基于CF6B-2A型双闭环可控硅触发器的直流调速系统

1.引言

阜新市电缆厂于20世纪70年代从德国引进一台挤塑机，在运行多年以后，直流主电机控制系统中部分元器件老化并损坏，开始出现转速不稳定现象，导致所生产电缆绝缘层厚薄不一，于2001年停止使用，对该厂造成较大经：济损失。为减小损失，2003年3月，对该电机控制系统进行了改造。由于该系统通过三相整流对直流主电机供电，因此除采用闭环控制来提高速度的稳定性外，改善触发电路也成为关键一环。触发脉冲的质量和稳定直接影响到被驱动电机的运行情况，从而也将影响到产品的质量和设备的安全运行问题。为充分利用现场现有资源，提高控制系统的性能价格比，在实地考察的基础上，通过方案选择，准备保留原系统主电路，控制系统采用新一代高科技产品，信达公司生产的CF6B-2A型双闭环可控硅触发器控制集成电路，该产品采用集成电路技术，将触发、控制、检测、保护集中在一个控制板上，同晶闸管电路有机结合，构成技术先进、结构简单、运行可靠的直流调速装置。根据需要，利用了少量的外围硬件。该控制系统于2003年5月开发成功，并投入试运行，运行效果良好。

2.CF6B-2A的特点及主要技术参数
该触发器为三相移相控制的双闭环可控硅触发器。适用于采用三相全控桥式，半控桥式与三相半波可控硅整流电路的直流电动机调速装置和其他三相整流装置。

2．1 CF6B-2A特点
(1)一体化结构设计，接线简单，使用方便；采用同步索相技术抗干扰能力强。
(2)相序自适应，电路状态由指示灯显示，且调试不用指示器；控制电路结构和电路参数进行了优化设计，避免了系统震荡，稳定性高。
(3)设有开环／闭环两种运行方式，适用于不同用户；输入控制设有点动工作和连续工作两种方式。本控制系统采用了连续工作控制方式。
(4)设有过电流保护。即当主电路达到设定的过电流值时，触发脉冲快速移至b＝35度位置并自锁，按复位开关和断电后重新通电保护解除。
2．2 主要技术参数
(1)触发输出(六路双脉冲列)：移相范围为0-170度；脉冲宽度≥1 ms。
(2)输入控制电压：0～15V或外接给定电位器进行控制。本系统采用后者，0-10V可调。
(3)反馈参数：速度反馈输入为直流15V，本系统采用直流测速发电机实现；电流反馈有交流电流互感器(100mA)、直流分流器(75mA)和直流电流传感器(5V)三种方式，本系统采用第一种方式。
(4)调节特性：设有速度、电流双闭环调节器，测速发电机的调节精度及范围反馈为土0．5％，1；30；同时设有给定积分器，可在5-30s内调节时间。
3 CF6B-2A触发器的工作原理
该触发器由低压电源兼同步变压器、给定积分器、速度以及电流调节器、模拟-数字触发器、脉冲变压器、过流、相序自适应等部分组成。触发脉冲电路采用锁相控制的模拟-数字触发器，由低压电源兼同步变压器提供单相同步信号，经由同步锁相电路，分相形成三相同步信号与来自调节器的控制电压比较，控制脉冲发生电路，经由GAL器件组成的分相组合电路产生6路双脉冲列，再经过放大后，经由脉冲变压器隔离输出。其外型示意图如图1所示。

图中，"给定速率"电位器用于调节电动机转速的变化速度。速度调节器为一个比例积分调节器，他将给定积分器输出的电压给定信号与由11号和8号端子输入的速度反馈信号比较，经比例积分调节控制整流而输出电压以稳定电动机转速，其反馈量可由"电压反馈"电位器调节，并设有速度补偿电路，补偿量由"速率补偿"电位器整定。电流调节器也为一个比例积分调节器，他将交流互感器经由4号、5号、6号端子输入的电流反馈信号变换成直流电压信号，也可由?号和8号端子直接输入电压信号，本系统采用了前一种方法，其最大电流的整定可由"电流整定"电位器调节。触发器具有开环和闭环两种控制方式，当置于"开环"位置时，反馈回路断开，手动调节电压给定，控制整流输出电压；当置于"闭环"位置时，反馈回路接人，由调节器控制触发电路工作。而且，触发器面板上设"电源"、"运行"、"失控"、"过流"和6个脉冲输出指示灯，用以显示触发器的工作状态。

控制系统电路构成
控制系统的电路构成示意图如图2所示。

其中，触发器的1，2，3号端子接380V电源，且要保证1号端子的电源接线与A+，A一可控硅的接线对应，2号端子的电源接线与B+，B一可控硅的接线对应，3号端子的电源接线与C+，C一可控硅的接线对应。由于本系统采用交流电流反馈方案，因此4，5，6号端子接输出为100mA的电流互感线圈，7号端子悬空，8号端子只作为速度反馈的负端，而不在作为分流器的正端，同时11号端子接速度反馈正端。因本系统无需采用运行开关控制电机的运转、停止或采用点动运行，所以9，10号端子短接，12号端子悬空，此时在通电前务必先把13，14，15号端子的给定电位器调回零位。16，17，18号端子为具有过流保护继电器的输出端，16，17端子是继电器的常闭触头输出，17，18端子是常开触头输出。19号～30号端子为脉冲触发信号输出端，分别和对应的可控硅门极、阴极相连。
图3与图4是在试验中所得到的实际三相交流电压、相双触发脉冲波形和电机直流侧电流波形。

由图可见，经过整流后的电流较为平滑，足以满足电机的稳定运行，这一点在实际的运行中也得到了印证。通过调节给定电位器，可以很方便地调节触发脉冲的移相范围，从而得到不同幅值的直流电压波形。若主回路出现过压过流等故障，过流保护电路动作，将触发脉冲移到β＝35度位置，并自锁，此时输出端没有输出，同时继电保护也相应动作，从而防止电力电子器件损坏，并对电机做出保护。
结 语
综上所述，CF6B-2A集成电路构成的直流调速系统结构简单、易于实现，具有较高的经济性和实用性直流调速控制系统现以安装在E150挤塑机的控制中，其系统性能完全满足厂家要求。该系统对于其他的类似改造具有一定的借鉴意义。