基于AFM控制器的十二相控制回路的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

為減少高次諧波分量對電網(wǎng)的干擾，大容量直流電動(dòng)機(jī)的可控硅整流裝置通常都要用十二相整流線路供電；同時(shí)這種供電形式也可大大緩解直流回路電樞電流的脈動(dòng)，對電機(jī)和機(jī)械設(shè)備都是有益的。很多廠礦企業(yè)的大功率直流電動(dòng)機(jī)都使用這種方式供電，而它們相應(yīng)的十二相控制系統(tǒng)都面臨著數(shù)字化改造的問題。ADD－32控制器最初是美國WEST－HOUSE公司開發(fā)的全數(shù)字直流調(diào)速控制設(shè)備，該控制器具有可集成度高、運(yùn)行穩(wěn)定、使用靈活等突出優(yōu)點(diǎn)，其中的AFM（Advantage Firing Module）控制器更有其鮮明的特點(diǎn)，它可以提供與外加整流橋良好配合的接口，僅需少量的相關(guān)外圍設(shè)備即可完成對大功率十二相直流傳動(dòng)裝置的可靠驅(qū)動(dòng)。

1 概述

AFM控制器是一種全數(shù)字化且結(jié)構(gòu)緊湊的新一代直流調(diào)速裝置，整個(gè)控制器的控制與調(diào)節(jié)全部是由32位微處理器來完成。裝置本身具有完善的故障診斷及報(bào)警功能，可以完成對被控功率橋功率元器件的檢測及脈沖電纜完整性的校驗(yàn)。其硬件和軟件結(jié)構(gòu)都為用戶留有相當(dāng)大的靈活組態(tài)空間，這使得該控制器可以應(yīng)用于不同容量、不同結(jié)構(gòu)、不同控制要求的系統(tǒng)中。

2 硬件構(gòu)成

AFM控制器硬件采用書本式結(jié)構(gòu)，體形小便于安裝，控制器與外圍設(shè)備接口大都采用端子插接式，為使用和更換提供了方便。控制器本體主要由處理器板、系統(tǒng)板、橋接口板組成，各模板之間通過扁平電纜傳輸信號。

處理器板主要完成控制算法計(jì)算以及軟件程序的存儲(chǔ)，并完成對控制器面板小型控制屏的支持，用戶可以在控制屏上觀察到軟件中的所有參數(shù)，同時(shí)賦予維護(hù)工程師修改實(shí)時(shí)參數(shù)的權(quán)限。

系統(tǒng)板主要提供控制系統(tǒng)與用戶的各種輸入／輸出接口，AFM控制器標(biāo)準(zhǔn)配置的最大系統(tǒng)板上帶有如下接口：

·6個(gè)開關(guān)量輸入／4個(gè)開關(guān)量輸出

·6路模擬量輸入／4路模擬量輸出

·2路編碼器信號輸入/一路脈沖信號輸出

·一個(gè)RS-485/422通訊接口

·一個(gè)802.4網(wǎng)通訊接口

另外，系統(tǒng)板還可選擇FAX32板，它作為系統(tǒng)板的一塊背板可以另外擴(kuò)展8個(gè)開關(guān)量輸入點(diǎn)。

橋接口板主要功能是接收來自功率橋的檢測信號、輸出觸發(fā)脈沖信號，同時(shí)也完成控制器的模板供電電源的轉(zhuǎn)換。

除上述控制器本身的硬件板外，橋隔離模板是十二相控制器必不可少的附屬硬件，它負(fù)責(zé)采集控制器所需的檢測信號，包括同步電源、電流反饋、電壓反饋等，并將它們通過固定端口送到控制器內(nèi)。

當(dāng)主回路功率橋的并聯(lián)可控硅數(shù)量較多時(shí)，可以使用AVTRON公司配套的門極脈沖放大模板GPA（Gate Pulses Amplifier）以保證到達(dá)每只可控硅上的移相脈沖信號有足夠的觸發(fā)功率。

利用AFM控制器本身的單相勵(lì)磁整流橋可以最大提供48A的磁場電流，另外，AVTRON公司也可以為大功率電動(dòng)機(jī)配備適當(dāng)容量的三相整流勵(lì)磁控制裝置AFS（AField Supply），容量從幾安培到上千安培，它與AFM控制器結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)對不同容量直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)。

3 控制軟件

3．1軟件功能

AFM控制器內(nèi)部軟件為標(biāo)準(zhǔn)的速度、電流雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，程序?qū)崿F(xiàn)采用模塊化設(shè)計(jì)，為調(diào)試及改變控制結(jié)構(gòu)提供了極大的方便，如實(shí)現(xiàn)雙電機(jī)聯(lián)軸時(shí)要求的主從式控制結(jié)構(gòu)、恒張力控制時(shí)的張力閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，這些功能已經(jīng)在實(shí)際生產(chǎn)中有了成功的實(shí)踐?？刂栖浖€提供一定數(shù)量的自由功能塊來實(shí)現(xiàn)用戶要求的簡單邏輯控制功能，并可以為要求復(fù)雜控制邏輯或控制結(jié)構(gòu)的用戶提供WINAPP軟件，該應(yīng)用軟件可以實(shí)現(xiàn)完全開放的自由編程功能。

3．2十二相控制回路的實(shí)現(xiàn)

主回路角側(cè)、星側(cè)整流橋設(shè)置獨(dú)立的交流進(jìn)線電流互感器，檢測信號直接送入橋隔離模板。控制系統(tǒng)將來自橋隔離模板的兩側(cè)橋分別提供的電樞電流之和作為電流反饋，同時(shí)隔離模板也會(huì)送回兩橋電流差信號作為電流平衡環(huán)節(jié)的反饋。

十二相控制器中以星側(cè)整流橋上橋電壓為同步信號，根據(jù)邏輯無環(huán)流系統(tǒng)原理產(chǎn)生星側(cè)正／反組觸發(fā)脈沖，將星側(cè)觸發(fā)脈沖后移30°原則上可以作為控制角側(cè)整流橋的角發(fā)脈沖?？紤]十二相裂解變壓器雙繞組可能存在的相位或電壓幅值偏差，有可能需要對角側(cè)橋的觸發(fā)脈沖加入固定的相位偏移（一般小于1．5°）。

另外，為保證兩側(cè)整流橋的電流均衡，控制系統(tǒng)軟件中增加了電流平衡PI調(diào)節(jié)器，以兩橋電流差作為反饋值及時(shí)修正角側(cè)橋的移相脈沖，使角側(cè)橋與星側(cè)橋的電流基本一致，且總電流滿足電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩要求。

4 編程工具

控制器隨機(jī)附帶ADDAPT編程軟件，它具有界面清晰、操作簡單靈活等優(yōu)點(diǎn)。在ADDAPT的編程環(huán)境下，能夠?qū)崿F(xiàn)對軟件數(shù)據(jù)的整定和修改、軟件程序的上裝與下裝、故障記憶列表等功能。與其它裝置的編程軟件相比它的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)波形采集功能是相當(dāng)突出的，通過對裝置內(nèi)部的4路采樣通道記錄數(shù)據(jù)的上載，可以方便地完成對運(yùn)行程序中任一運(yùn)行變量或中間變量的波形顯示和分析，基本上可以替代一臺(tái)可記憶示波器的功能。如果多臺(tái)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)后將ADDAPT作為監(jiān)控軟件，可以使維護(hù)工程師方便地記錄裝置的故障波形并進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控。

5 聯(lián)網(wǎng)功能

AFM控制器可以支持RS－485／422的串行通訊，同時(shí)也可以作為與外部編程器的通訊接口，在要求高速通訊的場合，可以配置802．4傳動(dòng)網(wǎng)，該網(wǎng)可以掛接在GE90－70 PLC或A－BPLC設(shè)備上，對于一般通用場合，可以采用在控制器內(nèi)部安裝以太網(wǎng)選件的方式聯(lián)入工業(yè)以太網(wǎng)。另外AFM控制器與PROFIBUS現(xiàn)場總線的接口卡的研制正在試驗(yàn)階段，預(yù)計(jì)不久將投入實(shí)際應(yīng)用。

6 應(yīng)用

由于AFM控制器可利用原有的晶閘管整流橋，也可自由選擇其它類型的進(jìn)口或國產(chǎn)SCR功率單元與之進(jìn)行系統(tǒng)集成，可以直接提供正反共24個(gè)觸發(fā)脈沖，加之前述諸多方面的獨(dú)到優(yōu)勢，使得該控制器顯示出較高的應(yīng)用價(jià)值，特別適用于中大功率的直流傳動(dòng)裝置的控制系統(tǒng)改造（部分投產(chǎn)項(xiàng)目參見表6—1）。長期的現(xiàn)場運(yùn)行情況表明，控制系統(tǒng)有良好的調(diào)節(jié)特性和高可靠性。

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