基于AFM控制器的十二相控制回路的实现与应用

为减少高次谐波分量对电网的干扰，大容量直流电动机的可控硅整流装置通常都要用十二相整流线路供电；同时这种供电形式也可大大缓解直流回路电枢电流的脉动，对电机和机械设备都是有益的。很多厂矿企业的大功率直流电动机都使用这种方式供电，而它们相应的十二相控制系统都面临着数字化改造的问题。ADD－32控制器最初是美国WEST－HOUSE公司开发的全数字直流调速控制设备，该控制器具有可集成度高、运行稳定、使用灵活等突出优点，其中的AFM（Advantage Firing Module）控制器更有其鲜明的特点，它可以提供与外加整流桥良好配合的接口，仅需少量的相关外围设备即可完成对大功率十二相直流传动装置的可靠驱动。

1 概述

AFM控制器是一种全数字化且结构紧凑的新一代直流调速装置，整个控制器的控制与调节全部是由32位微处理器来完成。装置本身具有完善的故障诊断及报警功能，可以完成对被控功率桥功率元器件的检测及脉冲电缆完整性的校验。其硬件和软件结构都为用户留有相当大的灵活组态空间，这使得该控制器可以应用于不同容量、不同结构、不同控制要求的系统中。

2 硬件构成

AFM控制器硬件采用书本式结构，体形小便于安装，控制器与外围设备接口大都采用端子插接式，为使用和更换提供了方便。控制器本体主要由处理器板、系统板、桥接口板组成，各模板之间通过扁平电缆传输信号。

处理器板主要完成控制算法计算以及软件程序的存储，并完成对控制器面板小型控制屏的支持，用户可以在控制屏上观察到软件中的所有参数，同时赋予维护工程师修改实时参数的权限。

系统板主要提供控制系统与用户的各种输入／输出接口，AFM控制器标准配置的最大系统板上带有如下接口：

·6个开关量输入／4个开关量输出

·6路模拟量输入／4路模拟量输出

·2路编码器信号输入/一路脉冲信号输出

·一个RS-485/422通讯接口

·一个802.4网通讯接口

另外，系统板还可选择FAX32板，它作为系统板的一块背板可以另外扩展8个开关量输入点。

桥接口板主要功能是接收来自功率桥的检测信号、输出触发脉冲信号，同时也完成控制器的模板供电电源的转换。

除上述控制器本身的硬件板外，桥隔离模板是十二相控制器必不可少的附属硬件，它负责采集控制器所需的检测信号，包括同步电源、电流反馈、电压反馈等，并将它们通过固定端口送到控制器内。

当主回路功率桥的并联可控硅数量较多时，可以使用AVTRON公司配套的门极脉冲放大模板GPA（Gate Pulses Amplifier）以保证到达每只可控硅上的移相脉冲信号有足够的触发功率。

利用AFM控制器本身的单相励磁整流桥可以最大提供48A的磁场电流，另外，AVTRON公司也可以为大功率电动机配备适当容量的三相整流励磁控制装置AFS（AField Supply），容量从几安培到上千安培，它与AFM控制器结合可以实现对不同容量直流电动机的驱动。

3 控制软件

3．1软件功能

AFM控制器内部软件为标准的速度、电流双闭环结构，程序实现采用模块化设计，为调试及改变控制结构提供了极大的方便，如实现双电机联轴时要求的主从式控制结构、恒张力控制时的张力闭环控制结构，这些功能已经在实际生产中有了成功的实践。控制软件还提供一定数量的自由功能块来实现用户要求的简单逻辑控制功能，并可以为要求复杂控制逻辑或控制结构的用户提供WINAPP软件，该应用软件可以实现完全开放的自由编程功能。

3．2十二相控制回路的实现

主回路角侧、星侧整流桥设置独立的交流进线电流互感器，检测信号直接送入桥隔离模板。控制系统将来自桥隔离模板的两侧桥分别提供的电枢电流之和作为电流反馈，同时隔离模板也会送回两桥电流差信号作为电流平衡环节的反馈。

十二相控制器中以星侧整流桥上桥电压为同步信号，根据逻辑无环流系统原理产生星侧正／反组触发脉冲，将星侧触发脉冲后移30°原则上可以作为控制角侧整流桥的角发脉冲。考虑十二相裂解变压器双绕组可能存在的相位或电压幅值偏差，有可能需要对角侧桥的触发脉冲加入固定的相位偏移（一般小于1．5°）。

另外，为保证两侧整流桥的电流均衡，控制系统软件中增加了电流平衡PI调节器，以两桥电流差作为反馈值及时修正角侧桥的移相脉冲，使角侧桥与星侧桥的电流基本一致，且总电流满足电动机转矩要求。

4 编程工具

控制器随机附带ADDAPT编程软件，它具有界面清晰、操作简单灵活等优点。在ADDAPT的编程环境下，能够实现对软件数据的整定和修改、软件程序的上装与下装、故障记忆列表等功能。与其它装置的编程软件相比它的实时动态波形采集功能是相当突出的，通过对装置内部的4路采样通道记录数据的上载，可以方便地完成对运行程序中任一运行变量或中间变量的波形显示和分析，基本上可以替代一台可记忆示波器的功能。如果多台设备联网后将ADDAPT作为监控软件，可以使维护工程师方便地记录装置的故障波形并进行实时数据监控。

5 联网功能

AFM控制器可以支持RS－485／422的串行通讯，同时也可以作为与外部编程器的通讯接口，在要求高速通讯的场合，可以配置802．4传动网，该网可以挂接在GE90－70 PLC或A－BPLC设备上，对于一般通用场合，可以采用在控制器内部安装以太网选件的方式联入工业以太网。另外AFM控制器与PROFIBUS现场总线的接口卡的研制正在试验阶段，预计不久将投入实际应用。

6 应用

由于AFM控制器可利用原有的晶闸管整流桥，也可自由选择其它类型的进口或国产SCR功率单元与之进行系统集成，可以直接提供正反共24个触发脉冲，加之前述诸多方面的独到优势，使得该控制器显示出较高的应用价值，特别适用于中大功率的直流传动装置的控制系统改造（部分投产项目参见表6—1）。长期的现场运行情况表明，控制系统有良好的调节特性和高可靠性。

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