桥堆整流电路在直流电机励磁电源中的应用

李志坚

（梅州市金雁实业集团公司，广东梅州 514021）

0 引言

ZL250-17 型中拉机是永雄机械于20 世纪90年代生产的电线电缆专用设备，电力拖动系统为直流他励电动机，控制系统由直流调速器设置命令执行。直流电机在正常工作运转过程中较常出现无规律的故障停机，在检查中发现直流调速器数显控制面板上提示“过载停机”，按直流调速器说明书提供“过载停机”故障的问题点，逐一进行排查，在机器运行时对励磁电压进行检测，测得其励磁电压只有75V，远远未达到电机励磁额定电压180V的要求。再进一步检测诊断，发现该机590 直流调速器励磁线路板中间夹层部分线路出现开路及外围电子元件参数改变的现象，从而使励磁电压值低于该机额定电压值而导致直流电机无法正常工作。模段要恢复直流电机正常工作，一般维修主要采取两种方法：一是更换线路中的故障电子元件，线路板表层烧坏的电子元件容易查找更换，但三层线路板内中间夹层部分的覆铜板因外围线路短路引起内部故障，依靠用户自身的技术条件不可能进行维修；二是更换整块线路板，其成本较高，既增加了生产成本，又延长了维修周期，无法满足工厂连续生产的要求。

桥堆整流电路在该设备的实际应用，取得了良好的效果，现介绍该经验，供同行在直流电机中使用590系列直流调速器时参考。

1 现象分析

1.1 直流他励电机控制路径

590 直流调速控制器（以下简称调速器）中直流他励电机控制路径如图1。

图1 调速器电路控制树图

从调速器中直流他励电机控制路径树图可知，触发电路与可控硅整流既独立又互为一体，双方任何一方出现故障，都会影响整流电路输出异常。另从直流他励电机的调速方法及其性能可知，直流他励电机采用调节电枢电源电压的调速方法，具有调速范围大、稳定性好的优点而被广泛使用，所以，本文针对较常出现故障的励磁电源部分线路进行探讨，保留广泛使用且较少出现故障的电枢电源线路不变，以保持其调速范围大，稳定性好的优点。

1.2 励磁触发电路及可控硅整流模块缺陷

调速器内部可控硅整流模块励磁电源线路是一套复杂、繁琐的晶体管、集成块等大量电子元件组成的励磁触发电路，该电路连接点多、线路复杂，故采用了复杂的三层覆铜线路板，散热不好，维修难度大。可控硅整流模块的静态及动态过载能力较差，容易被击穿和受电网谐波干扰。原励磁触发及可控硅整流线路如图2[1]。

图2 原励磁电源线路

2 应用思路

鉴于原励磁电源线路中可控硅整流模块的励磁触发电路结构复杂、电子元件多、故障频次高等诸多缺陷，能否寻找一种简单、方便、实用的励磁电源电路，并可在调速器外部另设无须触发驱动的电源代替原励磁电源，降低设备故障及维修费用，以提高设备的使用价值，是本文解决的重点。

3 解决方案

3.1 输入交流电压获取

依据直流他励电机励磁电压需求值，采用TDGC2—1 型自耦变压器作为励磁电源线路的输入电源变压器，这样容易获取电路所需的电源电压，方便电路的安装调试操作。

3.2 整流方式确定

整流电路在排除复杂的可控硅整流电路外，尚有二极管半波和二极管全波整流电路，以及二极管桥堆全波整流电路，这些整流电路中，二极管半波整流电路的电源利用率低，脉动大。二极管全波整流电路的电源利用率虽比半波整流电路高，脉动小，但要求变压器要有中间抽头[2]，电路所用元件较多，线路连接点亦较多。而采用桥堆整流的电路不仅线路简单[3]，使用的元件少，连接点亦较少，整体外形小巧，电源利用率高且输出的直流电源脉动小、稳定，较适用于该直流电机的励磁电源，故在此应用桥堆全波整流电路作为直流电机的励磁电源。

3.3 故障保护

故障保护电路由两个熔断器和一个电流互感器组成，熔断器分别安装在电源L1 和L2 上，电流互感器安装在熔断器之后，当负载电路发生短路故障时，熔断器能第一时间切断电源形成保护，同时电流互感器提供电流信号给调速器过载保护动作和报警。

4 应用方法

4.1 励磁电源替代线路图

按应用思路及解决方案所提出的方法，励磁电源替代线路见图3。

图3 励磁电源替代线路图

4.2 接线方法

为使调速器各控制、执行及保护功能不受励磁电源外部替代影响，确保拉丝设备持续正常运行，必须将外部励磁电路和直流调速控制器使用同一电源，即把桥堆整流电路的电源进线端口接在主电源L1和L2两端。

其接线方式依序为交流380 V 电源，L1 和L2端口并接两个3A 熔断器1，熔断器1 后接自耦变压器2的输入端，自耦变压器2的输出端接整流桥堆3的交流输入端，整流桥堆3的直流输出端接电机励磁线圈4，自耦变压器2的输入端口前接原电流互感器5。

4.3 线路调试及设定

按上述方式接线完毕检查无误后，试通380 V交流电源，调整自耦变压器3 获取交流200 V 电源，经桥堆3整流输出直流180 V电源给电机励磁线圈4所需的额定电压。

调试完毕投入使用开机前，必须通过操作调速器人机接口，适当选择设定参数菜单，设定为“励磁启动”失效，即选取直流电机励磁电源“外部控制”。

5 应用效果

5.1 电路结构简单

该线路单独外接到原调速器外部，通过熔断器、自耦变压器以及整流桥堆的配合，在不影响调速器调速性能的情况下，简化了电路结构。

5.2 冷却效果更佳

将部分组件从调速器器内部脱出，为其内部腾出了冷却、散热空间，提升了调速器的冷却效果，延长了调速器和改造后该直流电机励磁电源整流电路的使用寿命。

5.3 励磁电压稳定

简化的电路结构，同样满足调速器调节电枢电压大小即调节直流电动机速度的要求，且运行过程中其励磁电压更加稳定可靠。

5.4 维护成本低

所选的自耦变压器桥堆整流电路的造价远比原有可控硅模块整流电路低，可低几十倍。当出现故障时能够快速查找及时解决，不但节约了制作和维修成本，而且能提高维修工作效率。

6 结束语

本文对桥堆整流电路在直流电机励磁电源中的应用进行了有益的实践，通过试用及生产的检验，得出如下结论：

（1）结构简单的一体电路替代复杂的触发与励磁控制线路可行、实用且有效；

（2）自耦变压器手动电压的调节，可随时满足不同类型直流电机对励磁电压的设定要求。

［1］上海富伟自动化设备有限公司.590 系列使用手册［Z］.1995.

［2］技工学校机械类通用教材编审委员会.电工与电子基础［M］.北京：机械工业出版社，2000.

［3］胡斌，胡松.电子工程师必备-元器件应用宝典（强化版）［M］.北京：人民邮电出版社，2012.