晶閘管變流技術同步（定相）案例分析

龔厚寬

一、晶閘管變流技術及同步案例概況簡介

晶閘管變流技術是電能的變換，包括電壓、電流和頻率；主要用于可控整流、逆變、斬波、變頻、開關等，晶閘管全稱晶體閘流管，它最重要的特性是正向導通的可控性，具有容量大、效率高、控制特性好等優點；可控性是指觸發電路在晶閘管承受正偏壓時，在需要導通時刻向晶閘管發出一個足夠幅度和寬度的正脈沖迫使晶閘管導通，觸發電路有移相觸發和過零觸發兩種形式，通常采用移相觸發，移相觸發電路種類繁多，通常采用正弦波移相觸發和鋸齒波移相觸發，本案例采用正弦波移相觸發。晶閘管變流技術在現實生活中得到廣泛應用，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備抽沙泵采用直流調速電動機拖動，利用抽沙泵吸引細粒徑的沙石和淤泥方法進行港口航道工程疏浚。

二、案例原因分析

1.畫出電動機直流調速系統的電氣原理圖及其分析

從上面的電氣原理圖可知：直流調速電動機的調速系統主要由三相全控整流橋、同步變壓器和觸發路組成；它的工作原理是通過改變觸發脈沖的脈沖時刻（控制角a）來調節晶閘管在一個周期內的導通時間，從而改變輸出電壓Ud的大小對電動機進行調速。晶閘管的導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脈沖，因此主電路電壓Ua與脈沖觸發時刻有著嚴格的時間關系；而脈沖的觸發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有著密切的相位關系，稱這種關系為‘同步或‘定相。Ua與Us的同步是通過同步變壓器TS來實現，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，否則在需要觸發時沒有脈沖輸出，晶閘管無法換流，從而使系統不能正常工作。

2.畫出電動機直流調速系統的時序圖及其分析：

設控制角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時刻換流也是管導通120°。換流順序為VT1-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也發生相應的變化，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為G1—G6—G5—G4—G3—G2而晶閘管的換流順序也發生變化。分析如何改變？在t1時刻G1脈沖觸發共陽極組晶閘管VT1導通，與G2二次脈沖觸發共陰極組晶閘管VT2導通，而VT4 、VT5轉為載止；形成回路；在t2時刻G6脈沖觸發共陰極組晶閘管VT6，但是VT2比VT6導通條件更優越，VT6無法開通，原來導通的VT2繼續；在t3時刻G5脈沖觸發共陽極組晶閘管VT5，W相取于谷點VT5無法開通，原來導通的VT1繼續；在t4時刻G4脈沖觸發共陰極組晶閘管VT4導通，G5二次脈沖觸發共陽極組晶閘管VT5導通，而VT2 、VT1轉為載止；在t5時刻G3脈沖觸發共陽極組晶閘管VT3，但是VT5比VT3導通條件更優越， VT3無法開通，原來導通的VT5繼續；在t6時刻G2脈沖觸發共陰極組晶閘管VT2，但是VT4比VT6導通條件更優越，VT6無法開通，原來導通的VT4繼續；在下一個周期t1時刻G1脈沖觸發共陽極組晶閘管VT1導通，G2二次脈沖觸發共陰極組晶閘管VT2導通，而VT4 、VT5轉為載止；重復上述周期運行。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：抽沙泵拖動直流調速電動機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，所以后者在單獨檢查時各點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，是脈沖發出的時刻不對，在需要觸發時無脈沖輸出，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波形不規則、不穩定；從后者的各相輸出電壓波形可知：U、W相為完整周波輸出，相當于全波整流；而V相沒有波形輸出，所以移相調節不能工作。

綜上所述，造成吸引式挖泥船抽沙泵的拖動直流調速電動機檢修后無法正常工作，其原因是檢修人員在進行年度檢修時，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與觸發電路同步信號電壓Us不同步，觸發電路發出的脈沖時刻與晶閘管所需要觸發的時刻不同步，晶閘管不能在需要的時刻導通，可控整流橋無法正常工作，從而使抽沙泵拖動直流調速電動機檢修后無法正常工作。晶閘管變流技術必須保持主電路與控制電路‘同步，否則系統就無法正常工作。

（作者單位：桂林船舶檢驗局）