晶闸管—直流电动机调速系统

晶闸管－直流电动机调速系统信号极性的确定晶闸管-直流电动机调速系统是职业学校电气自动化专业学习的内容，是维修电工工种高级工、技师职业资格鉴定的重要内容之一。

在讲授闭环调速系统时，各控制单元输入信号极性的确定是个难点，笔者一直担任直流调速系统模块的教学工作，现就信号极性的确定方法谈一下自己的体会。

一、根据反馈的概念确定信号的极性在直流调速系统中，反馈的过程为：取出一部分或全部系统输出信号（电压或电流）反馈到系统的输入端，与输入信号（电压或电流）相合成。

反馈的类型有正反馈和负反馈，即对输入信号起加强作用的为正反馈，起削弱作用的为负反馈。

若为负反馈则反馈信号与输入给定信号相反，正反馈则反馈信号与输入给定信号极性一致，根据这一原则，如在图1所示带电流正反馈的电压负反馈调速系统静态结构图中：Ui是电流正反馈信号，极性为“＋”，Un＊为输入给定信号，极性为“＋”；Uu为电压反馈信号，极性为“－”；Un＊与Ui极性一致，则为正反馈；Un＊与Uu极性相反，则为负反馈。

所以此系统是带电流正反馈的电压负反馈调速系统。

又如在图2中的电流、转速双闭环调速系统中，若Un＊极性为”＋”，则转速反馈信号Un极性为“－”；ASR的输出是“＋”，电流负反馈的信号Ui为“－”。

Un＊与Un的极性相反，确保为负反馈；与Ui的极性相反，构成负反馈。

因此，本系统为电流、转速负反馈双闭环调速系统。

有了负反馈后本系统具有良好的静、动态控制性能。

二、根据各控制单元的工作原理确定信号的极性学生可以通过验证性实验来进一步理解系统的控制过程和控制性能比较，理解给定信号和反馈信号的极性是要变化的，根据系统各控制单元的原理来确定信号的极性。

如图3为转速单闭环调速系统，ACR是PI调节器，为反相放大器，由触发器GT的工作原理，其控制电压Uct必须为“＋”，为保证Uct为“＋”，那ACR的输入信号电压Un＊的极性必须为“－”，即为负给定，因此转速负反馈信号的Un在由TG两端取出时其极性要为“＋”，保证为负反馈。

实验二晶闸管直流调速系统主要单元的调试一、实验目的(1)熟悉直流调整系统主要单元部件的工作原理及调速系统对其提出的要求。

(2)掌握直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法。

二、实验所需挂件及附件三、实验内容(1)速度调节器的调试(2)电流调节器的调试(3)“零电平检测”及“转矩极性鉴别”的调试(4)反号器的调试(5)逻辑控制器的调试四、实验方法将DJK04挂件的十芯电源线与控制屏连接，打开电源开关，即可以开始实验。

220(1)速度调节器的调试①调节器调零将DJK04中“速度调节器”所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻120K接到“速度调节器”的“4”、“5”两端，用导线将“5”、“6”短接，使“电流调节器”成为P (比例)调节器。

调节面板上的调零电位器RP3，用万用表的毫伏档测量电流调节器“7”端的输出，使调节器的输出电压尽可能接近于零。

②调整输出正、负限幅值把“5”、“6”短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47uF接入“5”、“6”两端，使调节器成为PI (比例积分)调节器，然后将DJK04的给定输出端接到转速调节器的“3”端，当加一定的正给定时，调整负限幅电位器RP2，观察输出负电压的变化，当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位器RP1，观察调节器输出正电压的变化。

③测定输入输出特性再将反馈网络中的电容短接（将“5”、“6”端短接），使速度调节器为P （比例）调节器，在调节器的输入端分别逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅，并画出曲线。

④观察PI特性拆除“5”、“6”短接线，突加给定电压，用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律。

改变调节器的放大倍数及反馈电容，观察输出电压的变化。

(2)电流调节器的调试①调节器的调零将DJK04中“电流调节器”所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻13K接“速度调节器”的“8”、“9”两端，用导线将“9”、“10”短接，使“电流调节器”成为P（比例）调节器。

直流调速系统实验指导书江西理工大学应用科学学院机电工程系2007年10月目录实验一晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定 (1)实验二晶闸管直流调速系统主要单元调试 (6)实验三不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究 (9)实验四双闭环晶闸管不可逆直流调速系统 (13)实验五逻辑无环流可逆直流调速系统 (18)实验六双闭环可逆直流脉宽调速系统 (22)实验一晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定一．实验目的1．了解电力电子及电气传动教学实验台的结构及布线情况。

2．熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。

3．掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。

二．实验内容1．测定晶闸管直流调速系统主电路电阻R2．测定晶闸管直流调速系统主电路电感L3．测定直流电动机的飞轮惯量GD24．测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数T d5．测定直流电动机电势常数C e和转矩常数C M6．测定晶闸管直流调速系统机电时间常数T M三．实验系统组成和工作原理晶闸管直流调速系统由三相调压器，晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机——发电机组等组成。

本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压Ug作为触发器的移相控制电压，改变U g的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。

四．实验设备及仪器1．教学实验台主控制屏。

2．NMCL—33组件3．NMEL—03组件4．电机导轨及测速发电机（或光电编码器）5．直流电动机M036．双踪示波器7．万用表五．注意事项1．由于实验时装置处于开环状态，电流和电压可能有波动，可取平均读数。

2．为防止电枢过大电流冲击，每次增加U g须缓慢，且每次起动电动机前给定电位器应调回零位，以防过流。

3．电机堵转时，大电流测量的时间要短，以防电机过热。

六．实验方法1．电枢回路电阻R的测定电枢回路的总电阻R包括电机的电枢电阻R a，平波电抗器的直流电阻R L和整流装置的内阻R n，即R=R a+R L+R n为测出晶闸管整流装置的电源内阻，可采用伏安比较法来测定电阻，其实验线路如图1-1所示。

1、主回路采用半控桥式全波整流电路。

在主回路中加平波电抗器L，减少整流器输出电流的脉动并尽可能使电流连续。

这时电路呈感性，为了保证晶闸管可靠换相而不失控，故接入续流二极管V2，同时，为了保证晶闸管过电压损害，加入RC阻容吸收装置（R1C1,R4C4)。

2、给定电压和转速负反馈回路，由变压器输出的交流110V电源经过全波整流和C13,R7,C14组成的π形滤波后的直流电压为给定电源。

RP4为调速电位器，RP3为高速上限调整用电位器，RP5为低速下限调整用滤波器，调节RP4可以得到不同的给定电压Ug。

TG为测速发电机，其输出电压与转速成正比。

通过转速负反馈提高系统的机械特性硬度，电位器RP6可调整反馈深度。

给定电压Ug和测速反馈电压Utg反极性串联后由117和157输出到放大器。

3、放大电路，117及157两端输入给定电压与反馈电压综合而成的差值信号。

V31为电压放大，放大后的控制信号给锯齿波发生器的晶体管V32，V32相当于一个可变电阻，改变输入信号的大小，就改变了电容C7的充电时间，进行移相。

V8,V9为输入信号的正负向限幅之用。

电容C8对给定及测速电压起滤波作用，还起给定积分作用，即对输入信号的突变起缓冲作用。

4、C5,R5,R23组成的电压微分负反馈电路。

是为了避免系统发生振荡而设的。

振荡最易在低速运行时出现。

5、电流截止负反馈由1Rg、RP2、V10、V33等元件组成，它是防止电动机在高速起动，正反转切换等情况下电流过大而设。

主回路电流在允许范围内时，1Rg上产生的压降不足以使V10击穿，V33截止，该环节不起作用，当主回路超过时，V10击穿，V33趋近导通，则C7的充电受V33的分流而变慢，触发脉冲后移，整流器输出电压变低，主回路电流降到规定值之内，调节RP2就可以改变主回路电流的限制数值，C9滤波，R14是保证V33在V10击穿以前可靠的截止。

6、触发脉冲电路由同步信号，移相环节和脉冲形成三部分组成。

课题：小容量晶闸管直流调速系统1原理简介该调速系统适用于4千瓦以下的直流电动机的无级调速. 1）控制电路a 给定电压Ug由稳压电源通过电位器R21、R23和R22供给。

其中R21整定最高给定电压（对应最高转速），R22整定最低给定电压（对应最低转速）。

R23为手动调整电位器。

b 电压负反馈信号UFV电压负反馈信号UFV由电阻R13，R14和电位器R20分压后取出，UFV与他励直流电动机的电枢两端并联，因而UFV 电压与电枢电压UA成正比，调节R20即可调节电压负反馈量的大小，从图中可以看出由于电压信号为负反馈所以UFV 与UG的极性是相反的，电阻R13是限制UFV上限电阻，电阻R14是限制UFV下限电阻。

c 电流正反馈电路由电位器R18取出。

电枢电流IA主要流过取样电阻R8。

R18取出的电压Ufi与IaR8成正比，亦即Ufi与电枢电流Ia 成正比。

调节R18即可调节电流反馈量的大小。

2）主电路主电路由Va、Vb、V1、V2、组成单相半控桥式整流电路，C8、R10及C7、R12是交,直流过电压保护电路，L为平波电抗器,能限制电流脉动,改善换向条件,减少电枢损耗,并使电流连续,L两端的电阻R11能保证可靠触发,并且在主电路突然断路时,为电抗器提供放电回路,减少电抗器产生的过程.工作过程中只要给VSA、VSB加入尖顶脉冲信号晶闸管就能导通，电动机就能启动运行，因为采用桥式整流电路，故工作时VSA、VSB是轮流导通的的，改变晶闸管门极的脉冲相位，就可以实现对电动机的调速控制。

为了加快制动和停车,采用了能耗制动,R9为能耗制动电阻.电动机励磁由单独的整流电流VC3供电.为了防止失磁而引起的飞车事故,在励磁电路中串入电流继电器KA,只有当励磁电流大于某数值时,KA才动作.在主电路的接触器KM的控制回路中,串接KA常开触头.KA的动作电流可通过分流电位器R17来调整.钮子开关SB是调速系统的启动开关。

3）触发电路由单结晶体管VS为核心组成张弛振荡器，R15为输出电阻，R2为温度补偿电阻。

实验三 晶闸管直流调速系统的调试一、实验目的1.分析晶闸管半控桥式整流电路电机负载（反电动势负载）时的电压、电流波形。

2.熟悉典型小功率晶闸管直流调速系统的工作原理，掌握直流调速系统的整定与调试。

3.测定直流调速系统的机械特性。

二、实验设备高自EAD —I 型电力电子与自控系统实验装置 万用表 双踪示波器 滑动变阻器直流电机机组，带涡流制动和机械制动负载，并有光电数字测速计及转速反馈模拟量输出。

机组的直流电机为SZD01型稀土高性能永磁直流电动机，电机的额定值为P nom =100W ，U nom =90V ，I nom =1.5A ，n nom =1000，T nom =1Nm ，Ω=11a R 。

三、实验电路实验电路具体接线如图3-1所示 四、实验原理此调速系统是小容量晶闸管直流调速装置，适用于4kW 以下直流电动机无级调速。

装置的主回路采用单相半控桥式晶闸管可控整流电路，触发电路采用电压控制的单结晶体管移相触发电路。

具有电压负反馈和电流正反馈及电流截止负反馈环节，电路均为分离元件，用于要求不太高的小功率传动调速场合。

1.晶闸管直流调速系统的基本工作原理虽然采用转速负反馈可以有效地保持转速的近似恒定，但安装测速发电机比较麻烦，费用也多。

所以在要求不太高的场合，往往以电压负反馈加电流正反馈来代替转速负反馈。

这是由于当负载转矩变化（设转矩增加）而使转速降低时，电动机的电枢电流将增加，而电流的增加，整流装置的内阻和平波电抗器上的电压降落也成正比地增加，这样，电动机电枢两端的电压将减小，转速也因此要下降，因而可考虑引入电压负反馈，使电压保持不变。

另一方面，电枢电流（d I ）的大小也间接地反映了负载转矩l T （扰动量）的大小（d T m l I K T T Φ=≈），因此可考虑采用扰动顺馈补偿，引入电流正反馈，以补偿因负载转矩l T （扰动）增加而形成的转速降。

电压负反馈不能弥补电枢压降所造成的转速降落，调速性能不太理想。

晶闸管直流调速系统故障原因分析。

（多项选择题）下面列出8种常见故障和26种可能的原因，试分析每一种故障的可能原因。

故障情况：1、起动时，晶闸管快速熔丝烧掉。

（2、3、）2、开机后，电动机不转动。

3、电动机转速不稳定，甚至发生振荡。

4、额定转速下运行正常，但降速、停车和反转过程中，快速熔丝熔断。

5、电动机负载运行时正常，但空载、低速时振荡。

6、电动机轻载运行正常，但重载运行时不稳定。

7、停车后，仍时有颤动。

8、整流输出电压波形不对称，甚至缺相。

可能原因：1、整流桥输出短路。

2、电动机被卡住，或机械负载被卡住。

3、电流截止环节未整定好，致使启动电流过大。

4、个别晶闸管元件老化，或因压降功耗过大而损坏。

5、晶闸管散热片接触不良，或冷却风（水）供量不足，或风机转向接反，导致元件过热。

6、整流元件阻容保护吸收元件虚焊。

7、三相全控桥运行中丢失触发脉冲。

8、稳压电源无电压输出。

9、熔断器芯体未安入或已烧断。

10、励磁电路未接通。

11、个别晶闸管元件擎住电流值过大。

12、整流电流断续，电压、电流反馈信号中谐波成分过大。

13、速度调节器增益过大。

14、转速及电流反馈电路滤波电容过小。

15、直流测速发电机电刷接触不良。

16、电流反馈电路断线或极性接反。

17、电源进线相序与设备要求不符，或整流变压器相序不对，或同步变压器相序不对。

18、触发器锯齿波斜率不一致，触发脉冲间隔不对称。

19、电网电压过低。

20、供电强电线路与控制弱电线路混杂一起，引起严重干扰。

21、锁零电路未起作用，运放零飘过大。

22、晶闸管元件高温特性差，大电流时失去阻断能力。

23、整流变压器漏抗引起的电压波形畸变过大。

24、转速环开环对数频率特性的穿越频率ωc过大，接近机械装置的扭振频率。

25、输出低电压时的电压波形为断续尖状波形，其中含有较大低频谐波。

26、触发电路无触发脉冲输出，或触发脉冲电压幅值不够大，或触发电流不够大，或脉宽太窄。