电磁涡流刹车整流箱电路分析.doc

电磁涡流刹车整流箱电路分析单 位：钻井公司机修厂姓 名：付世平时 间：2006-1-3摘 要摘要内容：电磁涡流刹车作为钻井作业的辅助刹车已经得到普遍应用，整流箱在控制部分起着关键作用。通过对电路的分析，能使维修人员掌握其原理，缩短维修的费用和时间。关键词：主回路 控制回路 稳压电源 同步电源 触发器电磁涡流刹车是利用电磁涡流产生一个与固定磁场相反的磁场，这两个极性相反的磁场将反抗导体在磁场中的运动，形成下钻时的制动力，转子和定子均为高质量的磁性材料组成。其优点是能在较低的转速下产生很高的扭矩，下钻时只需控制位于司钻台上的司钻开关，便能调节所需扭矩，主刹车的使用降至最低限度，从而极大地减少了刹车轮网及摩擦片的损耗。此外，涡流刹车没有剩余扭矩，所以不需要使用单向离合器。整流箱是电磁涡流刹车设备中的一个配套部件，用于连续调节刹车的输入直流电流，以使刹车输出所需的制动力矩。三相可控硅调压与单相可控硅调压相比具有平衡电网用电负荷，提高电网功率因数和使用效率，在同样的输入电压下获得更大的调压范围等优点。电路原理：一、 主 电 路主电路由三相电源变压器，三相半波可控硅整流桥路，司钻开关及部分导线等部分组成，由于采用了/Y接电源变压器，既满足了输出电压的要求，又使进线电源和本机之间有了安全隔离，可控硅桥路采用通用的三相半控桥整流电路，简单可靠。每个可控硅元件并接有RC吸收回路，可控硅和整流管均采用了快速熔断器保护元件，提高了可靠性。由手动按钮控制防爆开关箱的吸合释放，可方便地控制主电源的切入和断开，在主回路中还接有快速熔断器，防止主回路及线路或负载故障。1、 主回路 主回路采用带续流二极管三相半控桥式整流电路，使用三只100A 1200-1600V可控硅元件，三只50A，500V和一只100A，500V硅整流元件。主回路如图一所示，三相电源接至主变压器T1，变换成三相210-250V电压，经快速熔断器至三相半控整流桥，输出直流电压到涡流刹车励磁线圈，因线圈为感性负载，直流输出端接续流二极管Z。图一整流桥的交流侧装有压敏电阻组成的吸收装置，吸收操作过电压，在硅元件两端并有RC电路吸收换向过电压。 三相半控桥式整流电路在脉冲触发装置上比较简单，只要为1、号可控硅提供触发脉冲即可，用它来控制共阴极组可控硅导通的时间。而长阳极级的二极管、号是不可控的，换相时间固定在自然换相点。图二图三控制角a=30 时,电路的工作情况见图二的a)、b)、c)，其中a)为Ud1及Ud2对零点的电压波形, b)为d1与d2点输出电压Ud的波形,c)为对应导通件的编号。在图a)中点对1号可控硅发出触发脉冲,此时a相电位最高,b相电位最低，故电流由电源a相1LR6b相回到电源，整流输出电压为线电压Uab，到了点c相电位开始低于b相电位，因而长阳极组二极管自然换相，电流从6号管换流到2号管，导电元件变为1、2，输出电压为Uab，到点时触发3号可控硅，它因承受正向电压而导通，并将1号可控硅关断，此时导电元件为3、2，输出电压为Ubc到点时又发生自然换相，电流从2号管换流到4号管，导电元件为3、4，输出电压为Uba，如此周而复始的循环。在60时，输出电压波形连续，释能二极管不工作。当控制角=90时，电路的工作情况见图三的d)、e)、f)，其中d)为Ud1及Ud2对零点的电压波形，e)为输出电压Ud波形，f)为对应导通元件的编号，在图d)中点对1号可控硅发出触发脉冲，此时a相电位最高，c相电位最底，1、2导通，输出Uac电压，直到点，Uac=0，1、2关断。在点的左边，a与c相电压都已变成负值，但仍可造成电流流通或触发导通的条件，这告诉我们判断元件是否有导通的条件（是否承受正向电压）要看两相电压差值的极性。由到发出下一脉冲的的区间。桥式电路中各元件均不导通，整流输出电压为零，但是负载电流却不中断，它由电感L释放所储藏的能量，经释能二极管Z造成电流流通条件。到点发出3号可控硅的触发脉冲，3、4导通，输出Uba电压，Z关断，往下周而复始地循环变化。由d1、d2点输出的平均电压Ud由两部分组成。共阴极可控硅组的整流电压Ud1=1.17E2COSa，表示d1点对蒸馏变压器零点的电位差，共阳极二极管组的整流电压 Ud2=1.17E2它表示d2点对变压器零点的电位差。由于共阳极组在电压为负半波时导通，所以d2点电位低于变压器的零点，串联起来后，总的整流电压。Ud= Ud1Ud2=1.17E2COSa+1.17E2=1.17E2（1+ COSa）当a=0时，整流电压最大；Udmax=1.17E2（1+1）=2.34 E2，它与三相全控式整流电路的最大电压值一样。当a加大，Ud减小，a=180时，Ud=0，其变化曲线如图四所示，其表达式为：Ud /Udmax=1/2+ COSa2/2三相桥式半控整流电路的移相范围为180，每相脉冲间隔为120。 图四二、 控制电路控制电路的作用是产生三个对主电源相位有稳定移相角的具有一定幅度和强度的脉冲信号，该三个脉冲之间具有固定的相序，脉冲的周期可随控制电压的变化而变化，分别用来控制各个可控硅的导通和截止，从而改变可控硅的输出电压，达到调压的目的。控制电路由稳压电源、控制信号处理、输出器、同步电源及触发器等五部分电路组成。控制回路的框图如图所示，现分述如下：司钻开关控制信号输出器稳压电源来自电源 来自电源脉冲功放移相脉 冲形成锯齿波形成同步电源 至可控桂（1） 稳压电源 由三个同步变压器分别提供两组Y连接，相电压为11.5V的电源，分别经过两组三相桥式整流，经过CW78M18B和CW79M18B三端固定集成稳压器，提供了+18V和18V的0.5A的负载电流，三端固定集成稳压器可靠性高，稳定性好；温漂低，使用灵活方便，而且集成块内部具有过流、过热、短路保护和调整管安全工作区保护等多种完善的保护功能。（2） 控制信号处理电路控制信号处理电路是一单相桥式整流滤波电路，其功能是把司钻开关副边输出的D1、D2经整流滤波后送入输出器。（3）输出器输出器是一个具有深度负反馈的二级直流放大器，是连接给定（即控制）信号与整流触发器的过渡环节。它具有使司钻开关输出的给定信号电压稳定性提高，并对该信号进行功放和限幅，从而保证了司钻开关输入电源升高时，而不使整流电源触发失控。它可以改善给定信号与整流触发器之间的阻抗偶合，并使司钻开关输出的控制信号倒相180，以满足操作使用的要求。输出器由三部分组成，现将其工作原理作一分析。由晶体管T27、T34通过二极管D42合组成两级电压串联负反馈电路。输出器的输出电压Usc 从T34的基极电流受T27的集电极电压所控制，输出器的输出电压Usc直接全反馈到T27的发射极。因此输出器是具有深度负反馈的两级放大器。由于二极管D42的非线性特性，利用D42可对T34基极电流作自动调节的作用，使T34工作稳定，D41作反向保护。由电阻R41引入附加偏移电压U，这是根据整流触发器的需要设置的偏移电路，以便当司钻开关输出为零时，输出器输出一固定正极性的电压，使整流触发器脉冲的初始控制角为180。输出器的上限幅右D44、R701、R801组成，下限幅利用二极管D43的压降来实现，上限幅的两个电阻根据调试值决定的，下限幅利用D43的压降简单的达到。设置了限幅电路后，就可使Usc在10-0.2V之间，也就是说保证整流装置在司钻开关调节过程中，整流控制角保持在15-180之间。（4） 同步电源触发器的交流同步电压与主回路可控硅阳极电位按一定的相位关系对应起来，使触发器输出脉冲能正确地按元件导通顺序送到可控硅的控制极上，以便整流装置正常工作。因此要求外部输入的电源按A、B、C相序输入。维修时注意保持连线点。同步电源由三个单相变压器组成，原边接成形，副边为中间抽头的220V电源。线路连接和同步信号关系表如图五所示这样得到一个比相应的阳极电压超前30及滞后30，210的控制范围，保证了180范围内控制的可靠性。 图五可控硅元件与同步信号关系表：元件号主回路电压同步电压aUAUab,UcabUBUbc,UabcUCUca,Ubc(5)触发器触发器由同步电源输入回路，锯齿波形形成电路，移相脉冲形成电路、脉冲功放电路等四部分组成。各部分原理如下：（a） 同步电源输入回路 由R31、R32、D9、D10组成，从电气原理图可知：它使晶体管T22基极b在t1t6时间内具有正电位，使T22截止，而在t6t8时间内具有负电位，使T22导通。所以T1的b极对0之间的波形UDO如图所示。（b） 锯齿波形成电路 由T22、T31、C32、R501、R51、R33、R61组成，如图六所示。为说明起见，设有图所示的恒源在t1时刻将开关K打开，则C32充电，电容器上端（E）点的电位将越来越负。由于是恒流充电，所以C32两端的电压作线性变化，既Uc32=C1320t I(t)dt=I/C32t,到t6时刻，开关K合下，C32经K瞬时放电，C32两端电压降为零。到图六T8重复t1过程，可得UC2的波形。开关K 的作用由T22完成，而T31、R501、R51、R33、R61即组成了恒流源电路所以C1两端得到线性度很好的锯齿波。 （C）移相脉冲形成电路由T21、R71、R81、D7、D8、 D6、C31组成，如图七所示，锯齿波形电压与直流控制电压Usc迭加后作用到T21的b极，当T21的b极上电位由正植下降到约1.4V，它克服了D7及T21be的发