DZDC-20S直流測功機控制系統(tǒng)原理及維修

高德亮 張寬德

1.中國石油蘭州石化公司設(shè)備維修公司；2.中國石油蘭州潤滑油研發(fā)中心

DZDC-20S直流測功機控制系統(tǒng)原理及維修

高德亮1張寬德2

1.中國石油蘭州石化公司設(shè)備維修公司；2.中國石油蘭州潤滑油研發(fā)中心

文章以蘭州潤滑油研發(fā)中心四沖程摩托車臺架DZDC-20S直流測功機為例，介紹了直流測功機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，系統(tǒng)具備的優(yōu)點。重點介紹了西門子6RA23質(zhì)量數(shù)字調(diào)速器和微機檢測單元的控制原理，以及常見故障檢修方法。

1 簡述

直流測功機由于其可靠的調(diào)速性能、以及較硬的機械特性，在發(fā)動機臺架試驗中得到廣泛使用。在試驗中它扮演可變負載的角色，在額定轉(zhuǎn)速以下可以輸出和吸收額定轉(zhuǎn)矩，低速測功范圍大；在額定轉(zhuǎn)速以上可以輸出和吸收恒定功率，實現(xiàn)多種控制模式，模擬各種工況。DZDC-20S直流電力測功機控制系統(tǒng)是中石油蘭州潤滑油研發(fā)中心“四沖程摩托車發(fā)動機試驗臺架”的測控中心。該系統(tǒng)采用了20KW直流電力測功機。它集測功和扭動于一體，可以進行發(fā)動機機械效率試驗，在動態(tài)測試中可以輸出慣量模擬補償力矩，更真實地再現(xiàn)發(fā)動機的動態(tài)負荷。

2 DZDC-20S直流測功控制系統(tǒng)原理

2.1 測功系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

DZDC-20S直流測功系統(tǒng)主要由直流測功機、直流數(shù)字調(diào)速器（6RA23）、微機檢測系統(tǒng)，以及電氣保護電路等部分組成。DZDC-20S直流電力測功系統(tǒng)運用數(shù)字閉環(huán)控制調(diào)速理論，實現(xiàn)測功機在各種工況的正常運轉(zhuǎn)。測功機的控制和檢測電路采用模塊化組合結(jié)構(gòu)方便升級和日常維護、檢修。

DZDC-20S直流電力測功系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1 DZDC-20S直流測功系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

2.2 測功系統(tǒng)控制原理

DZDC-20S直流電力測功系統(tǒng)“微機+直流調(diào)速器”的控制方式，提高了系統(tǒng)集成化，增強了控制的可靠性，使系統(tǒng)具備了明顯的優(yōu)點：①、系統(tǒng)實現(xiàn)直流電力測功機四象限運行。所謂四象限運行，是指直流電測能夠運行的四種工作狀態(tài)。Ⅰ象限為正向旋轉(zhuǎn)電動狀態(tài)；Ⅱ象限為正向旋轉(zhuǎn)發(fā)電狀態(tài)；Ⅲ象限為反向旋轉(zhuǎn)電動狀態(tài)；Ⅳ象限為反向旋轉(zhuǎn)發(fā)電狀態(tài)。本系統(tǒng)真正實現(xiàn)了直流電測在四象限工作區(qū)間的自由平滑轉(zhuǎn)換。②、因為采用數(shù)字控制技術(shù)，系統(tǒng)中的可控硅變流器在逆變工作時可精確配合換流，保證逆變器回饋電流波形對稱，可靠工作。③、系統(tǒng)勵磁調(diào)節(jié)采用非獨立控制方案。不論測功機運行在什么狀態(tài)，它都能實現(xiàn)在額定轉(zhuǎn)速以內(nèi)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)，額定轉(zhuǎn)速以上恒功率調(diào)節(jié)。理論上可實現(xiàn)0轉(zhuǎn)速時額定扭矩控制。解決了以前的系統(tǒng)發(fā)電狀態(tài)因采用能耗制動，存在有級切換產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩、功率吸收死區(qū)，特別是解決了低速大扭矩死區(qū)問題，非常具有實用意義。

(1）西門子6RA23直流數(shù)字調(diào)速器

6RA23直流調(diào)速器屬于高精密，高集成的電子產(chǎn)品。6AR23是直流測功系統(tǒng)指揮控制中心。在試驗中，它對微機傳輸?shù)男畔⑦M行處理，產(chǎn)生控制信號移相觸發(fā)大功率晶閘管，調(diào)節(jié)測功機的勵磁電流和電樞電壓，保證測功機運行的恒速度、恒轉(zhuǎn)矩、恒功率，實現(xiàn)發(fā)動機試驗所需的各種工況。6RA23直流數(shù)字調(diào)速器的控制信號接口，具有標準的四種形式，即AI/AO、DI/ DO，實際按端子的功能接入相應(yīng)的線路，運用非常方便。

(2）微機檢測單元

微機是這個控制系統(tǒng)的哨兵——采集各種實驗參數(shù)，進行適當調(diào)制并傳輸給直流調(diào)速器。四沖程摩托車臺架試驗中，微機需檢測8個實驗參數(shù)，分別是：機油壓力、機油溫度、墊片溫度、測功機扭矩、油門開度、測功機轉(zhuǎn)速、曲軸轉(zhuǎn)速、燃油油耗。其中前5個參數(shù)通過模擬信號集散板和A/D轉(zhuǎn)換板傳送給工控機；測功機轉(zhuǎn)速、曲軸轉(zhuǎn)速則分別通過轉(zhuǎn)速信號處理板和感應(yīng)轉(zhuǎn)速板連到工控機；燃油油耗參數(shù)是通過串行接口板傳送到工控機的。

3 DZDC-20S直流測功機控制系統(tǒng)故障維修

日常巡檢中，維修人員在熟悉DZDC-20S直流測功控制系統(tǒng)各部分結(jié)構(gòu)、功能基礎(chǔ)上，通過眼看、耳聽、鼻聞、手摸直觀檢查各組成部分的運行情況。下面根據(jù)筆者維護四沖程摩托車臺架的經(jīng)驗，列出了直流數(shù)字調(diào)速器（6RA23）和微機檢測系統(tǒng)兩個部分常見故障及維修方法。

3.1 西門子6RA23的故障檢修

直流數(shù)字調(diào)速器（6RA23）在安裝、操作中應(yīng)嚴格遵照用戶手冊進行，否則會發(fā)生嚴重后果。西門子6RA23直流數(shù)字調(diào)速器具備故障自檢自查功能，當發(fā)生故障時，它通過代碼告訴操作人員或技術(shù)人員發(fā)生了什么故障。這里給出實際使用中常見的幾種故障的代碼，見表1。

表1 6RA23常見故障代碼

3.2 微機檢測單元的故障檢修

在微機檢測單元的日常故障檢修中，對照各接口板的功能和信號電壓等信息，維修人員可以較快地進行故障區(qū)別和判斷。可遵循以下兩點經(jīng)驗：

3.2.1 通過測量電器柜中信號集散板的測量端子的輸出電壓，對照信號流程圖可判斷故障點在電氣柜還是在計算機中。

3.2.2 通過用示波器測量電器柜中轉(zhuǎn)速信號預(yù)處理板的輸出端有無轉(zhuǎn)速波形，即可判斷出故障點是在電氣柜還是在計算機中。

4 總結(jié)

DZDC-20S直流測功機控制系統(tǒng)涉及電機拖動、晶閘管變流、閉環(huán)控制、集散控制、電氣安全與保護等相關(guān)知識，維修技術(shù)人員需要相應(yīng)的知識和技術(shù)儲備，并在日常維護檢修中不斷積累維修經(jīng)驗，才能保證設(shè)備的安穩(wěn)優(yōu)運行。

[1]天津大學(xué)內(nèi)燃機國家實驗室.四沖程摩托車試驗臺架用戶手冊,2006年

[2]西門子（中國）客服中心.西門子6RA23直流調(diào)速器用戶手冊,2005年

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.05.033