晶閘管調(diào)速電路圖（一）

如圖，調(diào)節(jié)電位器ＲＰ即可調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角，改變輸出電壓，從而達(dá)到無級(jí)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。ＲＰ阻值小，ＶＳ導(dǎo)通角度大，輸出電壓高，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高；反之，ＲＰ阻值大，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低。

晶閘管調(diào)速電路圖（二）

為了提高直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能指標(biāo)，通常采用閉環(huán)控制系統(tǒng)（包括單閉環(huán)系統(tǒng)和多閉環(huán)系統(tǒng)）。對(duì)調(diào)速指標(biāo)要求不高的場(chǎng)合，采用單閉環(huán)系統(tǒng)，而對(duì)調(diào)速指標(biāo)較高的則采用多閉環(huán)系統(tǒng)。按反饋的方式不同可分為轉(zhuǎn)速反饋，電流反饋，電壓反饋等。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速單閉環(huán)使用較多。

在本裝置中，轉(zhuǎn)速單閉環(huán)實(shí)驗(yàn)是將反映轉(zhuǎn)速變化的電壓信號(hào)作為反饋信號(hào)，經(jīng)“速度變換”后接到“速度調(diào)節(jié)器”的輸入端，與“給定”的電壓相比較經(jīng)放大后，得到移相控制電壓UCt，用作控制整流橋的“觸發(fā)電路”，觸發(fā)脈沖經(jīng)功放后加到晶閘管的門極和陰極之間，以改變“三相全控整流”的輸出電壓，這就構(gòu)成了速度負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)。電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨給定電壓變化，電機(jī)最高轉(zhuǎn)速由速度調(diào)節(jié)器的輸出限幅所決定，速度調(diào)節(jié)器采用P（比例）調(diào)節(jié)對(duì)階躍輸入有穩(wěn)態(tài)誤差，要想消除上述誤差，則需將調(diào)節(jié)器換成PI（比例積分）調(diào)節(jié)。這時(shí)當(dāng)“給定”恒定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)速度變化起到了抑制作用，當(dāng)電機(jī)負(fù)載或電源電壓波動(dòng)時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速能穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)變化。

在電流單閉環(huán)中，將反映電流變化的電流互感器輸出電壓信號(hào)作為反饋信號(hào)加到“電流調(diào)節(jié)器”的輸入端，與“給定”的電壓相比較，經(jīng)放大后，得到移相控制電壓UCt，控制整流橋的“觸發(fā)電路”，改變“三相全控整流”的電壓輸出，從而構(gòu)成了電流負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)。電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速也由電流調(diào)節(jié)器的輸出限幅所決定。同樣，電流調(diào)節(jié)器若采用P（比例）調(diào)節(jié)，對(duì)階躍輸入有穩(wěn)態(tài)誤差，要消除該誤差將調(diào)節(jié)器換成PI（比例積分）調(diào)節(jié)。當(dāng)“給定”恒定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)電樞電流變化起到了抑制作用，當(dāng)電機(jī)負(fù)載或電源電壓波動(dòng)時(shí)，電機(jī)的電樞電流能穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)變化。

圖1 ?轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖

圖2 ?電流單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖

晶閘管調(diào)速電路圖（三）

晶閘管無級(jí)調(diào)光調(diào)速電路圖

晶閘管調(diào)速電路圖（四）

晶閘管調(diào)速器電路如圖9-13所示，是廣泛應(yīng)用于小型直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的控制電路。調(diào)速器電路主要由電壓給定環(huán)節(jié)、觸發(fā)脈沖環(huán)節(jié)、電壓和電流反饋環(huán)節(jié)及主回路和勵(lì)磁部分組成。電路中采用了電流正反饋和電壓負(fù)反饋環(huán)節(jié)來代替測(cè)速發(fā)電機(jī)進(jìn)行電樞電壓無級(jí)調(diào)速。

其工作原理如下

（1）主電路【圖9-13（a）部分】

主電路為單相半控橋式全波整流電路，220V交流電源經(jīng)整流后，成為直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速電源。為防止晶閘管在接通和斷開過程中產(chǎn)生過電壓，在晶閘管V16和V17兩端分別并接著由電阻R18和電容C8、R19和C9串聯(lián)組成的阻容保護(hù)裝置；由于主電路中串接電抗器L，使主回路負(fù)載電流連續(xù)，并減小了電流脈動(dòng)；為保證晶閘管可靠換向而不失控，并接在電動(dòng)機(jī)兩端的續(xù)流二極管V20為電動(dòng)機(jī)提供了放電回路；電阻R16是電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)電阻，在電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于接觸器KM的常閉觸點(diǎn)斷開，R16并沒有接入主電路，只有停車時(shí)接觸器KM斷電，常閉觸點(diǎn)閉合，R16才接入主電路，使電動(dòng)機(jī)進(jìn)行能耗制動(dòng)；R13是電流正反饋電阻，R12、R14、RP3組成了電壓負(fù)反饋支路。

（2）電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁【圖9-13（b）部分】

電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組電壓是由單相橋式整流電路供電的。為了防止勵(lì)磁電流小而造成飛車，勵(lì)磁回路中串接有零電流檢測(cè)繼電器KA，當(dāng)勵(lì)磁電流小到某一值時(shí)，KA釋放，其聯(lián)鎖觸點(diǎn)控制主接觸器KM斷電，使電動(dòng)機(jī)M立即停轉(zhuǎn)。

（3）給定回路【圖9-13（c）部分】

變壓器TC二次側(cè)40V電壓、整流橋VC2、給定電位器RP組成了給定電壓回路。通過調(diào)節(jié)RP，可改變給定電壓魄的大小，從而改變電動(dòng)機(jī)M轉(zhuǎn)速的高低。

（4）觸發(fā)脈沖電路【圖9-13（d）部分】

該觸發(fā)器采用單結(jié)晶體管構(gòu)成簡(jiǎn)單的觸發(fā)電路，由變壓器TC、變壓器TC二次側(cè)70V電壓、整流、削波、放大、RC回路及脈沖形成輸出等環(huán)節(jié)組成。變壓器TC輸出70V電壓經(jīng)VC1整流和穩(wěn)壓管V1限幅削波后，輸出梯形波，作為觸發(fā)電路的同步電壓。梯形波再經(jīng)過電容C5濾波后得到約為11V的放大器直流電源電壓。二極管V5的作用是將一個(gè)電源隔離成兩種電壓。晶體管V10的電路為電流反饋放大器，其射極電阻R10很大，使放大電路獲得較好的線性特性。當(dāng)有正向信號(hào)電壓加到V10的基極時(shí)，其集電極電壓隨著信號(hào)的增大而降低，晶體管V7中流過的電流也隨著V10集電極電位的變化而變化，相當(dāng)于V7管集射極之間的等效電阻也在改變，起到了可變電阻的作用，使電容C2的充電速度也相應(yīng)跟隨改變，從而達(dá)到觸發(fā)脈沖移相的目的。當(dāng)C2的充電電壓UC2達(dá)到單結(jié)晶體管V6的峰點(diǎn)電壓UP時(shí)，V6導(dǎo)通，電容C2通過電阻R3急速放電，使脈沖功率放大三極管V4導(dǎo)通，其作用是把前級(jí)的尖脈沖放大，由脈沖變壓器TC1輸出一個(gè)具有一定幅值、寬帶和陡度的脈沖到晶閘管控制極，使晶閘管V16和V17觸發(fā)。隨著C2放電，UC2迅速下降到V6的谷點(diǎn)電壓Ur時(shí)，V6截止，電容C2又重新充電，重復(fù)上述過程。因此，只要改變輸入信號(hào)電壓Ug的大小，即可改變電容C2充電到UP的時(shí)間，就可改變產(chǎn)生第一個(gè)脈沖的時(shí)間，從而改變晶閘管導(dǎo)通角a的大小，達(dá)到改變電動(dòng)機(jī)電樞電壓調(diào)速的目的。通過上述調(diào)節(jié)，電動(dòng)機(jī)能獲得大約12：1的調(diào)速比。V3是保護(hù)V4管的，當(dāng)V4截止時(shí)，變壓器TC1的原邊會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，可通過V3進(jìn)行放電，從而防止V4損壞。R2是溫度補(bǔ)償電阻。

系統(tǒng)中采用了電流正反饋和電壓負(fù)反饋環(huán)節(jié)，反饋電壓分別從電阻R13和電位器RP3取出后與調(diào)速給定電位器RP及轉(zhuǎn)速下限調(diào)節(jié)電位器RP2上的給定電壓比較后，加到放大器V10的基極。當(dāng)負(fù)載波動(dòng)電流增大時(shí)，電動(dòng)機(jī)電樞電壓下降，轉(zhuǎn)速降低，電壓負(fù)反饋減小，而電流正反饋電壓增大，使綜合給定電壓增加，觸發(fā)脈沖前移，晶閘管導(dǎo)通角α增大，電動(dòng)機(jī)電樞電壓上升，并使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升，從而保證了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不因負(fù)載變化而變化，使電動(dòng)機(jī)有足夠的機(jī)械硬特性。

（5）保護(hù)環(huán)節(jié)【圖9-13（e）部分】

為了防止電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)及過載的情況下出現(xiàn)過電流，系統(tǒng)中還設(shè)有電流截止反饋環(huán)節(jié)，是由R13、RP4、V9和V8等元件組成的，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的電流超過規(guī)定允許值時(shí)，從電位器RP4上取出一個(gè)與電動(dòng)機(jī)電流大小成比例的電流信號(hào)，經(jīng)穩(wěn)壓管V9加于三極管V8的基極，使V8導(dǎo)通，其集射極間的電阻急劇下降，將電容器C2旁路，使單結(jié)晶體管V6無脈沖輸出，晶閘管在無觸發(fā)脈沖信號(hào)下立即處于關(guān)斷狀態(tài)，從而達(dá)到限流的目的。

另外，為了限制電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊，在V10的輸入端并聯(lián)有電容C4，可使電動(dòng)機(jī)緩慢肩動(dòng)。為了防止電動(dòng)機(jī)在過渡過程中出現(xiàn)的過電壓，在V10的輸入端還并接有限幅用的二極管V11、V12、V13，防止V10管損壞。

（6）電源進(jìn)線【圖9-13（f）部分】

電源可直接取自220V電網(wǎng)，在電源兩端并接著由電阻R17和C7串聯(lián)組成的阻容保護(hù)裝置，防止電源或負(fù)載側(cè)輸入過電壓。熔斷器FU為進(jìn)線電源短路保護(hù)。

圖9-13晶閘管調(diào)速器電路

晶閘管調(diào)速電路圖（五）

由下圖可見該系統(tǒng)的控制對(duì)象是直流電動(dòng)機(jī)M，被控量是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n，晶閘管觸發(fā)及整流電路為功率放大和執(zhí)行環(huán)節(jié)，由運(yùn)算放大器構(gòu)成的比例調(diào)節(jié)器為電壓放大和電壓（綜合）比較環(huán)節(jié)，電位器RPl為給定元件，測(cè)速發(fā)電機(jī)TG與電位器RP2為轉(zhuǎn)速檢測(cè)元件。

晶閘管調(diào)速電路圖（六）

基于LM324的PWM直流電機(jī)調(diào)速電路圖

它主要由U1（LM324）和Q1組成。

圖1中，由U1a、U1d組成振蕩器電路，提供頻率約為400Hz的方波/三角形波。U1c產(chǎn)生6V的參考電壓作為振蕩器電路的虛擬地。這是為了振蕩器電路能在單電源情況下也能工作而不需要用正負(fù)雙電源。U1b這里接成比較器的形式，它的反相輸入端（6腳）接入電阻R6、R7和VR1，用來提供比較器的參考電壓。這個(gè)電壓與U1d的輸出端（14腳）的三角形波電壓進(jìn)行比較。當(dāng)該波形電壓高于U1b的6腳電壓。U1b的7腳輸出為高電平；反之，當(dāng)該波形電壓低于U1b的6腳電壓，U1b的7腳輸出為低電平。由此我們可知，改變U1b的6腳電位使其與輸入三角形波電壓進(jìn)行比較。就可增加或減小輸出方波的寬度，實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制（PWM）。電阻R6、R7用于控制VR1的結(jié)束點(diǎn)，保證在調(diào)節(jié)VR1時(shí)可以實(shí)現(xiàn)輸出為全開（全速或全亮）或全關(guān)（停轉(zhuǎn)或全滅），其實(shí)際的阻值可能會(huì)根據(jù)實(shí)際電路不同有所改變。

圖1中，Q1為N溝道場(chǎng)效應(yīng)管，這里用作功率開關(guān)管（電流放大），來驅(qū)動(dòng)負(fù)載部分。前面電路提供的不同寬度的方波信號(hào)通過柵極（G）來控制Q1的通斷。LED1的亮度變化可以用來指示電路輸出的脈沖寬度。C3可以改善電路輸出波形和減輕電路的射頻干擾（RFI）。D1是用來防止電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)損壞Q1.

當(dāng)使用24v的電源電壓時(shí)，圖1電路通過U2將24V轉(zhuǎn)換成12V供控制電路使用。而Q1可以直接在21v電源上，對(duì)于Q1來講這與接在12v電源上沒有什么區(qū)別。參考圖1，改變J1、J2的接法可使電路工作在不同電源電壓（12V或24V）下。當(dāng)通過Q1的電流不超過1A時(shí)，Q1可不用散熱器。但如果Q1工作時(shí)電流超過1A時(shí)，需加裝散熱器。如果需要更大的電流（大于3A），可采用IRFZ34N等替換Q1.