簡介： 介紹利用示波器結合晶閘管電路特點進行定相操作的詳實過程，推薦一種快速識別變壓器聯接組別及根據組別聯接變壓器的一種實用方法。通過利用波形分析對PI調節器性能的動態分析與測試，探討一種利用慢掃描長余輝示波器檢測、調試系統的一種手段。 關鍵字：定相 聯接組別 慢掃描長余輝示波器 動態調試 　 　 引言　 隨著交流變頻調速技術的發展，雖然直流調速一統天下的格局已被打破，但由于其具有良好的起動、制動、正反轉及調速性能，目前在調速領域中仍占有一定地位，特別是一些對精度、快速性要求較高的場合，仍倍受親睞。 直流調速系統結構形式種類繁多，本文以廣泛應用的晶閘管三相全控橋不可逆、雙閉環調速系統為例介紹系統調試的一些方法與技巧。由于直流調速系統涉及電力電子、變壓器、電機、電工電子等諸多電學領域，掌握其工作原理及檢測調試方法，對提高綜合電氣水平大有裨益，利用其相關原理及方法學習與解決其它自動控制系統有觸類旁通之感，必將事半功倍。 系統的動態調試是指根據負載性質對系統的要求調整系統參數，以滿足動態性能指標。如上升時間、最大超調量、調節時間、動態速降等。實現充分發揮電機潛力，適應生產工藝要求的目標。 1 同步的概念 從直流電動機的轉速公式可知，改變n的方法有三種：即改變U、Ra、Φ。由于調壓調速卓越的性能被廣泛采用，本文只介紹晶閘管直流調壓調速，以三相全控橋為例。如圖一，每一晶閘管VT的觸發脈沖Ug的出現時刻應與主電路電壓保持一定的相位關系，即所謂同步。同步遷涉到主電路電源相序，整流變壓器TR、同步變壓器TS的聯接組別，以及各種型式觸發器的具體要求，有的還涉及濾波引起的相位滯后問題，這就要求正確選擇同步變壓器以及核對TR與TS的相序。 　 2 確定并正確聯接同步變壓器 2.1首先確定TR與TS的相位差，確定TS的聯接組別。例：TR聯接組別為D/Y-5，TS滯后TR1500，由矢量圖（如圖二）得TS聯接組別為Y/Y-10。 2.2下一步的關鍵在于準確識別、選擇或聯接變壓器，以滿足定相要求。矢量圖法應熟練掌握，但在實際應用中此法比較繁瑣，且須動筆作圖，工作現場往往比較嘈雜，容易出錯，本人在工作中總結出一種快速識別和聯接變壓器的方法，經大量矢量圖反復驗證，確實可行，介紹如下： ⑴ 記住口訣 　　矢量原點要定位， 　　星星十二基準位， 　　原邊順角超前位， 　　級次角順要后退， 　　極性相背反向退， 　　星轉角移四點對。 ⑵ 解釋一：以Y/Y-12作為矢量基準，即起始原點，其它所有聯接組別均由Y/Y-12演變而來；如圖三。 ⑶ 解釋二：若一次改接為三角形聯接，二次仍為星形聯接，此組別以30O相位差移相，超前Y/Y-12 30O（1點）而變為D/Y-11，如圖四（a），若一次改接為反三角形聯接，二次仍為星形聯接，則滯后于Y/Y-12 30O而變為D/Y-1，如圖四（b），即所謂“原邊順角超前位”。 　 　　⑷ 解釋三：一次星形聯接不變，二次改為三角形聯接，同樣產生與 30O 相位差。順、反三角形，超前、滯后的關系與一次改接情況相反，即順三角形聯接滯后30O ，反三角形聯接超前30O ，如圖五，所謂“級次角順要后退”。 　　 　　⑸ 解釋四：若一、二次均變為三角形聯接，按照前述一、二次側變化產生的相位差作代數和求出總的相位差即可。如圖六（a） 一次（-300），二次（-300），（-300）+（-300）=-600 ，滯后600，即2點鐘，聯接組別D/D-2。 圖六（b）一次（-300），二次（+300），（-300）+（+300）=00，相位差00 即為G/G-12聯接組別。 　　 ⑹ 若一、二次同名端相反，即所謂反極性，在上述判別基礎上相差六點，曰：“極性相背反向退”，如圖七a、b，12點+6點=6點，聯接組別由12點鐘變為6點鐘。 ⑺ 若相間移位，在上述判斷后，順相序方向移動一相，滯后1200，加4點，如圖八（a）11點+4點=3點，組別號由11點變為3點鐘。逆相序方向移動一相超前1200，減4點，圖八（b）12點-4點=8點，組別號由12點變為8點鐘。 　　 　　⑻ 綜上所述，由變壓器聯接圖即可目測判斷組別；由組別也可直接畫出聯接圖，而無需通過矢量圖識別與聯接，準確、方便，通俗易懂。 　　此聯接組別快速識別法同樣適用于電力變壓器D/Y，Y/D，Y/Y方式的識別與聯接，但不適用于Z形方式的識別與聯接。 　 3 確定主電源相序 三相交流電源波形圖如圖九，相序應為U→V→W→U，即V相滯后U相1200，W相滯后V相1200，當設備初次運行或檢修后運行難免錯亂，必須核查與調整，使其符合要求。 步驟如下： 　　3.1 主電路負載開路，觸發電路關閉。 　　3.2 將示波器探頭CH1地夾接主電源PE，CH1探頭搭接在主電源U相端子，調節示波器X軸靈敏度，使正弦波半個周期占據3格，每格600。 　　3.3 將探頭CH2搭接到電源V相端子。若示波器顯示圖十（a）波形CH2的波形比CH1的波形滯后1200，可知CH1測得為U相，CH2所測為V相波形。否則波形顯示為圖十（b），CH2測得的是W相，此時，將W與V調換即可。 4 校對同步變壓器與整流變壓器的相位關系 　　4.1 首先校對同步變壓器的二次側相序，方法與主電路相同，不再贅述。 　　 　　4.2 同步變壓器雖然為順相序，并不意味與主電路之間相位協調，還需檢查TS與TR的相位差，看是否一一對應。 　　步驟： 　　⑴ 將TR與TS二次側中性線短接，用CH1地夾住。 　　⑵ CH1接TR U相，CH2接TS U相。 　　⑶ 觀察波形是否符合前文2.1中述及的相位差，若符合說明TR與TS相位一一對應，若不符合，則在不改變TS相序的前提下，整體移接TS一次側即：U→V V→W W→U，直至符合TR與TS的相位差要求。 5 檢查測量觸發脈沖順序 　　圖一所示主電路中的晶閘管導通順序：VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6→VT1，對應的觸發器脈沖為Ug1→Ug2→Ug3→Ug4→Ug5→Ug6→Ug1，每路脈沖依次滯后前一相600。 　　步驟： 　　5.1 關斷主電路，觸發電路工作，有脈沖輸出。 　　5.2 將CH1探頭地夾住TS二次側星點，CH1接Usa，并調整半個周期為3格。 　　5.3 CH2探頭接Ug1（若使用脈沖變壓器接測試點即可）。 　　 　　5.4 依次換接Ug1、Ug2、Ug3、Ug4、Ug5、Ug6脈沖分別顯示在示波器上，如圖十一（a） 為Ug1，（b）為Ug2，（c）為Ug6。 這說明脈沖順序正確，否則應檢查前面步驟，直到正確為止。 6 初相位及移相范圍的整定 在給定值為零時，觸發脈沖出現時使得Ud=0，一般整定在略大于900。 　　步驟： 　　6.1 根據前文TR與TS的相位差，結合的具體要求，折算出滿足要求時TS與脈沖的相位關系。 　　6.2 主電路斷開，觸發電路工作。 　　6.3 CH1地接TS星點，CH1探頭接TS Usu，CH2接脈沖或測試點。 　　6.4 調節負偏壓，使Usa與脈沖滿足6.1的相位關系。 　　6.5 加上控制電壓，并調節，在時，加以限幅。 7 雙閉環直流調速系統的動態檢測與調試 　　7.1 系統構成與工作原理 　 雙閉環直流調速系統是晶閘管變流技術與自動控制技術相結合的復雜控制系統，動態調試更是關鍵。典型原理電路如圖十二。 為使轉速、電流雙閉環調速系統具有良好的動靜態特性，轉速和電流兩個調節器都采用PI調節器，轉速和電流都采用負反饋閉環。這就要求轉速給定電壓Ug和轉速反饋電壓Un的極性相反，電流給定電壓與電流反饋電壓Ufa的極性相反，由晶閘管觸發裝置移相特性要求，可決定電流調節器ACR輸出電壓Uc的極性。 轉速給定電壓Ug與轉速反饋電壓Ufs比較后，加在轉速調節器ASR的輸入端，電動機的轉速由給定電壓Ug決定，ASR的輸出電壓Us作為電流給定電壓加在電流調節器的輸入端，電流調節器ACR的輸出電壓Uc作為控制電壓加在觸發器上，晶閘管可控整流裝置輸出整流電壓，以保證電動機在給定轉速下運轉。 ASR輸出限幅值對應為最大電流給定值，取決于電動機的過載能力和系統對最大加速度的要求。ACR輸出限幅限制。電流調節器設計為不飽和，而轉速調節器設計為飽和與不飽和兩種情況。調節器飽和輸出時輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，只有在輸入端加反向的才能使調節器退出飽和，調節器不飽和時，輸出小于限幅值，比例積分作用可使輸入偏差在穩態時始終為零。但由于ASR、ACR的積分保持（記憶）作用，ASR和ACR都有恒定的輸出電壓。實現轉速和電流無靜差。 　　 　　7.2 PI調節器性能測試與波形分析 　　PI調節器是系統核心，必須掌握其性能 　　原理圖如圖十三 　　輸入與輸出的關系： 　　 　　PI調節器的工作過程：當輸入電壓突然加上時，電容C相當于短路，這時便是一個比例調節器。因此，輸出量產生一個立即響應輸出量的跳變，隨著對電容的充電，輸出電壓逐漸升高，這時相當于一個積分環節。只要，U0將繼續增長下去，直到時，才達到穩定狀態。 　　測試方法： 　　⑴ 按圖十三接線，將慢掃描長余輝示波器耦合方式置GND，垂直方式置雙蹤CHOP（斷續），通過垂直位移將兩條掃描基線調置適當位置，耦合方式置DC，Y軸靈敏度調至2V，X軸靈敏度置1S，亮度不要太亮，聚焦不要太實，以免長期觀察損傷示波器。CH1接Ui，CH2接U0。 　　⑵ 將積分電容短接放電，輸入端接地，調整調零電位器，使輸出為零，實現零輸入零輸出。 　　⑶ 松開電容短接線，緩緩地將輸入給定電壓正向增大，輸出亦緩緩地反向增大，然后緩緩地將給定調到零，輸出波形將近似保持水平（由于電容漏電，波形很緩慢地向基線靠攏），在示波器上可以看到光點緩慢移動留下余輝的波形。 　　⑷ 如果給定電壓突降，輸出波形將跳變（比例起作用），然后緩緩負向增大（積分起作用）。 　　 　　⑸ 若給定電壓值經比例放大超過輸出飽和值，輸出將跳變至飽和值，此后積分看上去不起作用，但無論給定在變號前怎樣突變，輸出仍不變，實際上這是電容的作用。當給定反向（變號）時輸出才會減小（絕對值）。 　　⑹ 增大比例常數，提高放大倍數，給定突變時，輸出變化增大，反之減小.上述波形如圖十四。 　　⑺ 增大積分電容，積分時間延長，輸出波形變坡，反之變陡。 　　了解了PI調節器的工作原理，波形變化過程，各參數對波形的影響，在系統調試時根據波形分析系統動態性能，正確連接并調整參數。 　　 在實際調試中，將示波器探頭接在ASR或ACR輸入、輸出點上，觀察波形，對照前文述及PI調節器原理，分析各項性能指標，電流波形應如圖十五，一般來說振蕩只允許1-2次，且超調在10%以內，適當調整比例常數，結合拖動負載的要求，對系統進行動態監測，根據負載對超調量、穩定性、速降等要求進行邊測量邊調整，并模擬一些生產中可能出現的特殊情況進行預見性調試，如：堵轉、突然空載、電網電壓波動等。兼顧快速性、穩定性、無靜差、振蕩少以滿足系統要求，充分發揮設備潛力。 8 結束語 本文介紹了利用示波器進行定相操作的簡便方法，以及如何了解測試PI調節器動態性能的一些操作及技巧，在調試過程中加深變流技術相關知識的了解與應用，提高變壓器知識、示波器應用技巧、電子技術實驗等技能，以期達到綜合電氣維修水平的提高。 文中述及的變壓器聯接組別快速識別法系本人心得，PI調節器輸入、輸出波形（圖十四）是在實驗中反復模擬、反復測量，根據記錄逐點逐段合成，紕繆之處，敬請指正。