用。

此功率限制信号系由各台发电机馈至电网的、有功反馈和无功反馈电流经处理而得到的。

详见发电机单元部分。

手控运行。

当试验时，经常用手控运行方式不给电动机供电而使可控硅桥移相。

一个手控运行电路使此成为可能。

当手控电压开关置于“通”位置时，接到工况支配接触器逻辑电路的－14伏直流电源被断开，而手控电压电阻器则接入调节器电路。

此时顺时针旋转手控电压旋钮即可使桥移相。

因工况指配接触器均断开，故电源并未被接至驱动电机。

（2）可控硅触发电路

此电路为可控硅桥产生触发脉冲。

见图3——6第三张是其电路图。

这里有6个完全相同的触发电路，每个电路对应一个可控硅原件。

在位置9处显示出一个触发脉冲波形。

此波形实际上是两个脉冲组成。

一个主脉冲，跟随着一个辅助脉冲，这个辅助脉冲可对可控硅在低直流电压及电流断续情况很重要。

主脉冲与辅脉冲之间的时间间隔是不变的。

主脉冲与来自交流母线的六相变压器中的某一项电压和来自直流调节器的触发参考信号同步。

辅脉冲与来自余下的某触发电路的主脉冲信号同步。

SCR操作，一个SCR元件，当他承受正向偏压，且门极加上一个触发电流脉冲时，它就导通。

如果只要SCR承受正向电压，门极就被触发，那么SCR元件就相当于普通二极管那样工作。

通过延时触发来改变直流输出。

在上述SCR触发电路中，六相参考信号指示何时SCR承受正向偏压，触发参考信号指示为达到所希望的直流输出值，应何时加上触发脉冲。

对于SCR元件的一般说明，见特殊原件部分。

二极管桥。

见图3——7A图，二极管随着正向偏压的变化自动地导通和截止。

这个过程称为换向。

波形说明了整个周期得换向过程。

把整个周期的360°每30°分成一段，观察30°到150°之间，二极管A＋比B＋或C＋承受更大的正偏压。

同样，二极管C－比A－或B－在90°到210°之间承受更大的负偏压。

见表3——1所示的换向序列

表3——1二极管换向

角度

导通

截止

30°

A＋

C－

90°

C－

B－

120°

B＋

A＋

150°

A－

C＋

180°

C＋

B＋

210°

B－

A－

注意每个二极管导通120°，任何时间，都有两个二极管导通，一个接交流正端到直流（+）端母线，另一个接通交流负端到直流母线（－）端。

SCR可控硅桥，见图3——7中的图B、C和D，在SCR桥中，换流不是自动进行的。

它是通过触发脉冲强制进行的。

可见，在30°到150°之间，SCRA＋是正向偏置的。

同样地，每个周期SCR正向偏置120°时间。

这样，此SCR可在0—120°之间任何一处被触发。

这个区间就被定义为移相范围（触发角范围）。

当触发角为0时，SCR只要正偏，就可以被触发。

见图B桥的输出是最大的。

如果触发角为120度，桥保持截止状态。

在此RossHill可控硅系统中，触发角被限制在0—120度之间，这就相对于速度参考0V—8V，触发参考电压0.5伏—250伏和0V—750V空载桥电压。

F．链轮滑动防护电路

此电路对由同一个可控硅桥供电而并联驱动两台串励电机提供超速保护。

这种装置被用在泥浆泵。

如果由于链条传动故障，致使两台电机中的一台超过预先整定的速度限制时，此电路便跳开工况指配接触器从而切断两台电动机的电源。

此时面板上的链轮滑动指示灯亮。

在RossHill系统中，并励电机的超速保护是由失磁继电器完成的。

应当知道，若