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雙環(huán)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的故障分析與維修
湛江市技師學(xué)院 黃艷 2014/1/9 10:45:02
摘要：在實(shí)際生產(chǎn)中有許多生產(chǎn)機(jī)械不僅要求電氣傳動(dòng)系統(tǒng)能夠調(diào)速，而且要求能夠快速反轉(zhuǎn)和停車，這就必須采用可逆調(diào)速系統(tǒng)。可逆調(diào)速系統(tǒng)常采用的方法是改變電磁轉(zhuǎn)矩方向。本文根據(jù)自己多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐，主要探討雙環(huán)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的故障與維修。
關(guān)鍵詞：雙環(huán)可逆；直流調(diào)速系統(tǒng)；故障；維修
直流電機(jī)的調(diào)速方案一般有下列三種方式：改變電樞電壓；改變勵(lì)磁繞組電壓；改變電樞回路電阻。其中調(diào)節(jié)電樞電壓的方式最為常用。這種直流調(diào)速器的主要工作原理首先是將一路交流電源通過一組由兩只可控硅和兩只二極管組成的半控橋，整流成恒定的直流電源，提供給直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組[1]。
1雙環(huán)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)概述
電動(dòng)機(jī)能實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)運(yùn)行稱為“可逆”。在正向運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)。為了快速停車，要求電磁轉(zhuǎn)矩改變方向，這時(shí)電動(dòng)機(jī)工作在回饋制動(dòng)狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)在反向運(yùn)行時(shí)，也有電動(dòng)狀態(tài)和回饋制動(dòng)狀態(tài)，這種由電動(dòng)到回饋制動(dòng)的運(yùn)行狀態(tài)也叫“可逆”。如圖（1）所示。要改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，就必須改變電磁轉(zhuǎn)矩的方向，由電動(dòng)機(jī)的工作原理可知，電磁轉(zhuǎn)矩的公式為：
圖（1）逆變狀態(tài)圖
a)整流狀態(tài)（提升） b)逆變狀態(tài)（放下） c)機(jī)械特性
由此可以看出，要改變電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的方向有兩種方法：一是改變電樞電流Ia的方向，實(shí)際上是改變電動(dòng)機(jī)電樞端電壓Ud的極性；二是改變電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁磁通 的方向，實(shí)際上是改變勵(lì)磁電流的方向。與此兩種方法對應(yīng)的可逆調(diào)速系統(tǒng)的主電路就有兩種形式，即電樞可逆電路和磁場可逆電路。環(huán)流可以分為兩大類：一種是靜態(tài)環(huán)流，它是可逆線路在一定的控制角下穩(wěn)定工作時(shí)所出現(xiàn)的環(huán)流;另一種是動(dòng)態(tài)環(huán)流，它是晶閘管觸發(fā)相位突然改變時(shí)，系統(tǒng)由一種工作狀態(tài)變?yōu)榱硪环N工作狀態(tài)的過渡過程中產(chǎn)生的環(huán)流。系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)不存在動(dòng)態(tài)環(huán)流。靜態(tài)環(huán)流又可分為直流環(huán)流和脈動(dòng)環(huán)流兩種。
2雙環(huán)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的故障分析
2.1 在線故障診斷
2.1.1 超速保護(hù)
系統(tǒng)采用定時(shí)檢測主軸光電脈沖發(fā)生器輸出脈沖數(shù)的方法來判別電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是否超過允許值。計(jì)數(shù)器的串行輸出端 U02作為故障輸出端。當(dāng)出現(xiàn)超速時(shí)，U02 發(fā)出一個(gè)低電平脈沖，經(jīng)故障中斷處理系統(tǒng)，向 CPU 發(fā)出中斷申請。CPU 接受中斷申請后，首先封鎖軟件導(dǎo)通信號，由硬件提供續(xù)流回路，強(qiáng)迫電動(dòng)機(jī)停下[2]。
2.1.2 主電路過電流保護(hù)
R為串在電樞回路的電阻，兩個(gè)比較器分別用于檢測正、反方向的過電流。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，U03輸出低電平。
2.1.3 丟測速反饋保護(hù)
在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，測速計(jì)數(shù)值是采用中斷形式送入 CPU 的，在每次測速中斷處理程序中對某個(gè)單元進(jìn)行特征值的置入。而丟測速反饋的故障信息，則是靠運(yùn)行中的軟件診斷程序來判別的，具體方法是：每隔一段時(shí)間內(nèi)測取特征單元的值，同時(shí)把該單元置出錯(cuò)標(biāo)志，如果取出來的是出錯(cuò)標(biāo)志，則認(rèn)為是丟了測速反饋。在設(shè)計(jì)中，檢測時(shí)間大于最大的測速中斷時(shí)間的 5 倍左右。在計(jì)算機(jī)檢測到故障信息時(shí)，首先屏蔽所有的中斷，其次封鎖軟件導(dǎo)通信號，然后停機(jī)。
2.1.4 缺相與斷保險(xiǎn)、主電路三極管短路保護(hù)
在線檢測到故障時(shí)，故障處理程序執(zhí)行的操作為：封鎖三極管觸發(fā)脈沖信號，其次使可控硅觸發(fā)導(dǎo)通，最后釋放接觸器 KM 觸點(diǎn)。
2.2直流電機(jī)仍然可以啟動(dòng)運(yùn)行，但運(yùn)行極短的時(shí)間后立即報(bào)警停機(jī)
這種情況可以分為三類：
（1）電機(jī)啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速表瞬間由零位升至很高，但速度給定并沒有進(jìn)行加大，也就是我們所說的“飛車現(xiàn)象”，此時(shí)立即測量檢查直流調(diào)速器的勵(lì)磁電壓是否正常，大部分直流調(diào)速器的勵(lì)磁電壓均是在通電后，直流電機(jī)準(zhǔn)備運(yùn)行條件滿足的情況下就預(yù)先供給，因此可以在停機(jī)狀態(tài)下測量。如果勵(lì)磁電壓不正常，則需更換勵(lì)磁板件或電源板件；如果勵(lì)磁電壓正常，就測量直流電機(jī)勵(lì)磁繞組是否開路，開路則更換直流電機(jī)。
（2）電機(jī)啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速表和電流表上下擺動(dòng)很大，電機(jī)實(shí)際速度忽快忽慢，且聽見電機(jī)有輕微異響。此時(shí)立即檢查或更換直流電機(jī)的測速發(fā)電機(jī)或脈沖編碼器。如果問題沒有解決就檢查或更換測速發(fā)電機(jī)或脈沖編碼器的線路及檢測板件。另外在一些較為先進(jìn)的數(shù)字式直流調(diào)速器有選擇速度反饋方式的設(shè)定，可以通過直流調(diào)速器顯示屏將速度反饋方式設(shè)定為電壓反饋，即通過檢測輸出的電樞電壓，直流調(diào)速裝置自動(dòng)將輸出的電樞電壓換算成理論速度，改為電壓反饋后就相當(dāng)于甩掉測速發(fā)電機(jī)或脈沖編碼器的測量，也可以判斷出是否是測速發(fā)電機(jī)或脈沖編碼器的問題。
（3）電機(jī)啟動(dòng)時(shí)震動(dòng)大，碳刷和滑環(huán)之間火花較大。這種情況基本上是由于個(gè)別可控硅沒有工作（未完，下一頁）
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