电磁调速电动机控制器的电路原理解析

1.耐特JD1ⅡA型调速控制器电路原理

由图4-42所示的原理框图可见，调速控制器由主电路、转速调整设定、测速负反馈以及触发电路等环节组成。

图4-42 JD1ⅡA型调速控制器原理框图

（1）主电路。如图4-43所示，从电源相线开始，经接插件XP1、开关S、熔断器FU、XP4、转差离合器的励磁线圈、XP3、单向晶闸管V3、XP2回到电源N线形成回路。由于励磁线圈是电感性负载，所以接了VD9作续流二极管。主路采用半波可控整流调整转差离合器励磁线圈的电流。

图4-43 JD1ⅡA型调速控制器电气原理图

图4-44 JD1ⅡA型调速控制器波形图

a）电源电压正弦波 b）削波后的梯形波 c）电容器C1的锯齿波 d）T2上的尖脉冲 e）晶闸管导通波形 f）励磁线圈电流波形

（2）转速调整与测速负反馈电路。变压器T1二次侧的15V电压经二极管VD4～VD7桥式整流，三端稳压器LM7812稳压后加到转速调整电位器RP1上，由RP1进行转速调整；测速发电机输出的三相电压经二极管VD10～VD15进行三相桥式整流，形成与调速电动机转速呈线性关系的直流电压，加到电位器RP2上，由RP2进行转速负反馈调整。从RP1和RP2两个电位器的中间头上取得“转速控制电压”送到触发电路，用于控制晶闸管的导通角和调速电动机的转速。

（3）触发电路。由VD1、VD2整流削波电路及晶体管V1、单结管V2、脉冲变压器T2等元器件组成。整流削波电路的输出波形是梯形波，如图4-44b所示，是由二极管VD1整流（整流后不接滤波电容）、稳压二极管VD2和电阻R6稳压后形成的。电容器C1经电阻R1、R2和晶体管V1由上述梯形波充电，其中晶体管V1的内阻是可变的，它因上述“转速控制电压”的变化而变化，因此，调整电位器RP1和RP2都会改变C1的充电速度。C1的充电波形如图4-44c所示。当C1上的充电电压达到单结管V2的峰点电压U_P时，C1经V2快速放电，在脉冲变压器T2两侧绕组上形成如图4-44d所示的尖脉冲，从而触发晶闸管V3。根据C1充电速度的快慢，V3的导通角会有不同变化，这就改变了调速电动机转差离合器中励磁线圈的电流大小，从而调整或设定受控电动机的转速。控制器可抑制电动机负载变化引起的转速变化，例如，当转速因负载变化提高时，电位器RP2两端电压升高，“转速控制电压”相应减小，通过触发电路调低电动机的转速，使电动机转速在负载变化时趋于稳定。图4-44e所示为V3的导通电压波形，在励磁线圈电感和续流二极管作用下，实际流经励磁线圈的电流波形如图4-44f所示。

2.环宇JD1系列调速控制器电路原理

（1）原理概述。JD1系列调速控制器由速度调节器、移相触发器、晶闸管整流电路以及速度负反馈等环节组成。电路原理图如图4-45所示。该电路结构简洁，原理较为新颖。所使用的变压器二次侧只有一个绕组，与传统电路相比，减少了2～3个二次绕组。以二极管VD12在图中所处位置水平线以上是调节励磁电流的单向晶闸管V2的触发电路；之下则是移相触发调节控制电路和转速反馈电路等。XP1～XP7是航空插头，一种7芯的接插件，用于连接控制器与AC220V电源、调速电动机的励磁线圈和测速发电机的输出线。(www.xing528.com)

（2）工作原理具体分析。电机调速控制器是通过调节图4-45中转差离合器励磁线圈的电流来改变电动机转速的，而励磁电流则由单向晶闸管V2进行可控整流控制。V2的触发电路由晶体管V1、光耦合器IC1等元器件组成。这部分电路的直流电源与其他电路不共地，它将电源变压器T的220V与225V之间的电位差经二极管VD12整流、电容器C2滤波后供其使用。光耦合器IC1的1脚接地，即接变压器二次的0端，当其2脚为负电位时，光耦合器4、3脚内附的光敏晶体管导通，晶体管V1随之导通，向单向晶闸管V2发出触发信号，V2导通，电动机转差离合器励磁线圈中有电流流过，其路径是电源相线L→接插件XP1→开关S→熔断器FU→接插件XP3→励磁线圈→接插件XP4→单向晶闸管V2→接插件XP2→电源零线N。这时我们只要在每个电源周期内准确控制IC1的2脚由高电平转换为低电平的时刻，就能调节晶闸管V2的导通角，从而调节励磁电流和电动机的转速。

图4-45 JD1系列调速控制器电气原理图

图4-46 JD1系列调速控制器移相触发波形图

1—LM358的6脚波形 2—LM358的5脚的地电平 3—LM358的7脚波形

变压器二次侧的10V电压经过二极管VD11和VD10整流、电容器C3和C6滤波、稳压管VS2和VS1稳压，得到+5.1V的U+和-5.1V的U-，作为集成电路LM358的工作电源使用。LM358是双运放电路，其1脚、2脚和3脚内部是一个运放，它的同相输入端3脚经电阻R19接地；反相输入端2脚接有3路信号：一是由转速调整电位器RP2送来的调速信号；二是测速发电机输出电压经VD1～VD6整流、再由“反馈量调节”电位器RP3调整后送来的反馈信号；三是输出端1脚经电阻R12、R14、R13送来的负反馈信号，这个负反馈信号使得该运放成为名副其实的反相运算放大器。与此不同的是，由5脚、6脚、7脚内部电路构成的运放因为没有负反馈，所以其放大倍数接近无穷大，实际上已经具有了电压比较器的功能。这个电压比较器正输入端5脚经电阻R18接地，负输入端6脚接有1脚经电阻R11送来的转速控制信号，以及变压器二次侧的同步信号，因此，在示波器上看到的6脚波形是一种近似锯齿波。图4-46是示波器上看到的相关波形示意图，这幅经过整理后的波形图对理解控制器中单向晶闸的移相触发原理会有帮助。当锯齿波的上升沿幅值超过5脚的地电平时（5脚经电阻R18接地），相当于电压比较器的负输入端（6脚）电位高过正输入端（5脚），所以7脚跳变为低电平（见图4-46），接着IC1的2脚也转换为低电平，此后如上面所述，就可通过相关电路调节晶闸管V2的导通角，从而调节励磁电流和电动机的转速。

通过比较图4-46的上图和下图可见，上图中6脚信号幅值较大，LM358的7脚维持为负的时间较长，准确点说是在一个电源周期中，单向晶闸管的触发时刻较早，平均导通电流自然较大，电动机转速较快。下图中6脚信号电压较小，LM358的7脚维持为负的时间较短，或者说在一个电源周期中，单向晶闸管的触发时刻较迟，平均导通电流自然较小，电动机转速较慢。当然晶闸管的导通时长并不等于7脚维持负电平的时长，因为单向晶闸管一旦被触发导通，触发信号即失去控制作用。锯齿波对晶闸管导通的控制作用仅在于其上升沿与地电平相交的时刻。

可用两种方式用来调节单向晶闸管的触发时刻：

一是调整图4-45中的转速电位器RP2，它对转速的控制流程是，RP2向较高转速调整→IC2的2脚电位↓（该箭头表示减小、降低）→IC2的1脚电位↑（该箭头表示增大、上升）→IC2的6脚电位↑→IC2的7脚电位提前变低→IC1的2脚电位提前变低→单向晶闸管被提前触发→励磁电流↑→电动机输出轴转速↑；RP2向较低转速调整时的控制流程与此相反。

二是负载转矩变化时对单向晶闸管触发时刻的影响，其控制流程是，负载转矩↑→电动机输出轴转速↓→测速发电机输出电压↓→IC2的2脚电位↓→IC2的1脚电位↑→IC2的6脚电位↑→IC2的7脚电位提前变低→IC1的2脚电位提前变低→单向晶闸管被提前触发→励磁电流↑→电动机输出轴转速↑。负载转矩减小时的控制流程与此相反。

电位器RP1可以用来校准转速表的示值，使其与实际转速相一致。