模擬直流傳動系統(tǒng)由于具有良好的速度調節(jié)、張力調節(jié)等許多控制功能，在各行各業(yè)之中發(fā)揮著重要作用，并獲得廣泛應用。雖然不斷進行改進和完善，控制性能和可靠性得到較大的提高，但其固有的不足和運行多年后新出現(xiàn)的穩(wěn)定性較差、故障較高等問題，無法從根本上得到解決。筆者認為，其直流電動機、整流變壓器或進線電抗器、平波電抗器等仍可以利用的模擬直流傳動系統(tǒng)，應優(yōu)先采用全數字直流調速技術進行改造。

一、可行性分析

交流變頻調速采用矢量控制或直流轉矩控制技術，控制性能獲得了很大的提高。交流調速系統(tǒng)還具有交流電動機維護性好、轉動慣量小、調速范圍廣、系統(tǒng)功率因素高等優(yōu)點，有取代直流傳動之趨勢。但是，因交直交變頻調速軟硬件更為復雜，特別是四象限運行的交直交變頻調速裝置，不僅應具備整流、有源逆變、無源逆變電路，且其調節(jié)控制板所采用的控制技術和硬件性能也更高，其制造費用也就更大，所以，要求四象限運行的電機傳動系統(tǒng)采用交直交變頻調速改造費用也就更高。對于直流電機、整流變壓器或進線電抗器、平波電抗器（Z4系列直流電動機可不用）仍可使用的四象限運行的模擬直流傳動，應優(yōu)選全數字直流調速改造方案，不僅可以提高傳動系統(tǒng)性能，而且還節(jié)約了改造費用。

全數字直流調速裝置與原模擬直流調速器相比，具有以下優(yōu)點：第一，控制及調節(jié)器參數可數字設定，不因電子元器件老化、溫漂、零漂等而變化，控制性能更為穩(wěn)定，應用自適應控制和前饋控制技術，系統(tǒng)控制精度和快速性優(yōu)于模擬系統(tǒng)；第二，電動機弱磁運行時，電樞和勵磁可解藕控制，控制性能優(yōu)于模擬系統(tǒng)；第三，可自動測定電動機磁通、摩擦轉矩和轉動慣量等，系統(tǒng)參數可自優(yōu)化，設定、使用方便靈活；第四，具有比模擬系統(tǒng)更多的保護功能，以及更多的故障顯示和診斷功能，大大提高了直流傳動系統(tǒng)的運行可靠性和維護性；第五，具有RS232、RS485串行接口，可直接于上位機連接或組成分布式控制系統(tǒng)；第六，可安裝工藝模板、通信模板等附加模板并配上專用軟件，或通過該機的自由連接功能，或選擇增強型軟件，即可完成現(xiàn)場總線通信、張力、卷繞、角位移等更為復雜的控制功能，使整套控制系統(tǒng)更為簡化。所以，無論從經濟還是技術角度上看，采用全數字控制技術改造模擬直流傳動系統(tǒng)完全是可行的。

二、改造方案及實施過程

模擬直流傳動系統(tǒng)數字化改造，目前主要有以下兩種方案可選用：

1.更換原有模擬直流調速器

保留原有模擬系統(tǒng)直流電機、整流變壓器及平波電抗器，選用相應電壓電流規(guī)格的全數字直流調速裝置更換原有模擬直流調速器。

目前，在我國應用較多的全數字直流調速器均為國外產品，如德國西門子6RA24、6RA70系列，意大利安薩爾多SPDM系列，英國歐陸5900系列，瑞典ABB公司DCS400、DCS500、DCS600系列等。其全數字直流調速裝置額定勵磁電流與我國直流電動機勵磁電流下完全配套，如果裝置額定勵磁電流小于電動機額定勵磁電流，須在裝置外對勵磁電容擴容，更換符合電流要求的功率元件。因勵磁電流多在幾安到幾十安之間，所用晶閘管觸發(fā)電流較小，全數字直流調速器內勵磁觸發(fā)脈沖可直接使用。同時，勵磁反饋分流電阻也需調整，使輸出電動機額定勵磁電流時，分流電阻上的壓降等于裝置原有額定壓降，如西門子6RA24、6RA70系列勵磁反饋分流電阻上額定壓降為0.1V。安薩爾多SPDM系列直流傳動裝置勵磁電流仍采用模擬控制，且有外部勵磁電流擴容選件提供，擴容也更為方便。

部分廠家全數字直流調速裝置電樞回路同步電源取自控制電源，如安薩爾多SPDM系列，為保證可靠觸發(fā)，控制電源與整流功率電源的相序和相位必須一致。按各廠家使用手冊所推薦的電路接線安裝，通過參數設置和系統(tǒng)優(yōu)化即可投入正常運行。

2.擴容式改造

（１）改造原理。除保留原有模擬系統(tǒng)的直流電動機、整流變壓器或進線電抗器、平波電抗器外，還保留原系統(tǒng)功率單元及其阻容吸收電路、快速熔斷器、交直流側保護電路等，僅對原模擬調節(jié)器進行改造，選用小功率的全數字直流調速裝置更換模擬調節(jié)器，利用小功率全數字直流調速裝置的調節(jié)控制單元去控制原有系統(tǒng)更大功率的功率元件，即所謂的擴容式改造。由于同一廠家的全數字直流調速裝置系列產品采用共同的主控制板，不僅減少備件數量和培訓要求，還給擴容改造提供了有利條件，并可降低改造費用。將功率單元與調節(jié)單元分離安裝的擴容式改造后，因電子板和功率單元間的連接線延長，系統(tǒng)的可靠性可能略有降低，但利于功率元件和電子板散熱，便于功率元件的更換，維護性更好。功率元件晶閘管是電力電子元器件，只要正確使用快速熔斷器，整流控制電路具備完善的交直流側過電壓、過電流保護，其使用壽命是很長的，且其是功率開關元件，只要能靠導通和關斷，就能滿足直流控制系統(tǒng)要求。直流控制系統(tǒng)的性能主要取決其控制單元，所以原有模擬直流控制系統(tǒng)的晶閘管仍可正常使用。

（２）注意事項。首先，電樞回路直流反饋調整。將小功率全數字直流調速裝置擴容為大功率裝置，關鍵在于，修改小功率裝置電樞電流反饋變換系數。電樞電流反饋取自電樞回路交流側電流互感器負載上的電壓值。例如，裝置達到其實額定電流時，西門子6RA系列產品負載電阻上的額定壓降為1.013V、安薩爾多SPDM系列為2.00V。所以，只要根據原有模擬裝置電流互感器變流比，重新配置負載電阻值，使擴容裝置工作在額定電流時，負載電阻上的壓降仍等于額定值，即實現(xiàn)電樞電流擴容。

其次，小功率數字直流傳動裝置電樞電流較小，僅為幾十安培，并且晶閘管元件裝在裝置內部，所需觸發(fā)脈沖功率較小。改造后，晶閘管工作電流將增大，且調節(jié)裝置與功率裝置傳輸距離大大延長，線路損耗相應提高，所需觸發(fā)脈沖功率較大，需校驗小功率數字裝置觸發(fā)功率是否滿足擴容后晶閘管觸發(fā)要求，如觸發(fā)脈沖功率不足，需外配脈沖放大電路。

第三，小功率數字直流傳動裝置電樞輸出額定電壓多為DC400V，如果將其擴容為輸出比DC400V更高電壓裝置時，若同步電源取自整流回路，如西門子6RA系列產品，必須外部增加分壓或降壓電路，使輸入裝置的同步電源電壓保持AC400V。直流側輸出電壓必須分壓處理，使輸入數字裝置的直流額定電壓為DC400V，即完成了點射電壓擴容。

第四，勵磁回路擴容。小功率數字裝置輸出額定勵磁電流為幾安培，而大功率電動機勵磁電流可能為幾十安培，可按上述第一種方案的勵磁電流擴容方法進行擴容。

經過上述改造以后，在硬件上具備了擴容條件，按各廠家使用手冊推薦的電路接線安裝，通過參數設置和系統(tǒng)優(yōu)化即可投入正常運行。對使用時間長，穩(wěn)定性、可靠性及控制精度下降，故障率較高，而其直流電動機、整流變壓器或進線電抗器、平波電抗器等仍可正常使用的模擬直流傳動系統(tǒng)（尤其是四象限運行模擬直流傳動系統(tǒng)），應優(yōu)選全數字直流傳動改造方案。綜合考慮改造費用和運行可靠性，選擇調速器整體更換或采用擴容方式改造。模擬直流傳動數字化改造后，整個控制系統(tǒng)將更加集成化、模塊化，其可靠性、穩(wěn)定性、快速響應性及抗干擾能力等將獲得很大提高，大大改善直流傳動系統(tǒng)的品質。

（作者單位：江西冶金職業(yè)技術學院）