橋堆整流電路在直流電機勵磁電源中的應用

李志堅

（梅州市金雁實業集團公司，廣東梅州 514021）

0 引言

ZL250-17 型中拉機是永雄機械于20 世紀90年代生產的電線電纜專用設備，電力拖動系統為直流他勵電動機，控制系統由直流調速器設置命令執行。直流電機在正常工作運轉過程中較常出現無規律的故障停機，在檢查中發現直流調速器數顯控制面板上提示“過載停機”，按直流調速器說明書提供“過載停機”故障的問題點，逐一進行排查，在機器運行時對勵磁電壓進行檢測，測得其勵磁電壓只有75V，遠遠未達到電機勵磁額定電壓180V的要求。再進一步檢測診斷，發現該機590 直流調速器勵磁線路板中間夾層部分線路出現開路及外圍電子元件參數改變的現象，從而使勵磁電壓值低于該機額定電壓值而導致直流電機無法正常工作。模段要恢復直流電機正常工作，一般維修主要采取兩種方法：一是更換線路中的故障電子元件，線路板表層燒壞的電子元件容易查找更換，但三層線路板內中間夾層部分的覆銅板因外圍線路短路引起內部故障，依靠用戶自身的技術條件不可能進行維修；二是更換整塊線路板，其成本較高，既增加了生產成本，又延長了維修周期，無法滿足工廠連續生產的要求。

橋堆整流電路在該設備的實際應用，取得了良好的效果，現介紹該經驗，供同行在直流電機中使用590系列直流調速器時參考。

1 現象分析

1.1 直流他勵電機控制路徑

590 直流調速控制器（以下簡稱調速器）中直流他勵電機控制路徑如圖1。

圖1 調速器電路控制樹圖

從調速器中直流他勵電機控制路徑樹圖可知，觸發電路與可控硅整流既獨立又互為一體，雙方任何一方出現故障，都會影響整流電路輸出異常。另從直流他勵電機的調速方法及其性能可知，直流他勵電機采用調節電樞電源電壓的調速方法，具有調速范圍大、穩定性好的優點而被廣泛使用，所以，本文針對較常出現故障的勵磁電源部分線路進行探討，保留廣泛使用且較少出現故障的電樞電源線路不變，以保持其調速范圍大，穩定性好的優點。

1.2 勵磁觸發電路及可控硅整流模塊缺陷

調速器內部可控硅整流模塊勵磁電源線路是一套復雜、繁瑣的晶體管、集成塊等大量電子元件組成的勵磁觸發電路，該電路連接點多、線路復雜，故采用了復雜的三層覆銅線路板，散熱不好，維修難度大。可控硅整流模塊的靜態及動態過載能力較差，容易被擊穿和受電網諧波干擾。原勵磁觸發及可控硅整流線路如圖2[1]。

圖2 原勵磁電源線路

2 應用思路

鑒于原勵磁電源線路中可控硅整流模塊的勵磁觸發電路結構復雜、電子元件多、故障頻次高等諸多缺陷，能否尋找一種簡單、方便、實用的勵磁電源電路，并可在調速器外部另設無須觸發驅動的電源代替原勵磁電源，降低設備故障及維修費用，以提高設備的使用價值，是本文解決的重點。

3 解決方案

3.1 輸入交流電壓獲取

依據直流他勵電機勵磁電壓需求值，采用TDGC2—1 型自耦變壓器作為勵磁電源線路的輸入電源變壓器，這樣容易獲取電路所需的電源電壓，方便電路的安裝調試操作。

3.2 整流方式確定

整流電路在排除復雜的可控硅整流電路外，尚有二極管半波和二極管全波整流電路，以及二極管橋堆全波整流電路，這些整流電路中，二極管半波整流電路的電源利用率低，脈動大。二極管全波整流電路的電源利用率雖比半波整流電路高，脈動小，但要求變壓器要有中間抽頭[2]，電路所用元件較多，線路連接點亦較多。而采用橋堆整流的電路不僅線路簡單[3]，使用的元件少，連接點亦較少，整體外形小巧，電源利用率高且輸出的直流電源脈動小、穩定，較適用于該直流電機的勵磁電源，故在此應用橋堆全波整流電路作為直流電機的勵磁電源。

3.3 故障保護

故障保護電路由兩個熔斷器和一個電流互感器組成，熔斷器分別安裝在電源L1 和L2 上，電流互感器安裝在熔斷器之后，當負載電路發生短路故障時，熔斷器能第一時間切斷電源形成保護，同時電流互感器提供電流信號給調速器過載保護動作和報警。

4 應用方法

4.1 勵磁電源替代線路圖

按應用思路及解決方案所提出的方法，勵磁電源替代線路見圖3。

圖3 勵磁電源替代線路圖

4.2 接線方法

為使調速器各控制、執行及保護功能不受勵磁電源外部替代影響，確保拉絲設備持續正常運行，必須將外部勵磁電路和直流調速控制器使用同一電源，即把橋堆整流電路的電源進線端口接在主電源L1和L2兩端。

其接線方式依序為交流380 V 電源，L1 和L2端口并接兩個3A 熔斷器1，熔斷器1 后接自耦變壓器2的輸入端，自耦變壓器2的輸出端接整流橋堆3的交流輸入端，整流橋堆3的直流輸出端接電機勵磁線圈4，自耦變壓器2的輸入端口前接原電流互感器5。

4.3 線路調試及設定

按上述方式接線完畢檢查無誤后，試通380 V交流電源，調整自耦變壓器3 獲取交流200 V 電源，經橋堆3整流輸出直流180 V電源給電機勵磁線圈4所需的額定電壓。

調試完畢投入使用開機前，必須通過操作調速器人機接口，適當選擇設定參數菜單，設定為“勵磁啟動”失效，即選取直流電機勵磁電源“外部控制”。

5 應用效果

5.1 電路結構簡單

該線路單獨外接到原調速器外部，通過熔斷器、自耦變壓器以及整流橋堆的配合，在不影響調速器調速性能的情況下，簡化了電路結構。

5.2 冷卻效果更佳

將部分組件從調速器器內部脫出，為其內部騰出了冷卻、散熱空間，提升了調速器的冷卻效果，延長了調速器和改造后該直流電機勵磁電源整流電路的使用壽命。

5.3 勵磁電壓穩定

簡化的電路結構，同樣滿足調速器調節電樞電壓大小即調節直流電動機速度的要求，且運行過程中其勵磁電壓更加穩定可靠。

5.4 維護成本低

所選的自耦變壓器橋堆整流電路的造價遠比原有可控硅模塊整流電路低，可低幾十倍。當出現故障時能夠快速查找及時解決，不但節約了制作和維修成本，而且能提高維修工作效率。

6 結束語

本文對橋堆整流電路在直流電機勵磁電源中的應用進行了有益的實踐，通過試用及生產的檢驗，得出如下結論：

（1）結構簡單的一體電路替代復雜的觸發與勵磁控制線路可行、實用且有效；

（2）自耦變壓器手動電壓的調節，可隨時滿足不同類型直流電機對勵磁電壓的設定要求。

［1］上海富偉自動化設備有限公司.590 系列使用手冊［Z］.1995.

［2］技工學校機械類通用教材編審委員會.電工與電子基礎［M］.北京：機械工業出版社，2000.

［3］胡斌，胡松.電子工程師必備-元器件應用寶典（強化版）［M］.北京：人民郵電出版社，2012.