高德亮 張寬德

1.中國石油蘭州石化公司設備維修公司；2.中國石油蘭州潤滑油研發(fā)中心

DZDC-20S直流測功機控制系統(tǒng)原理及維修

高德亮1張寬德2

1.中國石油蘭州石化公司設備維修公司；2.中國石油蘭州潤滑油研發(fā)中心

文章以蘭州潤滑油研發(fā)中心四沖程摩托車臺架DZDC-20S直流測功機為例，介紹了直流測功機控制系統(tǒng)的結構組成，系統(tǒng)具備的優(yōu)點。重點介紹了西門子6RA23質量數(shù)字調速器和微機檢測單元的控制原理，以及常見故障檢修方法。

1 簡述

直流測功機由于其可靠的調速性能、以及較硬的機械特性，在發(fā)動機臺架試驗中得到廣泛使用。在試驗中它扮演可變負載的角色，在額定轉速以下可以輸出和吸收額定轉矩，低速測功范圍大；在額定轉速以上可以輸出和吸收恒定功率，實現(xiàn)多種控制模式，模擬各種工況。DZDC-20S直流電力測功機控制系統(tǒng)是中石油蘭州潤滑油研發(fā)中心“四沖程摩托車發(fā)動機試驗臺架”的測控中心。該系統(tǒng)采用了20KW直流電力測功機。它集測功和扭動于一體，可以進行發(fā)動機機械效率試驗，在動態(tài)測試中可以輸出慣量模擬補償力矩，更真實地再現(xiàn)發(fā)動機的動態(tài)負荷。

2 DZDC-20S直流測功控制系統(tǒng)原理

2.1 測功系統(tǒng)的結構組成

DZDC-20S直流測功系統(tǒng)主要由直流測功機、直流數(shù)字調速器（6RA23）、微機檢測系統(tǒng)，以及電氣保護電路等部分組成。DZDC-20S直流電力測功系統(tǒng)運用數(shù)字閉環(huán)控制調速理論，實現(xiàn)測功機在各種工況的正常運轉。測功機的控制和檢測電路采用模塊化組合結構方便升級和日常維護、檢修。

DZDC-20S直流電力測功系統(tǒng)結構組成如圖1所示。

圖1 DZDC-20S直流測功系統(tǒng)結構組成

2.2 測功系統(tǒng)控制原理

DZDC-20S直流電力測功系統(tǒng)“微機+直流調速器”的控制方式，提高了系統(tǒng)集成化，增強了控制的可靠性，使系統(tǒng)具備了明顯的優(yōu)點：①、系統(tǒng)實現(xiàn)直流電力測功機四象限運行。所謂四象限運行，是指直流電測能夠運行的四種工作狀態(tài)。Ⅰ象限為正向旋轉電動狀態(tài)；Ⅱ象限為正向旋轉發(fā)電狀態(tài)；Ⅲ象限為反向旋轉電動狀態(tài)；Ⅳ象限為反向旋轉發(fā)電狀態(tài)。本系統(tǒng)真正實現(xiàn)了直流電測在四象限工作區(qū)間的自由平滑轉換。②、因為采用數(shù)字控制技術，系統(tǒng)中的可控硅變流器在逆變工作時可精確配合換流，保證逆變器回饋電流波形對稱，可靠工作。③、系統(tǒng)勵磁調節(jié)采用非獨立控制方案。不論測功機運行在什么狀態(tài)，它都能實現(xiàn)在額定轉速以內恒轉矩調節(jié)，額定轉速以上恒功率調節(jié)。理論上可實現(xiàn)0轉速時額定扭矩控制。解決了以前的系統(tǒng)發(fā)電狀態(tài)因采用能耗制動，存在有級切換產生的轉矩、功率吸收死區(qū)，特別是解決了低速大扭矩死區(qū)問題，非常具有實用意義。

(1）西門子6RA23直流數(shù)字調速器

6RA23直流調速器屬于高精密，高集成的電子產品。6AR23是直流測功系統(tǒng)指揮控制中心。在試驗中，它對微機傳輸?shù)男畔⑦M行處理，產生控制信號移相觸發(fā)大功率晶閘管，調節(jié)測功機的勵磁電流和電樞電壓，保證測功機運行的恒速度、恒轉矩、恒功率，實現(xiàn)發(fā)動機試驗所需的各種工況。6RA23直流數(shù)字調速器的控制信號接口，具有標準的四種形式，即AI/AO、DI/ DO，實際按端子的功能接入相應的線路，運用非常方便。

(2）微機檢測單元

微機是這個控制系統(tǒng)的哨兵——采集各種實驗參數(shù)，進行適當調制并傳輸給直流調速器。四沖程摩托車臺架試驗中，微機需檢測8個實驗參數(shù)，分別是：機油壓力、機油溫度、墊片溫度、測功機扭矩、油門開度、測功機轉速、曲軸轉速、燃油油耗。其中前5個參數(shù)通過模擬信號集散板和A/D轉換板傳送給工控機；測功機轉速、曲軸轉速則分別通過轉速信號處理板和感應轉速板連到工控機；燃油油耗參數(shù)是通過串行接口板傳送到工控機的。

3 DZDC-20S直流測功機控制系統(tǒng)故障維修

日常巡檢中，維修人員在熟悉DZDC-20S直流測功控制系統(tǒng)各部分結構、功能基礎上，通過眼看、耳聽、鼻聞、手摸直觀檢查各組成部分的運行情況。下面根據(jù)筆者維護四沖程摩托車臺架的經驗，列出了直流數(shù)字調速器（6RA23）和微機檢測系統(tǒng)兩個部分常見故障及維修方法。

3.1 西門子6RA23的故障檢修

直流數(shù)字調速器（6RA23）在安裝、操作中應嚴格遵照用戶手冊進行，否則會發(fā)生嚴重后果。西門子6RA23直流數(shù)字調速器具備故障自檢自查功能，當發(fā)生故障時，它通過代碼告訴操作人員或技術人員發(fā)生了什么故障。這里給出實際使用中常見的幾種故障的代碼，見表1。

表1 6RA23常見故障代碼

3.2 微機檢測單元的故障檢修

在微機檢測單元的日常故障檢修中，對照各接口板的功能和信號電壓等信息，維修人員可以較快地進行故障區(qū)別和判斷。可遵循以下兩點經驗：

3.2.1 通過測量電器柜中信號集散板的測量端子的輸出電壓，對照信號流程圖可判斷故障點在電氣柜還是在計算機中。

3.2.2 通過用示波器測量電器柜中轉速信號預處理板的輸出端有無轉速波形，即可判斷出故障點是在電氣柜還是在計算機中。

4 總結

DZDC-20S直流測功機控制系統(tǒng)涉及電機拖動、晶閘管變流、閉環(huán)控制、集散控制、電氣安全與保護等相關知識，維修技術人員需要相應的知識和技術儲備，并在日常維護檢修中不斷積累維修經驗，才能保證設備的安穩(wěn)優(yōu)運行。

[1]天津大學內燃機國家實驗室.四沖程摩托車試驗臺架用戶手冊,2006年

[2]西門子（中國）客服中心.西門子6RA23直流調速器用戶手冊,2005年

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.05.033