交流力矩电机控制器的电路原理与检修
交流力矩电机控制器的电路原理与检修
一、交流力矩电动机性能简述
力矩电动机，又分为交流力矩电动机和直流力矩电动机，在电路结构上与一般的交、直流电动机相类似，但在性能上有所不同。本文以交流力矩电机控制器的原理和检修内容为重点。交流力矩电动机转子的电阻比变通交流电动机的转子电阻大，其机械特性比较软。对力矩电机的使用所注重的技术参数主要是额定堵转电压、额定堵转电流和额定堵转电流下的堵转时间等。
力矩电动机是一种具有软机械特性和宽调速范围的特种电机，允许较大的转差率，电机轴不是像变通电机一样以恒功率输出动力而是近似以恒定力矩输出动力。当负载增加时，电机转速能随之降低，而输出力矩增加；力矩电动机的堵转电流小，能承受一定时间的堵转运行。配以晶闸管控制装置，可进行调压调速，调整范围达1：4；力矩电动机适用于纺织、电线电缆、金属加工、造纸、橡胶塑料以及印刷机械等工业领域，其机械特性特别适用于卷绕、开卷、堵转和调速等工艺流程。
早期对力矩电动机的调速和出力控制，是采用大功率三相自耦变压器，来调节力矩电机的电源电压，电力电子技术相对成熟后，逐步过渡到采用晶闸管调速（调压）电路和变频器调速（调频），实施对力矩电动机的调速控制。交流力矩电动机的晶闸管调速控制器，与一般的三相晶闸管调压电路（主电路结构和控制电路）是相同的，只不过驱动负载有所不同而已。有的设备在控制环节引入电流或电压负反馈闭环控制，改善了起动和运行性能，也提高了机械特性硬度。
2 、一款最简单的力矩电动机控制器
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图1 HDY-2型力矩电机控制器
这是一款适用于额定堵转电流12A以下小功率三相力矩电动机的控制器电路，整机电路安装于一个小型机壳内，机器留有6个接线端子，三个为电源进线端子，三个为电机接线端子。主电路采用双向晶闸管BT139（三端塑封元件），工作电流16A，耐压600V，触发电流≤50mA。两只双向晶闸管串接于L1、L2电源支路，L3直通，省去了一只双向晶闸管。因为三相电源经负载互成回路，只对两相电源进行移相调压控制，即改变了三相输出电压。移相触发电路和调光台灯的控制思路相同，用R、C积分电路与双向触发二极管相配合，提供双向晶闸管每个电网周期内正、负半波的两个触发电流，实现交流调压。470k电位器为双联电位器，调节时使两只双向晶闸管的控制角同步变化，使输出三相电压平衡。
〔故障实例1〕HDY-2型力矩电机控制器，工作不正常，检测为输出电压不平衡。U、W之间输出电压为380V。检查发现L1电源所接双向晶闸管BT139击穿损坏，失去调压功能，导致三相输出电压不平衡。
晶闸管调压电路中，发现1000V以下截止电压的器件，较易发生击穿损坏故障。BT139为截止电压600V的管子，处于交流电压峰值500V的边缘，虽然实际上有200V的截止电压余量（标定击穿电压值尚有100V富裕量），若用于优质电网（未被污染，电压呈较好的正弦波），一般没有问题。但问题是现在的电网，因非线性整流设备的大量安装和应用，好多地区电网波形畸变已相当严重，这使得晶闸管调压设备的运行（电气）环境变得恶劣，设备本身的应用，又反过来加剧了电网的劣变。用户和供应厂商，往往又出于成本的考虑，省掉了安装该类设备必须追加的输入电抗器！所以导致晶闸管调压设备的高故障率，表现为耐电压稍低的晶闸管模块屡被击穿！
遇有此类故障，须尽量更换反向耐压值高的管子。对于屡损晶闸管的场所，应追加输入电抗器，以改善电网供电质量。
更换损坏晶闸管器件，在三相供电回路中串入了3只由XD1-25扼流圈代作的三相电抗器，交付用户使用后，晶闸管击穿的故障率大为降低。
二、TYPE TMA-4B力矩电机控制器
TYPE TMA-4B系列力矩电机控制器，额定电压3相380V±10%；输出电压70V~365V，输出电压不平衡度＜±2%；输出最大电流6~80A；转矩调节比：10：1。
1、TYPE TMA-4B力矩电机控制器的电路分析：
〔交流调压主电路〕采用BTA40三只40A600V双向塑封三端晶闸管器件，担任三相交流调压输出的任务，晶闸管器件的两端并联有压敏电阻，以吸收有害尖峰电压。U、W接有450V量程的电压表，便于监控输出电压的高低。U、W输出端还接输出电压反馈变压器（见图3），将输出电压信号反馈回控制电路，实现电压闭环控制，达到稳定输出电压的目的。
〔末级触发电路〕末级触发电路为三路脉冲变压器TB1~TB3，由前级电路的功率放大管驱动（见图3），D3、D6、D9用于吸收放大管截止期间脉冲变压器产生的反峰电压，D1/D2、D4/D5、D7/D8，用于限制触发电流的方向，使晶闸管只承受正向触发电路。末级触发电路的供电，由非稳压电源+15V供给。
〔同步信号电路〕三相交流电源经R1、R4、R7降压和限流，加至由D10~D21的三路桥式整流电路，各自取得对应电网正、负半波的同步信号。因为任一相桥式整流电路均与另两相回构成桥式整流通路，触发电路又完全依据同步脉冲进行移相控制，所以不必选择输入相序。所采集的L1+、L3-信号作为A相正半波同步信号，采集的L1-、L2+信号作为A相负半波同步信号，采集L3+、L1-信号和L2+、L1负同步信号作为补脉冲信号，也从A相移相电路输出。这种采样方式，省掉了后级补脉冲生成电路，使电路结构得以优化。整流电路所得到的正向同步信号，经PC1~PC3光耦合器隔离，在负载电阻R3、R6、R9上得到三相正向宽脉冲信号，输送到后级移相电路。
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图2同步信号/末级触发电路/电源电路
〔电源电路〕电源变压器的12V交流绕组电压，经整流滤波，成为+15V非稳压电源，供末级触发电路，提供晶闸管的触发电流。
双15V绕组的交流电压，经整流、滤波，由LM7812、LM7912稳压IC得到+12V、-12V稳压电源，供前级调压信号给定电路和移相脉冲形成电路。
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图3 调压控制信号电路、移相信号形成电路
〔调压控制信号电路〕见图3。调压给定信号与反馈电压信号，相减形成控制信号1，再经积分放大器输出，形成控制信号2。这是一个电压闭环PI控制电路。电位器RP1为输出电压调整信号，Q1、C1、D2、R5等元件构成恒流源电路，在R8左端形成线性上升电压，形成起动缓冲（软起）控制电路。即上电后，无论RP1在任意调整位置（D1、D2起到电位隔离作用），R8左端的给定信号，总有一个缓慢上升的过程，避免上电后给出全速信号，易发生设备故障。当调整RP1使给给定电压上升，至D1正偏导通时，R8左端电压将跟随D2的负端电压上升而上升，给定信号电压值取决于电位器RP1调整位置。RP1调整信号经1N1电压跟随器放大，与输出电压反馈信号相减后，输入1N2积分放大器的同相输入端。
输出电压由U、W输出端引入反馈变压器T1的一次绕组，经二次绕组降压后，由桥式整流电路变为直流电压信号，再由R、C网络分压和滤波，形成在一定幅度内变化的直流电压反馈信号，与给定信号相混合。积分放大器输出4V~-10V的控制信号，至移相触发电路。
〔偏置/基准电压电路〕2N3等元件对电源+12V分压并经电压跟随放大器后，输出+4.83V的第一路基准电压，作为3N3、4N3、5N3放大器反相输入端的静态偏置电压。
〔调制脉冲形成电路〕2N1、2N2电路构成自激多谐振荡器电路，振荡频率为10kHz以下。R13、R12对2N1的7脚电压分压，在2N1的同相输入端5脚形成振荡转折点，R4对C4的正、反向充电电压，在2N1的反相端6脚形成锯齿波电压，当其电压值与5脚电压值产生“交点”时，输出端7脚产生电路“跳转”，由此形成振荡输出。
