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1、直流电机的基础知识（第 2 部分）晶闸管直流调速装置的电路原理分析与调试（电子管）二极管的出现，使人们找到了控制电流方向的“钥匙” ，（电子管）三极管的 出现，使人们掌握了控制电流大小的奥妙， 人类文明由此进入了电子时代的新纪元。 做为“弱 电”的电子元件，从来都希望并且也有能力在“强电领域”占有一席之地，晶闸管在工业控 制领域得以广泛的应用，即是一个有力的证明。电子器件的发展，经历了电子管、晶体管、 （小、中、大规模）集成电路的三个阶段。其 中电子管除在高频高压电路，得到极少数应用外，常规电路中已难见到它们的踪影。但晶体 管电路的“阵地”随集成电路的“强势出击”虽有所缩小，但并示全盘“退却”
2、 ，像上文所述 的滑差电机调速盒，仍以由晶体管分立元件构成的电路为主流。正在应用中的直流电机调速器，仍有部分由晶体管分立元件构成的整机电路，分析其原 理和给出检修指导，仍具有实际意义，并且为进一步掌握由集成电路（或单片机）构成的直 流调速电路，也相当于一个基础和原理性的铺垫。B12CP16x4 R1670VV0270VH1DW05.1k2k2WWG32CW21DW15.6kLJR7 6.8kDW21kC5+50u25VC5 50u25V100R50A500VWG12CW21IRS0.1R20WD1 2CP162CP16x4 R13kx2 D5 2CP180.047L0 DWD10C1B2 D1
3、12CP16BG5 3BG12BBGBT33R32.4kBG2 3CK2C+R5620R+10150uB9WG4+K1-2.3VH2CJK1-12CZ1Ax4LJC6 100u25VR11R10 10k 50R 10W 10W2Cu8500V3R01R730WCJ2FU5R01R210WC72u500V20kDW5100RR141.5kR132R1W51k375mVCJ图1 单相晶闸管直流电机调速器（整机电路）该电路用于小功率他励直流电机的调速与起停控制主电路由单相半控整流桥、滤波电抗器 L0 构成，桥式整流电路的左侧由两只晶闸管 串联而成，右则的两只串联二极管（ 2CZ50A ）与两只晶闸管
4、呈并联关系，两只二极管身兼双 职，即可作为整流元件，又并接于电枢绕组两端，提供电枢绕组的反电势通路，起到为电枢 绕组的“续流作用”，因而该电路省去了并接于电枢电源两端的续流二极管。电抗器 L0 可抑 制整流后脉动成分，改善电机的换向并降低电机损耗和温升，同时起到提高电网侧功率因数 的作用，减弱晶闸管与二极管非线性整流造成的谐波影响。励磁电路由桥式整流器组成，电机励磁线圈并串有电流继电器LJ，当励磁电流消失时，主电路晶闸管的触发信号同时消失，电枢绕组同时断电，避免了电机超速（或飞车）运 行。他励和和复励直流电机的调速控制电路，都设有励磁电流检测回路，以实现“失磁”时 的停机保护。移相触发电路由
5、DW0 、DW1、DW2、晶体管 BG1BG5、脉冲变压器 B2 等元件组 成。电阻 R1、稳压器 WG1 对 70V 绕组整流电压进行削波处理成梯形波电压，做为触冲功放 级 BG5、 BG3 的供电和电网过零同步信号，控制 BG5 在电网电压过零时处于截止状态；该 梯形波直流电压又经 D1隔离、 C4 滤波成平滑和稳定直流电压，用作移相电路的前级信号处 理电路 BG1 放大器的供电，以提高电路工作的稳定性。R16、WG3 对另一 70V 绕组整流电压，削波生成梯形波直流电压，该电压作为同步采样 信号，经 DW0 、DW1 、DW2 三只电位器调整后，经 R7、BG1 的发射结、射极电流负反馈
6、电 阻 R6、DW3、DW4 等元件形成了 BG1的 Ib回路（或称为基极偏压回路） ，形成了速度给定 信号。 DW0 、DW2 用于用于调速范围的设定， D2、D3、D4三只二极管，起到 BG1 的 be结 正反向电压的限幅保护作用，将 BG1的最大 Ic（即 BG2 的最大 Ib）限制于 1.4V（两二极管串 联压降） 0.7V（BG1发射结电压 ）/24k =0.029Ma，从而限制了 BG2的最小等效导通 Rce电阻， 限制了单结晶体管 BG3 形成直通而停振。 串入 DW3、DW4、DW5 支路的目的， 是引入电流、 电压反馈信号，形成速度闭环控制及电流保护作用（见下文所述） 。当D
7、W2 活动臂上行时 BG1的 Ub（Ib）上升BG2的 Ib/Ic 上升 BG1 的 Rce（等效导 通电阻）变小 C1 上充电电压到达 BG3 基极峰点电压的时刻提前 BG3 的导通提前（在 触发脉冲作用下）两只主电路晶闸管的导通时刻提前半控桥整流电压升高直流电机转速 升高。移相信号形成电路的主体为单结晶体管 BG3、 R3（包括 BG2 导通时的等效 Rce） C1 的 定时电路所组成的张驰振荡器。 BG5 为脉冲功率放大电路， 将输入移相触冲进行功率放大后， 驱动脉冲变压器 B2。而 BG1、BG2 两级放大器，组成了可控的变阻电路（ BG2的等效导通 Rce电阻），使之对 C1 的充电
8、是可控的（可以调节 RC 时间常数），进而控制了张驰振荡器第 一个脉冲出现的时刻。注意：稳压二极管 WG1 两端形成的梯形波电压， 为桥式整流所得的 100 个波头的削波电 压，相邻两个波即对应电网电压的正负两个波， 两只晶闸管的栅 -阴极得到的实际为 100Hz 的 触发脉冲。在电源 L 端为正时，触发脉冲同时加到上桥臂与下桥臂晶闸管的栅 -阴极，但只有 承受正向电压的上桥臂晶闸管受触发导通，而下桥臂晶闸管受反击处于关断状态。同理，当 电源 L 端为负时， 触发脉冲也同时加到两只晶闸管上， 但下桥臂晶闸管承受正向电压而开通， 上桥臂晶闸管受反压并不具备导通条件而关断。脉冲变压器 B2 二次绕
9、组的两个同名端输出 触发脉冲经二极管正向整流后引入晶闸管的栅极，两路触发脉冲其实是同步出现的，并非相 差 180 输出！过电流保护电路 电流采样电阻 RS、稳压管 2CW9、晶体管 BG4 等组成过电流保护电 路。电阻 RS（0.120W）串接于电枢供电回路中，将电枢电流信号转化为电压降信号。 RS 两端形成的电流采样信号经 DW3 整定后，加到稳压管 2CW9 的负极。当因起动或其机械堵 转等原因造成电枢电流过大时， DW3 的活动臂上输出的电压升高， 若升高到 2CW9 的击穿电 压值以上时，稳压管击穿， BG4 得到基极偏流饱合导通， C1的充电电压经 D10、BG4和 100 电阻形成
10、放电通路， C1上电压迅速跌落，使主电路的晶闸管趋于关断，输出电压降低，限 制了电流的增大。失磁保护电路 电流继电器的常开触点串于 DW1 活动臂的输出线上， 当励磁电流正常 时，LJ 得电动作，常开触点吸合，移相电路有给定速度信号。当励磁电路故障，使励磁电流 小于某整定值时（调节 R17 的阻值可整定电流继电器的动作阀值） ，电流继电器释放，触点 断开， BG1 的 Ib 为 0，主电路晶闸管关断。此外，还有下文两个控制环节， 电流正反馈电路和电压负反馈支路， 两支路信号都由 DW4 活臂上输出，通过调节 BG1的（ Ub）Ib 大小，控制输出电压（输出转速）的稳定。将 BG1的 Ib 回路
11、重画一下，可看出速度给定信号和电流、电压反馈信号对 Ib 的影响。见下图 2。BG1R6上图中的 a、b 两点之间电压为 U 控（ BG1的基极偏置电压），调节转速给定电位器 DW1 时，U控电压相应变化，从而控制了 Ib 的大小。 BG1的 Ib 回路：U控+端经 R7、BG1的be结、 R6、DW、4 R14、DW5回到 U控- 端。当 U控为固定值时，电枢 A1、A2端电压下降时， DW4活动 臂上分压减小，从而使 R7、BG1的 Ube分压上升， Ib 增大。反之， A1、A2 端电压的上升，使 Ube下降， Ib 减小；当电枢电流增大， DW5上分压上升，使 DW4上分压降低，使 U
12、be上升， Ib 增大。正常运行时，当 U 控为某一调节后固定值，电流与电压反馈信号改变了 BG1的 Ib 值的大小，实现了负反馈闭环稳速控制。电流正反馈电路闭环调节电路之一，稳定电流输出。直流电机拖动负载以后，转速 相应下降（电枢端电压下降） ，输出电流有所增大，若欲维持给定转速，即需相应升高输出电 压。电枢电流上升时电位器 DW5 分压值上升 DW4 上分压值减小 BG1 的 Ube 上升 BG2 的等效导通 Rce电阻减小 C1 充电速度加快触发脉冲出现时刻提前晶闸管导通角增大 输出电压升高负载转速上升。 于是电机的输出特性曲线保持平坦 （机械特性曲线硬度提高） 。电压负反馈电路闭环调节
13、电路之二，稳定输出电压。当电机加载时，引起电枢端电 压降低，电机转速下降 DW4 上分压值减小 BG1 的 Ube上升 BG2的等效导通 Rce电阻减 小 C1 充电速度加快触发脉冲出现时刻提前晶闸管导通角增大输出电压升高负载 转速上升。实现了稳压（稳速）输出控制。注意：在电路调整过程中电流反馈与电压反馈量调节不当，会出现振荡现象（转速忽高 忽低变化），要防止片面领导追求机械特性的硬度， 因而将电流正反馈信号取得过大而引起机 械振荡。具体调试步骤如下：1）将电压反馈信号电位器 DW4 往增大方向（ 4-11 图中看，使其活动臂向上）调节，约 调到 4/5 处，将电流反馈信号电位器调减小方向调节
14、（从 4-11图中看，使其活动臂向左） ，约 调到 4/5 处；2）将转速给定电位器 DW1 调到低速位置（从 4-11 图中看，使其活动臂向下） ，调整完 毕后起动电动机；3）然后缓慢将转速给定电位器调至全速位置，看转速是否能达到额定值。如达有到全速 运行，将 DW4 调小，直到能全速运行为止；4）将静态特性调整在 101的调速范围内， 并调整 DW2 使 DW1 在零速位置时， 电机转 速为零；5）为电机加载，调节电流反馈信号电位器 WD5 ，直到转速变化达到 5%的硬度时为止。 如单纯调节 DW5 达不到要求时，应配合调节 DW0 、DW4，适当增加给定信号比例和电压负 反馈比例，使电机在高速运行时，也能达到 5%的硬度。
