可控硅调速线路运行原理详解

2022-05-17

可控硅调速器线路如下图9-13所显示,是普遍使用于小型直流电动机调速的控制线路。调速器线路通常由电压给定环节、触发脉冲环节、电压和电流反馈环节及主回路和励磁部分构成。线路中选用了电流正反馈和电压负反馈环节来替代测速发电机进行电枢电压无级调速。
其运行原理如下所示

(1)主线路【图9-13(a)部分】

主线路为单相半控桥式全波整流电路,220V交流电源经整流后,变成直流电动机调压调速电源。为防止可控硅在接通和断开过程中产生过电压,在可控硅V16和V17两边各自并连着由电阻R18和电容C8、R19和C9串连组成的阻容保护设备;因为主线路中串连电抗器L,使主电路负载电流连续,并减少了电流脉动;为确保可控硅可靠换向而不失控,并连在电动机两边的续流二极管V20为电动机供应了放电电路;电阻R16是电动机的能耗制动电阻,在电动机正常运转时,因为接触器KM的常闭触点断开,R16并没有连接主线路,唯有停车时接触器KM断电,常闭触点闭合,R16才连接主线路,使电动机进行能耗制动;R13是电流正反馈电阻,R12、R14、RP3组成了电压负反馈支路。

(2)电动机励磁【图9-13(b)部分】

电动机励磁绕组电压是由单相桥式整流电路供电的。为了避免励磁电流小而导致飞车,励磁电路中串连有零电流检测继电器KA,当励磁电流小到某一值时,KA释放,其联锁触点控制主接触器KM断电,使电动机M立即停转。

(3)给定电路【图9-13(c)部分】

变压器TC二次侧40V电压、整流桥VC2、给定电位器RP组成了给定电压电路。通过调节RP,可改变给定电压魄的大小,进而改变电动机M转速的高低。

(4)触发脉冲线路【图9-13(d)部分】

该触发器使用单结晶体管组成简单的触发线路,由变压器TC、变压器TC二次侧70V电压、整流、削波、放大、RC电路及脉冲形成输出等环节组成。变压器TC输出70V电压经VC1整流和稳压管V1限幅削波后,输出梯形波,当作触发线路的同步电压。梯形波再通过电容C5滤波后得到约为11V的放大器直流电源电压。二极管V5的功能是将1个电源隔离成2种电压。晶体管V10的线路为电流反馈放大器,其射极电阻R10非常大,使放大回路得到较好的线性特性。

当有正方向信号电压加至V10的基极时,其集电极电压伴随信号的增加而减低,晶体管V7中流过的电流也伴随V10集电极电位的变化而变化,等同于V7管集射极间的等效电阻也在改变,起着了可变电阻的功能,使电容C2的充电速度也相应跟随改变,进而实现触发脉冲移相的目的。

当C2的充电电压UC2做到单结晶体管V6的峰点电压UP时,V6导通,电容C2经过电阻R3快速放电,使脉冲功率放大三极管V4导通,其作用是把前级的尖脉冲放大,由脉冲变压器TC1输出1个具备相应幅值、宽带和陡度的脉冲到可控硅控制极,使可控硅V16和V17触发。随之C2放电,UC2快速下降到V6的谷点电压Ur时,V6截止,电容C2又再次重新充电,重复上述环节。

所以,只需转变输入信号电压Ug的大小,就可以转变电容C2充电到UP的时间,就可转变产生第1个脉冲的时间,进而转变可控硅导通角a的大小,做到转变电动机电枢电压调速的目的。经过上述调节,电动机能取得大概12:1的调速比。V3是保护V4管的,当V4截止时,变压器TC1的原边会产生感应电动势,可经过V3进行放电,进而避免V4毁坏。R2是温度补偿电阻。

系统中选用了电流正反馈和电压负反馈环节,反馈电压各自从电阻R13和电位器RP3取下后与调速给定电位器RP及转速下限调节电位器RP2上的给定电压对比后,加到放大器V10的基极。当负载波动电流增加时,电动机电枢电压下降,转速下降,电压负反馈减少,而电流正反馈电压增加,使综合给定电压增加,触发脉冲前移,可控硅导通角α增加,电动机电枢电压升高,并使电动机转速升高,进而保障了电动机转速不因负载转变而转变,使电动机有充足的机械硬特性。

(5)保护环节【图9-13(e)部分】

为了避免电动机在开启及过载的状况下发生过电流,系统中还配有电流截止反馈环节,是由R13、RP4、V9和V8等元器件构成的,当电动机的电流超过规定允许值时,从电位器RP4上取下1个与电动机电流大小成比例的电流信号,经稳压管V9加于三极管V8的基极,使V8导通,其集射极间的电阻急剧下降,将电容器C2旁路,使单结晶体管V6无脉冲输出,可控硅在无触发脉冲信号下立即处在断开模式,进而做到限流的目的。

此外,为了能限制电动机启动时的电流冲击,在V10的输入端并接有电容C4,可使电动机缓慢肩动。为了避免电动机在过渡环节中发生的过电压,在V10的输入端还并接有限幅用的二极管V11、V12、V13,避免V10管毁坏。

(6)电源进线【图9-13(f)部分】

电源可直接取自220V电网,在电源两头并接着由电阻R17和C7串接构成的阻容保护设备,避免电源或负载侧输入过电压。熔断器FU为进线电源短路保护。

图9-13可控硅调速器电路

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