【正文】 3． 3 直流控制組件 (DC MD) 直流控制組件是控制 SCR橋的核心部件，具有轉(zhuǎn)速、電流 (轉(zhuǎn)矩 )和絞車能耗制動控制功能，還具有功率限制、零位聯(lián)鎖保護和過電流保護等功能。 1． 4． 3． 2 晶閘管整流橋 (SCR) 該整流橋為 3 相全控整流電路，由 6 個大功率晶閘管 (1200V 1000A)組成，將 600VAC整流 成 0— 750VDC。有的鉆機還設(shè) 豆豆圖書集 19 有頂驅(qū)電動機 TD。運用直流接觸器進行切換，亦稱“ 1 拖 2”驅(qū)動方案。 1． 4． 2． 6 接地故障檢測裝置（ GROUND FAULT DETECTOR） 如果 600V交流或 SCR輸出直流出現(xiàn)接地故障，均由接地故障檢測裝置進行檢測和顯示。同時對負(fù)荷變化速率進行限制。以免柴油機停車和發(fā)電機斷路器跳閘。 1． 4． 2． 3 勵磁電路板（ EXCITER PC） 該板向發(fā)電機勵磁機提供可控的勵磁電流。 在交流控制柜中主要安裝有下列設(shè)備： 豆豆圖書集 18 1． 4． 2． 1 斷開器（ CB） 斷路器（ CB）是使發(fā)電機母線與主母線通斷的執(zhí)行電氣器件，并具有短路、過流和欠壓保護功能。 3 或 4 臺機組并于 3 相600VAC 50HZ母線上，因此采用 3或 4套交流控制柜對應(yīng)控制 3或 4臺柴油發(fā)電機組。 MCC 的控制柜中裝有斷路器、接觸器、繼電器、按鈕、儀表、指示燈以及各種保護裝置。 豆豆圖書集 17 1． 4． 1 交流電動機控制中心 該控制中心的主要功能是對井場的鉆臺、泥漿泵房、泥漿循環(huán)罐區(qū)、油罐區(qū)、壓氣機房和水 罐等區(qū)域的交流電動機進行控制，并給井場提供照明電源。 DDF系列電控系統(tǒng)分布圖如圖 1— 32 所示，其系統(tǒng)單線圖見圖 002— 00。 1． 4 電氣控制系統(tǒng)簡介 DDF系列電驅(qū)動鉆機電控系統(tǒng)的作用是從柴油發(fā)電機組得到 — 個三相 600V和 50Hz的穩(wěn)定交流電源，并通過斷路器將發(fā)電機輸出集中到公共交流母線 — 。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到 Idm后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動保護。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時， PI作用使輸入偏差電壓 △ V在穩(wěn)態(tài)時總是 豆豆圖書集 16 零。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出限幅電壓即飽和電壓，決定了電流調(diào)節(jié)器給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器的輸出限幅電壓是 Vctm，它限制了晶閘管整流輸出電壓的最大值。 為了獲得良好的靜態(tài)特性和動態(tài)特性，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)采用兩個 PI調(diào)節(jié)器，其原理圖如圖 l一 25所示。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)器在里面，叫做內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在外邊，叫做外環(huán)。實施的方法是：在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者間實行串級聯(lián)接，如圖 l一 24 所示。到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，又希望只要轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不再靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主要作用。采用電流負(fù)反饋就能得到近似的恒流過程。這時啟動電流呈方形波，而轉(zhuǎn)速是線性增長的。 如果突加負(fù)載時，在過渡過程中始終保持電流 (轉(zhuǎn)矩 )為允許的最大值，使系統(tǒng)盡可能用最大的加速度啟動，到達(dá)額定轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行。 豆豆圖書集 15 1． 3， 4 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 如果對系統(tǒng)的動態(tài)特性要求較高，比如要求快速啟動、制動，突加負(fù)載動態(tài)速降小等等，只有轉(zhuǎn)速反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求?？梢姡?Vo 既具有快速響應(yīng)性能又足以消除系統(tǒng)的靜差。 圖 l一 22給出了 PI調(diào)節(jié)器輸出和輸入的動態(tài)過程。這是由于在 PI 調(diào)節(jié)器中，若在階躍輸入作用下，比例調(diào)節(jié)器輸出可以立即響應(yīng)，而積分調(diào)節(jié)器的輸出卻只能逐漸變化，但最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。 1． 3． 3 PI 調(diào)節(jié)器 前面所述系統(tǒng)是采用比例放大器的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，它只能滿足穩(wěn)態(tài)精度的指標(biāo)，在動態(tài)中可能不穩(wěn)定。對于負(fù)載擾動等具有良好的抗干擾性能，對于被負(fù)反饋環(huán)包圍的在前向通道上的一切擾動作用都具有抵抗能力，都能減小被調(diào)量受干擾后產(chǎn)生的偏壓。可見閉環(huán) 系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實質(zhì)在于它的自動調(diào)節(jié)作用，在于它隨著負(fù)載的變化而相應(yīng)地改變整流電壓。只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差，它就會自動產(chǎn)生糾正偏差的作用。以直流調(diào)速系統(tǒng)為 例，將反映直流電動機轉(zhuǎn)速的 SCR 橋輸出電壓的一部分 Vfb 與轉(zhuǎn)速定電壓 Vref 相比較后，得到偏差電壓 △ V，經(jīng)過放大器產(chǎn)生觸發(fā)電路的控制 Vo，再經(jīng)過觸發(fā)電路變換，產(chǎn)生不同相位的觸發(fā)脈沖，使晶閘管輸出可調(diào)電壓，用以控制電動機轉(zhuǎn)速，這就組成了反饋控制的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，其原理框圖示于圖 l一 2l中。為了滿足鉆機對電動機和發(fā)電機功能上的要求，在 zJ50D(zJ70D)驅(qū)動系統(tǒng)中采用閉環(huán)控制方案。 1． 3． 1． 3 加、減速 在起下鉆作業(yè)中，頻繁啟動和制動，要求盡快加減速以提高生產(chǎn)率，同時也要求盡量平穩(wěn)。 1． 3． 1 對轉(zhuǎn)速控制的要求 1． 3． 1． 1 調(diào)速 即在 — 定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)平滑地 (無級 )調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)速。在 ZJ50D鉆機和 ZJ70D中采用晶閘管一電動機調(diào)速系統(tǒng)。為簡明起見，現(xiàn)以直流電動機調(diào)速系統(tǒng)為例進行分析，其它自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)與此相似。由于電容上的電壓和流過電容的電流互為微分和積分，所以將兩個元件位置互換，便得到互為反函數(shù)關(guān)系的兩種運算電路。在運算放大器的電路構(gòu)成上，組成反饋電路的一個元件是電阻。其比例常數(shù)取決于反饋電路的時間常數(shù) τ =RC，而與放大器本身的參數(shù)無關(guān)。輸入的待微分電路加到反相輸入端；將信號源與放大 器反相輸入端之間的電阻換成電容 C，就得到基本微分器。 圖 1— 18（ a）為滯 后積 分器 電路，當(dāng)輸入端加一躍變信號 Vi時，輸出電壓的躍 變 值 為Vj=Vi(t)R1[R2/(R1+R2)Ri] (1— 9) 輸出電壓的最終值為 vf=ViR1/Ri (1— 10) 時間常數(shù) τ =（ R1+R2） C 輸入信號電壓和輸出信號電壓的波形圖如圖 1一 18(b)所示。 1． 2． 7 積分器 圖 l一 17 為基本積分器電路，輸入的待積分信號加到反相輸入端，在輸出端和反相輸入端之間接入電容 Cf。 為了減小溫漂，接在同相輸入端的補償電阻應(yīng)為 Rp=R1//R2//R3//Rf 豆豆圖書集 12 1． 2． 6 比較器 圖 l一 16為比較器電路，比較器通常用于開關(guān)操作。由上式可看出，改變?nèi)我宦份斎胄盘柵c反相輸入端之間的電阻，都可以單獨改變該路信號由輸入端到輸出端的傳輸系數(shù)。比較圖 l— 15 與圖 l— 10 所示的倒相放大器，除輸入端的數(shù)目不同外，其它方 面完全相同。 vil， vi2 和 vi3 為待加的輸入信號。 Rf一般取 10KQ左右。由于 其反相輸入端直接與其輸出端相連，所以一旦輸入電壓超出放大器共模輸入電壓的允許值，便將產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象。 由圖 l一 12得 (VilV_)／ Rfl=(V0 –V_)／ Rf2 (Vi2 一 V+)／ Rpl=V+／ Rp2 V_=V+ 聯(lián)立解以上三式可得 V0=Rf2{Vi2/Rp1(1/Rp1+1/Rp2)Vi1/Rf1(1/Rf1+1/Rf2)}(1/Rf1+1/Rf2) 若電路平衡 , 即 Rf1=Rp1=R1, Rf2=Rp2=R2, 則 V0=R2/R1(Vi2Vi1) (15) 豆豆圖書集 11 可見差動放大器也可作為模擬減法器 . 差模放大倍數(shù)為 Ad=V0/(Vi2Vi1)=R2/R1 (16) 若運算放大器的共模擬制比為無限大 ,則其共模輸出為零 . 1． 2． 4 電壓跟隨器 圖 l— 13為電壓跟隨器電路，這是一個有百分之百電壓串聯(lián)負(fù)反饋的電路，因此它的輸入阻抗極高，輸出阻抗極低，電壓放大倍數(shù)小于 l而接近于 l。輸入信號 vil 和 vi2 分別加到 放大器的反相輸入端和同相輸入端。 1． 2． 3 差動放大器 差動放大器用來放大輸入信號中的差模信號，抑制共模信號。同時 Rp不比開環(huán)輸入電阻 Ri大， Rp上的壓降可略去。圖中各元個卜的作用與反相放大器相同。反饋電路在輸出端的連接方式是電壓負(fù)反饋，故閉環(huán)輸出阻抗比開環(huán)輸出阻抗小 得多?！疤摰亍秉c的電流不入地。根據(jù)這一特性，將反相輸入端稱為“虛地”。流入放大器的輸入電流遠(yuǎn)小于流過 Rf2 的電流，即 V_Vi， V_Vo， v_vvi。電路中的 RL為負(fù)載電阻。這樣連接使得從反相輸入端和從同相輸入端向外部看去的等效直流電阻相等。 1． 2． 1 倒相放大器 倒相 放大器如圖 l一 10 所示，等腰三角形 A 表示一個增益很高的放大器，電阻 Rf2為反饋元件。運算放大器具有高電壓增益、高輸入阻抗和低輸出阻抗的特性。 ⑤在三相橋式半控整流電路中，將共陽極組 (或共陰極組 )中的三個 SCR元件更換為三個二極管，這種電路只能使每周期的六個脈動波形中，有三個相間的波形可控，另外三個相間的波形不可控，對電壓控制要求不高的場合，可以使用這種整流模式。由于 SCR 的導(dǎo)通要維持到線電壓過零反向時才關(guān)斷，所以移相范圍為 0～ 120176。電阻負(fù)載且 ? 60176。 ④三相橋式全控整流電路必須用雙脈沖或?qū)捗}沖觸發(fā)，脈沖的移相范圍在大電感負(fù)載時為 0～ 90176。 時，為三相線電壓的正向包絡(luò)線，每周期脈動六次，基波頻率為 300Hz。 。 時，觸發(fā)脈沖在相電壓波形上距波形原點為 50176。 因此在對應(yīng)線電壓波形上， ? 角的起算點距波形原點為 60176。在線電壓波形上，是相鄰正向線電壓的 交點。 ②三相全控橋控制角 ? 的起算點是自然換流點，即相鄰相電壓的交點 (包括正向與負(fù)向 )，自然換流點距離波形原點 30176。 ，所以每隔 60176。 換流一次。 豆豆圖書集 9 通過以上分析，可得到以下結(jié)論： ①三相橋式全控整流電路在任何時刻必須保證有兩個 SCR元件同時導(dǎo)通，只有這樣才能構(gòu)成電流回路。稱這種方式為雙窄脈沖觸發(fā)。 為了保證 SCR橋能啟動工作，或在 SCR關(guān)斷后能再次導(dǎo)通，必須對共陰極和共陽極兩組元件中應(yīng)導(dǎo)通的一對元件同時有觸發(fā)脈沖，通常采用的辦法是一個觸發(fā)電路在觸發(fā)某一號SCR時，同時給前 — 號 SCR補發(fā)一個脈沖 (稱之為輔助脈沖 )，例如觸發(fā) T3的同時，對 T2補發(fā)一個輔助脈沖；觸發(fā) T4的同時，對 T3補發(fā)一個輔助脈沖，圖 1— 8(b)中的虛線脈沖，即為輔助脈沖。根據(jù)這樣的排列，觸發(fā)脈沖的順序為 Ug1→ Ug2→ Ug3→ Ug4→ Ug5→ Ug6，脈沖間隔為 60176。 時，正負(fù)面積相等， Ud=0。 時，由于自感電勢的作用， ud波形出現(xiàn)負(fù)值，但正值數(shù)值大于負(fù)值，平均電壓 Ud仍為正值。 時，負(fù)載電壓 Ud的波形為正值；當(dāng) 60176。時的波形。 、 60176。 當(dāng)控制角 ? 0176。 1． 17Uφ =2． 34Uφ 若用三相線電壓流形表示，則為其正半部分的包絡(luò)線，如圖 l 一 8(c)所示。 上整流條件下，對共陰極而言，輸出電壓波形是三相相電壓波形正半周包絡(luò)線；對共陽極而言，輸出電壓波形是三相電壓波形負(fù)半周包絡(luò)線。在 ω t6～ ω t7區(qū)間， T5和 T6導(dǎo)通，由 C項和 B項供電。同理， 豆豆圖書集 8 在 ω t4～ ω T5區(qū)間， T3和 T4導(dǎo)通，由 B相與 A相供電。電流從 Tl換到 T3。從 ω t3 點開始， B相電壓正值大于 A相，在脈沖 Ug3觸發(fā)下 T3導(dǎo)通。負(fù)載電流從 T6 換到 T2。 電流從 A相流出