摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了可控硅控制模塊原理，通過實(shí)例介紹了可控硅模塊在直流系統(tǒng)中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：可控硅模塊；系統(tǒng)改造
可控硅控制模塊是根據(jù)控制系統(tǒng)功能，將可控硅分立元件、觸發(fā)及移相電路、同步控制電路、電流反饋電路、電壓反饋電路等全部功能集成在一個(gè)模塊內(nèi)，組成具有各種功能的直流控制系統(tǒng)模塊。模塊具有電路簡(jiǎn)潔方便、可靠和故障率低等特點(diǎn)，在直流控制系統(tǒng)的組建或改造中得到廣泛應(yīng)用。
一、用可控硅恒壓整流模塊改造西門子伺服系統(tǒng)
我公司有兩臺(tái)美國(guó)辛辛那提·米拉克龍公司制造的TC—BAR大型加工中心。其X、Y、Z、W等軸采用德國(guó)西門子交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一個(gè)直流電源系統(tǒng)（型號(hào)6RA2968-6DV01—2A19）供電。兩臺(tái)加工中心經(jīng)常發(fā)生伺服驅(qū)動(dòng)失敗（報(bào)警），故障相同，沒有規(guī)律，直至機(jī)床無法工作。檢查發(fā)現(xiàn)，故障由伺服驅(qū)動(dòng)器供電的直流電源引起。該電路是西門子早期產(chǎn)品，故障率高，目前已不生產(chǎn)。1997年至2o02年更換3塊主控板，花費(fèi)近6萬元，訂購(gòu)周期3個(gè)月。因此對(duì)其直流電源部分進(jìn)行改造。
原直流電源特點(diǎn)：（1）輸入電壓三相380V，額定輸出電壓300V（可調(diào)）、額定輸出電流90A，隨負(fù)載的變化可調(diào)；具有靜態(tài)穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)快速等優(yōu)點(diǎn)。（2）外部連接使能信號(hào)和相關(guān)邏輯控制信號(hào)。經(jīng)過市場(chǎng)調(diào)查和查閱相關(guān)資料，決定采用國(guó)產(chǎn)元件恒壓可控硅整流控制模塊，型號(hào)MSZ-HY-320（三相380V320A）組成直流電源系統(tǒng)，見圖1。
三相380V電源經(jīng)快速熔斷器接人模塊的三個(gè)交流輸入端子，交流側(cè)采用阻容保護(hù)電路，保護(hù)模塊內(nèi)部的可控硅；模塊的D型接口接線如圖2所示。給定輸入（10腳）采用積分電路，讓系統(tǒng)的輸出隨積分時(shí)間上升而上升，防止突加給定造成的系統(tǒng)嚴(yán)重超調(diào)；保護(hù)電路的K。（過流）、K：（過熱）的常開觸點(diǎn)接至給定的輸入端，一旦系統(tǒng)過熱或過流即鎖定輸入，系統(tǒng)輸出為零，起到模塊保護(hù)作用。在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)負(fù)載變化較大時(shí)，如在廠執(zhí)行G00速度時(shí)輸出超調(diào)嚴(yán)重（電壓輸出超過350V），造成伺服電路元件損壞。因此，在模塊的輸出端串人一個(gè)1．5Q300W的電阻，使系統(tǒng)超調(diào)時(shí)產(chǎn)生壓降，保護(hù)驅(qū)動(dòng)器的安全。使用中發(fā)現(xiàn)，該電阻對(duì)系統(tǒng)的快速性有些影響；但對(duì)抑制負(fù)載變化、保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行既簡(jiǎn)單又可靠。
二、用可控硅控制模塊改造傳統(tǒng)直流拖動(dòng)系統(tǒng)
目前國(guó)內(nèi)有大量的發(fā)電機(jī)一電動(dòng)機(jī)組成的直流拖動(dòng)系統(tǒng)和由分立元件組成的可控硅直流拖動(dòng)系統(tǒng)。其中直流發(fā)電機(jī)一電動(dòng)機(jī)組占地面積大、能耗高、效率低；而分立元件組成的可控硅直流拖動(dòng)系統(tǒng)故障率高、可靠性差。可控硅控制模塊集成了可控硅整流元件、觸發(fā)及移相電路、同步控制電路、電流反饋電路、電壓反饋電路等，同時(shí)還引出了速度反饋接口。
可根據(jù)系統(tǒng)性能要求，選配相應(yīng)的可控硅控制模塊和外圍電路；經(jīng)簡(jiǎn)單調(diào)試，即可組成具有較高性能、運(yùn)行可靠的直流拖動(dòng)系統(tǒng)。
1．俄羅斯龍門銑直流拖動(dòng)系統(tǒng)改造
該機(jī)床是俄羅斯20世紀(jì)90年代早期產(chǎn)品，有四個(gè)直流電動(dòng)機(jī)。其中工作臺(tái)電機(jī)（電樞220V，75A；勵(lì)磁220V，實(shí)際是固定他勵(lì)110V），其余3個(gè)銑削頭電機(jī)（電樞220V，17A；勵(lì)磁220V，實(shí)際是固定他勵(lì)110V），由于系統(tǒng)運(yùn)行十幾年，故障日漸增多。
根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)要求，確定改造方案。（1）保留原來機(jī)械傳動(dòng)部件和所有直流電動(dòng)機(jī)；（2）采用直流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。選用可控硅雙閉環(huán)直流控制系統(tǒng)模塊（MSZ—ZLTS一200和MSZ-ZLTS-55）組成兩個(gè)直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。為改善輕載和低速性能增加兩個(gè)平波電抗器，為實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)增加四個(gè)（每套二個(gè)）直流接觸器，增加中間繼電器作為邏輯信號(hào)控制；轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)經(jīng)整流橋整流接人相應(yīng)端子，解決正反轉(zhuǎn)信號(hào)易混亂問題。可控硅控制模塊輸入和輸出均裝置快速熔斷器作過流和短路保護(hù)。
該系統(tǒng)接線安裝容易、調(diào)試簡(jiǎn)單，總的改造費(fèi)用1．2萬元；從改造方案設(shè)計(jì)至系統(tǒng)安裝調(diào)試共一個(gè)半月。系統(tǒng)運(yùn)行后未發(fā)現(xiàn)故障。
2．雙立柱鏜床直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造
雙立柱鏜床的工作臺(tái)和兩立柱的移動(dòng)分別由三個(gè)獨(dú)立的直流驅(qū)動(dòng)器控制，驅(qū)動(dòng)電機(jī)4kW、220V磁220V。
改造方案：電樞控制采用可控硅直流雙閉環(huán)控制模塊，擬用勵(lì)磁反向的辦法控制系統(tǒng)的正反轉(zhuǎn)調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，利用兩個(gè)繼電器切換正反轉(zhuǎn)時(shí)很容易失磁造成飛車。因此，用二極管整流固定勵(lì)磁；用兩個(gè)接觸器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的正反轉(zhuǎn)。系統(tǒng)改造后，運(yùn)行1年多基本無故障。
三、結(jié)論
綜上所述，可控硅整流（恒壓、恒流、恒流恒壓）模塊可組成各種性能不同的可控硅整流電源例如用于電瓶充電器，代替各種伺服驅(qū)動(dòng)器的直流電源部分等；可控硅直流雙閉環(huán)控制模塊．可組成簡(jiǎn)單可靠的可控硅直流雙閉環(huán)系統(tǒng)，或在設(shè)備改造中取代占地面積大、能耗高、效率低的直流發(fā)電機(jī)一電動(dòng)機(jī)組；同時(shí)可取代分立元件組成的可控硅直流雙閉環(huán)系統(tǒng)。可控硅智能控制模塊可用于交流電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)等。