70D电驱动钻机电控系统使用手册目录第1章电气控制系统的基础知识 (2)1．1可控整流的基本知识 (2)1．2运算放大器 (9)1．3闭环控制的调速系统 (13)1．4电气控制系统简介 (16)1．5电气控制系统的检验与维护 (21)1．6故障排除的一般方法 (22)1．7缩写字母注释和元件符号 (24)第2章交流电动机控制中心 (35)2．1 MCC柜安装图 (35)2．2 MCC运行前的检查与试验 (35)2．3 MCC的运行操作 (35)2．4 MCC的维护和故障排除 (36)2．5干式变压器的维护 (37)第3章交流控制单元 (39)3．1同步发电机简介 (39)3．2交流控制系统 (44)3．3交流控制组件 (48)3．4交流控制单元功能试验 (52)3．5交流控制单元故障排除指南 (56)第4章直流控制单元 (59)4．1串励电动机的工作特性 (59)4．2直流控制系统 (61)4．3直流控制组件 (64)4．4皮带轮防滑电路 (66)4．5绞车能耗制动 (68)4．6直流控制单元功能试验 (70)4．7直流控制单元故障排除指南 (75)第5章司钻控制台及PLC系统 (78)5.1 司钻控制台 (78)5.2 PLC系统 (80)5.3 PLC故障查找 (83)5.4 工况指配逻辑 (84)5.5速度控制 (85)5.6风机控制与报警装置 (86)5.7司钻控制台的功能试验 (86)5.8司钻控制台故障排除指南 (87)第6章电磁涡流刹车 (87)6.1 电磁涡流刹车的工作原理 (87)6.2 风冷式电磁涡流刹车配电柜 (88)6.3现厂安装调试 (91)6.4故障检修 (92)第一章电气控制系统的基础知识1．1可控整流的基本知识在电驱动钻机的电气控制部分，包括主电路在内的许多直流电源是通过可控整流而得到的。

可控整流是指在交流电压不变的情况下，可以控制直流输出电压的大小。

1．1．1晶闸管的结构与工作原理晶闸管俗称可控硅，是一种功率半导体器件。

由于它具有控制特性好、效率高、寿命长和体积小等一系列优点，应用日益广泛。

晶闸管的结构特点是具有PNPN四层半导体材料，它的机械外形图与符号如图l一1所示。

其中图l—l(A)为平板式结构，图l—l(B)和图1—1(C)为螺旋式结构，图1—1(D)为电气符号。

a)晶闸管的内部结构原理图如图1—2所示。

在阳极和阴极之间只有三个PN结J1、J2和J3，这种结构使晶闸管具有可控的正向导电特性，即给品闸管阳极对阴极加上正向电压时，它还不能导电，元件呈正向阻断状态。

要使晶闸管正向导通，除了在阳极与阴极之间加上正向电压外，还必须同时在门极与阴极之间加上一定的正向门极电压Ug，有足够的门极电流Ig流入才行，如图1—3（a）所示。

就是说，门极对元件导通与否起着控制作用。

门极使晶闸管导通的过程称为触发。

晶闸管一旦触发导通后，门极就失去对它的控制作用。

因此通常在门极上只要加上一个正向脉冲电压即可触发晶闸管管导通，但无法使它关断。

要使已经导通的晶闸管恢复阻断，可降低阳极电源Ea，或增大负载电阻Rd，使流过晶闸的阳极电流Ia减少，当Ia减小至约几十毫安时，它突然降到零。

这时如果再增加Ea或减少Rd，Ia仍然为零，表明晶闸管已经恢复阻断。

当门极断开时，维持晶闸管导通所需要的最小阳极电流叫维持电流Ih。

如果Ia<Ih，元件就关断。

显然，当阳极电源为交流电压，负载为纯电阻时，在电压波形正半周过零点时，品闸管就自行关断了。

图1-2 晶闸管结构晶闸管的上述性质需从其内部结构分析。

晶闸管可看作由P型半导体与N型半导体交替叠成，它的三个PN结可等效看成由两个晶体管BGl(P1一N1一P2)和BG2(N1一P2一N2)组成，如图1—3(b)所示。

当晶闸管阳极加上正向电压后，要使管子导通，关键是使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。

从图1—3(c)不难看出，BG1的集电极电流又是BG2的基极电流，BG2的集电极电流同时又是BGl的基极电流。

当阳极加上正向电压，一旦有足够的门极电流流入时，由于晶体管的放大作用，形成了强烈地正反馈，表示如下：其结果，瞬时使两个晶管饷导通，也就是晶闸管通。

导通以后，晶闸管的正向压降为1.5V左右。

由于正反馈作用，晶闸管导通以后，即使I g＜0，也不能使其关断。

只有设法使I a<I h(几十毫安)，导致其内部正反馈无法维持，品闸管才关断。

如果给晶闸管加反向阳极电压，由于不具备形成正反馈的条件，故无论有无门极电压，它都不会导通，只有很小的漏电流。

如上所述，晶闸管导通时只有1．5V左右的正向管压降，阻断时只有很小的漏电流。

晶闸管只能稳定工作在导通与阻断两种状态，是比较理想的单向无触点开关。

只用很小的门极电流就能控制很大的阳极电流导通。

晶闸管最主要的参数是额定电压和额定电流。

额定电压是管子能够承受的正反向重复峰值电压(取较小的值)。

为了安全，选用元件的额定电压值应比实际工作时可能出现的最大电压大2～3倍。

额定电流是正弦半波平均电流。

影响允许：管子电流大小的是温度，晶闸管管芯温度称结温，结温的高低山发热和冷却两方面的条件所决定。

为了减小发热，应选导通管压降小、反向漏电流小的管子。

元件的散热条件：和冷却方式必须符合厂家规定，否则管子容易烧坏。

由于晶闸管的过载能力比其它电机电器小得多，²因此选用晶闸管的额定电流时，根据实际最大电流计算后，还至少要乘1．5～2倍，使其具有一定的电流裕量。

晶闸管的原文是“Silicon Controlled Rectifier”(硅可控整流)，在本手册的以后的文字说明和图纸中经常使用其原文的缩写字母“SCR”。

关于晶闸管SCR的详细论述，请参阅有关专著。

1.1.2 3相可控整流电路1.1.2.1 3相半波不可控整流三项半波不可控整流电路如图1—4（a）所示。

它可由变压器供电，也可直接接到三相交流电源上，三个整流管的阴极连在一起接到负载端，称为共阴极接法。

三个阳极分别接到三相电源上。

对整流二极管来说，只要阳极电位高于阴极电位，它就会导通。

三相半波不可控整流负载电压波形如图1—4(b)所示。

在ωt1～ωt2区间，即d点～e点之间，A相瞬时电压VA 最高，二极管D1导通。

若忽略二极管正向导通压降，A点与K点同电位，K点电位也最高，使D2和D3受反压而截止。

同理，在之间，只有D2导通，在ωt3～ωt4区间，只有D3导通。

就是说，任何时刻只有瞬时电压最高的一相管子导通。

按电流的相序，每管轮流导通120”。

交流相电压正半周相邻瞬时值的交点称为自然换流点或称换相点，如波形图中的d、c、f、8……各点。

过了换相点后，后相的二极管自然转为导通，前相导通的二极管自然转为截止。

负载Rd上的电压Ud由三相电源供给，是三相电源波形的包络线。

平均输出电压为整流二极管两端电压Ud1如图l一4(c)所示。

以Dl管为例，将一个周期分成三等分，2ωt1～ωt2区间，D1导通，udl为o；ωt2～ωt3区间D2导通，B点与K点电位同电位，所以D1承受的电压为线电压UAB，UAB超前A相电压UA30º；ωt3～ωt4区间D3导通，Dl 承受线电压UAc。

可以看出，整流二极管承受的最大反向电压为电源线电压峰值，如果线电压为600V AC，则二极管承受的最大反向电压为1．1．2．2 3相半波可控整流将图l一4的3个二极管换成相应的晶闸管Tl、T2和T3即为三相半波可控整流电路。

晶闸管整流的特点是实际换流点不一定在自然换流点上，而决定于触发脉冲的相位，即控制角α。

三相半波可控整流的控制角是以对应的自然换流点为起算点。

由于自然换流点距相电压波形原点为30º，所以触发脉冲距对应相电压的原点为30º+α。

图l一5是：α=18º、负载为电阻时的波形Ugl然换流点ωto后延α角，即ωt1角时触发晶闸管Tl。

这时A相电压最高，T1管导通后，T2和T3管承受反电压，因此，即使T2和T3同时被触发，也不可能导通。

T1导通到T2的自然换流点ωt2时，如果是不可控整流，由于UB开始比UA高，迫使Tl关断。

但在SCR整流电路中，Ug1、Ug2触发脉冲间隔为120º，ωt2时Ug2尚未出现，T2无法导通，故T1也无法关断，继续导通到ωt3角，待Ug2触发T2后才迫使T1关断。

负载Rd上的电在波形如图1一5(e)所示。

上面分析的三相半波整流电路是把三个晶闸管的阴极接在一起，三个阳极分别接到三相交流电源，这种电路的接法称为共阴极整流电路。

另一种接法是把晶闸管的阳极联在一起，而三个阴极分别接三相交流电源，如图1—6(a)所示，这种接法称为共阳极接法。

共阳极整流电路可以同共阴极整流电路一样分析。

由于晶闸管方向反接了，因此只能在电源相电压的负半周导通，电流方向改变。

因三个管子的阳极联在一起，同等电位，所以电路换相总是换到阴极电位更负的那一相，自然换流点是相电压负半周相邻两相的交点。

1．1．2．3三相桥式全控整流三相桥式全控整流电路实质上是由一组共阴极与一组共阳极三相半波可控整流电路相串联并去掉中线而组成的，如图1—7所示。

由三相半波可控整流电路的分析可知，当控制角α=0°时共阴极组在自然换流点ωt1触发T1管，在ωt3触发T3，在ωt5触发T5。

共阳极组在自然换相点ωt2触发T2，在ωt4触发T4，在ωt6触发T6。

两组的自然换相点对应相差60°，都各自在本组内换流，即T1→T3→T5→Tl…和T2→T4→T6→T2…每只管子轮流导通120°，如图1—8(a)所示。

由图1—7可以看出，要使电流在负载中流通，必须在共阴极和共阳极两组电路中各有一个SCR元件同时导通。

在ωt1～Vt2区间，A相电压正值最大，B相电压负值最大，在触发脉冲作用下，T6和T1同时导通。

电流从A相流出，经T1→负载→T6流向B相，负载上得到线电压UAB。

从ωt2开始，A相电压仍保持正值最大，但C项电压开始比B项更负了，此时脉冲Ug2触发T2导通，迫使T6承受反压而关断。

负载电流从T6换到T2。

在ωt2～ωt3区间，T1和T2导通，电流路径为A相→T1→负载→T2→C相，负载上得到线电压UAc。

从ωt3点开始，B 相电压正值大于A相，在脉冲Ug3触发下T3导通。

由于此时T1的阴极电位高于阳极，迫使T1关断。

电流从Tl换到T3。

在ωt3～ωt4区间，T2和T3导通，由B相和C相供电。

同理，在ωt4～ωT5区间，T3和T4导通，由B相与A相供电。

在ωt5～ωt6区间，T4和T5导通，由C相和A相供电。

在ωt6～ωt7区间，T5和T6导通，由C项和B项供电。

在ωt7～ωt8区间，T6和T1导通，由A相和B相供电，重复以上过程。