晶闸管直流调速系统实训：操作与优化

1.实训目的

（1）分析晶闸管半控桥式整流有源逆变电路带电动机负载（反电势负载）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。

2.实训原理及说明

实训电路如图2－15所示。分析晶闸管调速系统线路的一般顺序是：主电路→触发电路→控制电路→辅助电路（包括保护、指示、报警等）。

图2－15　典型小功率直流调速系统电路

本实训的主电路为单相半控桥式整流电路，桥臂上的两个二极管串联排在一侧，可兼起续流二极管作用。Ld为平波电抗器。触发电路采用单结晶体管组成的自激振荡电路，通过控制晶体管VT1、VT2的导通程度，实现对电容C1充电快慢的控制，达到触发移相的目的。VT5为电压放大，以增大输出脉冲的幅值。

T 为脉冲变压器。VD3为续流二极管，它的作用是在VT5 截止瞬间为脉冲变压器一次侧提供放电通路，避免脉冲产生过高电压而损坏VT5。电容C6是为了增加脉冲和前沿的陡度：在VT5截止时，电源对电容C6充电至整流电压峰值；当VT5突然导通时，则已充了电的C6将经过脉冲变压器和VT5放电，从而增加了输出脉冲的功率和前沿陡度。但设置电容C6后，它将使单结晶体管两端同步电压的过零点消失，因此再增设二极管VD5加以隔离。由二极管桥式整流电路和2CW211 稳压管组成的是一个近似矩形的同步电压，但放大器需要一个平稳的直流电压，因此增设电容器C4，对交流成分进行滤波，但C4 同样会消除同步电压过零点，所以同理设置二极管VD4，以隔离电容C4对同步电压的影响。

控制电路主要是给定信号和反馈信号的综合，如图2－16所示。给定电压Us 由稳压电源通过电位器RP1、RP2和RP3供给。由于n≈Us/α，所以，调节Us，即可调节电动机的转速。电压负反馈信号由1.5 kΩ 电阻、15 kΩ 电阻和电位器RP6分压获取，Ufv与电枢电压Ua 成正比，Ufv＝γUa，式中，γ 为电压反馈系数。调节RP6 即可调节电压反馈量大小。由于为电压负反馈，所以Ufi与Ua 极性相反。电流负反馈信号Ufv由电位器RP5取出。电枢电流Ia 主要流经取样电阻Rc。Rc 为一阻值很小（此处为0.125 Ω）、功率足够大（此处为20 W）的电阻。电位器RP5的阻值（此处为100 Ω）较Rc 大得多，所以流经RP5的电流是很小的，RP5的功率可比Rc 小得多。由RP5分压取出的电压Ufi与IdRc 成正比，亦即Ufi与电枢电流Ia 成正比，令Ufi＝βIa （式中，β 为电流反馈系数）。调节RP5即可调节电流反馈量的大小。控制信号ΔU＝Us－Ufv＋Ufi。图中，VD6 为电压放大输入回路正限幅，以免输入信号幅值过大；VD7 为晶体管VT1 的BE 结反向限幅保护，以免过高的反向电压将其击穿。

图2－16　控制信号的综合(www.xing528.com)

主回路中的熔断器（50 A）和控制回路中的熔断器（1 A）均为短路保护环节。主电路的交、直流两侧均设有阻容（50 Ω 电阻与2 μF 电容）吸收电路，以吸收浪涌电压。如图2－17所示，电位器RP4、稳压管2CW9 和晶体管VT4构成电流截止负反馈环节。电机启动电流很大，若电流超过某允许值，则由电位器RP4 取出的电流信号电压U1′将击穿稳压管2CW9，使V4饱和导通，这样，电容C1将通过VT4 和R 旁路放电，使电容C1上的电压上升十分缓慢，使控制角α大为延迟，整流输出电压Ua 下降，从而限制了过大的电流。若电流小于最大允许值，则稳压管不会被击穿，VT4 截止，对电路不会发生影响。电路中的稳压管主要是提供一个阈值电压，以形成截止控制的作用。整定RP4，即可整定截止电流的数值。图2－16所示的励磁回路中串接了欠电流继电器KA，起到了励磁回路欠电流保护的作用。

图2－17　过电流截止保护电路

3.实训内容

（1）熟悉实训装置的电路结构和主要元器件，检查实训装置输入和输出的电路连接是否正确，检查输入熔丝是否完好，以及控制电路和主电路的电源开关是否在“关” 的位置。

（2）按照图2－15所示连线，加上电压负反馈环节和电流正反馈环节。由于调速系统容易形成振荡，因此，调节电位器RP6，调大电压负反馈量；同时，调节电位器RP5，调小电流正反馈量。

（3）接通电源，观察电动机稳定运行情况，并记录此时的整流电路的电压、电流波形。

（4）断开电流截止负反馈和过电流保护环节以及电压负反馈和电流正反馈环节，测定直流调速系统的开环机械特性。首先调节Us，使电动机两端的电压Ud＝90 V，然后逐渐加大机械负载（调节涡流制动器电压，并适当增加摩擦阻力），使电动机电流Id＝0.11 A（空载电流）、0.2 A、0.3 A、0.5 A、0.8 A、1.0 A、1.2 A、1.5 A，并记录对应的电动机转速n。

4.实训报告

（1）画出半控桥式整流电路带电动机负载时的电压、电流波形。

（2）画出晶闸管直流调速系统的开环机械特性[n＝f （Id）]曲线，并说明形成很软的机械特性的原因。