實用直流電機調(diào)速電路的設計與調(diào)試

1、2009年全國技工教育和職業(yè)培訓 優(yōu)秀教研成果評選活動參評論文 實用直流電機調(diào)速電路的設計與調(diào)試實用直流電機調(diào)速電路的設計與調(diào)試摘 要：采用BT33為核心的過零觸發(fā)電路作為直流伺服電機調(diào)速功率放大電路的驅(qū)動模塊，該模塊采用光耦合隔離技術，具有結(jié)構簡單，穩(wěn)定性好，驅(qū)動能力強，功耗低的特點，但它只能在觸發(fā)信號的控制下在通過自舉升壓在高壓側(cè)產(chǎn)生柵極驅(qū)動電壓，驅(qū)動電壓驅(qū)動雙向可控硅BTA12通過控制觸發(fā)脈沖的觸發(fā)角的大小，從而實現(xiàn)對直流電機的調(diào)速控制。關鍵字：光電隔離；直流電機；調(diào)速電路；電機控制；可控硅；過零觸發(fā)1 引言因工作需要，開發(fā)了一款可以應用于工業(yè)現(xiàn)場的能可靠控制24V或者110V小功率直流

2、電機的調(diào)壓電路以用于驅(qū)動24或者110V直流電機。本人使用光電隔離，雙向可控硅等元件制作的直流電機控制器，該裝置結(jié)構簡單，輸出功率大，經(jīng)過多次實驗反復調(diào)試工作安全可靠，而且使用單層板即可實現(xiàn)，制作成本低。2直流電機調(diào)速電路特點自制電路命名為STGJ2009，該電路的原理圖如圖1：圖1 STGJ2009型直流電機調(diào)速電路原理圖該電路最大的特點，與傳統(tǒng)的直流電機直接使用改變串聯(lián)電阻大小的方式進行調(diào)速比較，傳統(tǒng)的調(diào)速方式在電機處于低速時候把大量的電能浪費在電阻上面，不符合節(jié)能環(huán)保的要求。而使用該電路是通過控制可控硅BTA12的開通時間，來控制輸出的直流脈沖的個數(shù)來對直流電機進行調(diào)速，使用該方法不僅節(jié)

3、能環(huán)保而且得到理想的調(diào)速特性而且也避免了使用單向晶閘管調(diào)壓電路的復雜繁瑣，從成本上看，使用單向晶閘管調(diào)速電路需要兩個單向晶閘管，而市面上兩個同等耐壓等級 12A的晶閘管的價格高于單個12A雙向晶閘管的價格。而且控制和保護環(huán)節(jié)也更多。所以采用雙向晶閘管構成直流調(diào)壓電路也更為簡單，另外由于采用了光耦合隔離器件隔離了驅(qū)動脈沖信號發(fā)生電路和主電路，防止了誤觸發(fā)，提高了電路的可靠性1- 3。3工作原理該電路分主要為兩個部分：一是驅(qū)動雙向晶閘管的驅(qū)動電路即控制脈沖發(fā)生的電路，該電路位于原理圖的上半部分；二是直接驅(qū)動直流電機的主電路，它位于原理圖的下半部分；兩個部分通過一個光耦器件隔離開來，這樣就保證了驅(qū)動

4、電路在工業(yè)現(xiàn)場可以不受其他瞬時電流脈沖的影響而產(chǎn)生誤觸發(fā)，大大提高了該電路的調(diào)速的可靠程度。3.1觸發(fā)脈沖發(fā)生電路該電路位于原理圖的上半部分，位于光耦之前，通過D1D4這4個整流二極管把交流變?yōu)橹绷鳎⑶彝ㄟ^R1降壓和D5穩(wěn)壓得到12V左右直流電壓，這作為后面以BT33F為主和RV1、R2、C2、R3和R9構成的脈沖發(fā)生電路，其基本原理是通過RV1調(diào)節(jié)經(jīng)R2往小電容C2充電電流的大小，當C2充滿到達放電時，觸發(fā)BT33F在b2腳（即與C3連接的管腳）產(chǎn)生被放大的電脈沖，之后C2因為放電電位下降，需要再經(jīng)過充電電流的充電才能再次放電。觸發(fā)BT33F產(chǎn)生電脈沖。所以如果充電電流越大，則C2充電滿的

5、時間間隔越短，同一個時間內(nèi)輸出的電脈沖也越多，所以電脈沖的輸出是通過RV1調(diào)整對C2的充電電流的大小來控制的，當RV1調(diào)整為100K時，充電電流最小，晶閘管開通角度后移，驅(qū)動電壓最低（大概是輸入額定電壓10%左右）電機轉(zhuǎn)速最慢，當RV1調(diào)整為0歐姆時候，充電電流最大，輸出脈沖最多（即每相首脈沖前移最多），使到晶閘管開啟角度不斷前移到大概30左右，脈沖最密集的時候控制雙向晶閘管輸出的電壓也達到最大大概是輸入額定電壓值的96%左右 4- 5。3.2 驅(qū)動電機的主電路通過電橋DQ1把輸入的交流（交流24V或110V）電轉(zhuǎn)化為直流電（24V或110V）；直流電作為直流電機的電源，當雙向可控硅接收到來自

6、光耦的控制信號就會觸發(fā)導通，當信號消失則關斷。為防止驅(qū)動雙向晶閘管的電流過大損壞雙向晶閘管，經(jīng)光耦送來的脈沖信號需要經(jīng)過R6和1N4148進行保護。如果端輸入的是交流電，則把打到R8的位置（如果V2輸入的是110V交流電則把SW打到R7位置），經(jīng)大電阻降壓確保提供12左右的交流電源，再通過整流二極管D9、12V穩(wěn)壓管D7和穩(wěn)壓電容C5進行濾波為驅(qū)動雙向晶閘管提供12V直流電源再使用RV2調(diào)整驅(qū)動脈沖的電流大小，確保輸出驅(qū)動電脈沖正好能驅(qū)動該晶閘管。注意：在雙向晶閘管兩側(cè)要并聯(lián)5W左右的大功率電阻RW1和耐壓400V左右的電容C6作為雙向晶閘管的保護環(huán)節(jié)。4 元件選擇為確保該電路可以長時間連續(xù)穩(wěn)

7、定帶動直流電機運行，該電路在主要器件的選用上要注意一下，例如主電路的電橋，最好選用帶散熱結(jié)構的8A左右的整流橋，因為根據(jù)如果該電路用于長時間帶直流電機等負載最好留有一定的余量，整流橋的額定電流最好是額定工作電流的兩倍。另外主要的功率器件雙向晶閘管BTA12額定電流最大能通過12A，為確保直流電機連續(xù)穩(wěn)定工作，也應留有一定余量，根據(jù)經(jīng)驗公式，取其標稱值的2/3左右。所以該電路可以用于帶動功率在880瓦及以下的直流電機連續(xù)運行。5 電路調(diào)試 該電路在調(diào)試時，先調(diào)試觸發(fā)電路，使用示波器觀察觸發(fā)電路產(chǎn)生的波形，RV1起調(diào)時脈沖波形下如圖2和圖3所示當RV1調(diào)到電阻最?。ㄒ布疵}沖最密集時候），示波器顯示

8、如圖4和圖5，此時輸出電壓為額定電壓的96%左右。接著調(diào)試主電路，主電路主要通過電阻RV2調(diào)節(jié)驅(qū)動電脈沖的電流的，它的大小決定了觸發(fā)脈沖電流的大小，最好調(diào)整到合適的范圍。一開始可以把RV1和RV2調(diào)到中間，此時，電路多數(shù)是關斷的，接著逐步把RV2逐漸調(diào)小，電路會在這個過程開通，然后再有緩慢地增大，如果繼續(xù)調(diào)小RV2調(diào)小還不能提高輸出電壓，那說明電流正好夠用了，不必再調(diào)小RV2了。最終電路的實物圖6如下，圖中，電路板正中亮點的位置為光耦，本電路采用4N25或者普通四腳光耦，本電路左側(cè)為觸發(fā)電路，右側(cè)為主電路。圖6直流電機調(diào)速板STGJ20096小結(jié)小結(jié)：該電路由于采用了光耦器件進行隔離，確保了主

9、電路與觸發(fā)電路各自獨立運作，互不干擾。經(jīng)過現(xiàn)場測試，該電路符合在工業(yè)現(xiàn)場長時間穩(wěn)定應用的要求；而且一次調(diào)試即可以長期運行基本免維護。該電路采用相控原理，通過控制觸發(fā)角大?。ňчl管觸發(fā)角的范圍從30到160左右）控制輸出電壓的大小，不僅輸出電壓連續(xù)可調(diào)，也使電源得到有效利用，符合國家現(xiàn)在提倡的節(jié)能環(huán)保的要求。而且采用單層板就可以制作，造價低廉，對于廣大的需要小型直流調(diào)速控制裝置的工廠企業(yè)來說，具有廣闊的應用前景。參考文獻：1陳伯時電力驅(qū)動自動控制系統(tǒng)機械工業(yè)出版社2張國峰 張維實用穩(wěn)壓電源150例人民郵電出版社3 周淵深 交直流調(diào)速系統(tǒng)與MATLAB仿真，北京 中國電力出版社，2007：135-1504 王承緣