TKJZG型 小容量晶閘管直流電機(jī)調(diào)速電路排故裝置

1、TK-JZG型 小容量晶閘管直流電機(jī)調(diào)速電路排故裝置一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.熟悉單結(jié)晶體管的原理和使用2.熟悉典型小容量晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的基本組成及工作原理3.掌握晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的整定與調(diào)試4.測定直流調(diào)速機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)械特性，完成實(shí)訓(xùn)考核二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號名稱數(shù)量備注1TK-JZG型 小容量晶閘管直流電機(jī)調(diào)速電路排故裝置12DQ03-1 不銹鋼電機(jī)導(dǎo)軌、光碼盤測速系統(tǒng)及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表13直流并勵電機(jī)DQ0914制動器15雙蹤示波器1自備6萬用表1自備三、實(shí)驗(yàn)線路及原理單結(jié)晶體管（簡稱UJT）又稱基極二極管，它是一種只有一個PN結(jié)和兩個電阻接觸電極的半導(dǎo)體器件，它的基片為條狀的高阻N型硅片，兩端分別用歐

2、姆接觸引出兩個基極b1和b2。在硅片中間略偏b2一側(cè)用合金法制作一個P區(qū)作為發(fā)射極e。其結(jié)構(gòu)、符號和等效電呼如圖1所示。圖1 單結(jié)晶體管（一）、單結(jié)晶體管的特性從圖1可以看出，兩基極b1與b2之間的電阻稱為基極電阻：Rbb=rb1+rb2式中：rb1為第一基極與發(fā)射結(jié)之間的電阻，其數(shù)值隨發(fā)射極電流ie而變化，rb2為第二基極與發(fā)射結(jié)之間的電阻，其數(shù)值與ie無關(guān)；發(fā)射結(jié)是PN結(jié)，與二極管等效。若在兩面三刀基極b2、b1間加上正電壓Vbb，則A點(diǎn)電壓為：VA=rb1/（rb1+rb2）vbb=（rb1/rbb）vbb=Vbb式中：稱為分壓比，其值一般在0.30.85之間，如果發(fā)射極電壓VE由零逐漸

3、增加，就可測得單結(jié)晶體管的伏安特性，見圖2。圖2 單結(jié)晶體管的伏安特性（1）當(dāng)Ve Vbb時，發(fā)射結(jié)處于反向偏置，管子截止，發(fā)射極只有很小的漏電流Iceo。（2）當(dāng)Ve Vbb+VD VD為二極管正向壓降（約為0.7伏），PN結(jié)正向?qū)?，Ie顯著增加，rb1阻值迅速減小，Ve相應(yīng)下降，這種電壓隨電流增加反而下降的特性，稱為負(fù)阻特性。管子由截止區(qū)進(jìn)入負(fù)阻區(qū)的臨界P稱為峰點(diǎn)，與其對就的發(fā)射極電壓和電流，分別稱為峰點(diǎn)電壓Vp和峰點(diǎn)電流Ip和峰點(diǎn)電流Ip。Ip是正向漏電流，它是使單結(jié)晶體管導(dǎo)通所需的最小電流，顯然Vp=Vbb。（3）隨著發(fā)射極電流ie不斷上升，Ve不斷下降，降到V點(diǎn)后，Ve不在降了，這

4、點(diǎn)V稱為谷點(diǎn)，與其對應(yīng)的發(fā)射極電壓和電流，稱為谷點(diǎn)電壓Vv和谷點(diǎn)電流Iv。（4）過了V點(diǎn)后，發(fā)射極與第一基極間半導(dǎo)體內(nèi)的載流子達(dá)到了飽和狀態(tài)，所以uc繼續(xù)增加時，ie便緩慢地上升，顯然Vv是維持單結(jié)晶體管導(dǎo)通的最小發(fā)射極電壓，如果VeVv，管子重新截止。（二）、單結(jié)晶體管的主要參數(shù)（1）基極間電阻Rbb發(fā)射極開路時，基極b1、b2之間的電阻，一般為210千歐，其數(shù)值隨溫度上升而增大。（2）分壓比由管子內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的常數(shù)，一般為0.30.85。（3）eb1間反向電壓Vcb1 b2開路，在額定反向電壓Vcb2下，基極b1與發(fā)射極e之間的反向耐壓。（4）反向電流Ieo b1開路，在額定反向電壓Vcb

5、2下，eb2間的反向電流。（5）發(fā)射極飽和壓降Veo 在最大發(fā)射極額定電流時，eb1間的壓降。（6）峰點(diǎn)電流Ip 單結(jié)晶體管剛開始導(dǎo)通時，發(fā)射極電壓為峰點(diǎn)電壓時的發(fā)射極電流。（三）、單結(jié)晶體管的判別方法判斷單結(jié)晶體管發(fā)射極E的方法是：把萬用表置于R*100擋或R*1K擋，黑表筆接假設(shè)的發(fā)射極，紅表筆接另外兩極，當(dāng)出現(xiàn)兩次低電阻時，黑表筆接的就是單結(jié)晶體管的發(fā)射極。單結(jié)晶體管B1和B2的判斷方法是：把萬用表置于R*100擋或R*1K擋，用黑表筆接發(fā)射極，紅表筆分別接另外兩極，兩次測量中，電阻大的一次，紅表筆接的就是B1極。應(yīng)當(dāng)說明的是，上述判別B1、B2的方法，不一定對所有的單結(jié)晶體管都適用，有

6、個別管子的EB1間的正向電阻值較小。不過準(zhǔn)確地判斷哪極是B1，哪極是B2在實(shí)際使用中并不特別重要。即使B1、B2用顛倒了，也不會使管子損壞，只影響輸出脈沖的幅度（單結(jié)晶體管多作脈沖發(fā)生器使用），當(dāng)發(fā)現(xiàn)輸出的脈沖幅度偏小時，只要將原來假定的B1、B2對調(diào)過來就可以了。（四）、小容量晶閘管直流調(diào)速電路分析圖3 典型直流調(diào)速系統(tǒng)的組成框圖小容量晶閘管直流調(diào)速裝置與直流并勵電機(jī)配套使用，能實(shí)現(xiàn)直流并勵電機(jī)的無級調(diào)速。實(shí)驗(yàn)電路如附圖所示。分析晶閘管調(diào)速系統(tǒng)線路的一般順序是：主電路觸發(fā)電路控制電路輔助電路。本實(shí)驗(yàn)的主電路為單相半控橋式整流電路，橋臂上的兩個二極管串聯(lián)排在一側(cè)，可起續(xù)流二極管作用。主回路中的

7、保險絲為短路保護(hù)環(huán)節(jié)。主電路的交、直流兩側(cè)均設(shè)有阻容吸收電路，以吸收浪涌電壓。L為平波電抗器，減小電壓的抖動。觸發(fā)電路采用單結(jié)晶體管組成的自激振蕩電路，實(shí)現(xiàn)對電容C1充電快慢的控制，從而控制晶閘管管Va、Vb的導(dǎo)通程度，達(dá)到觸發(fā)移相的目的。V14起到電壓放大作用，以增大輸出脈沖的幅值。TC2為脈沖變壓器，V13為續(xù)流二極管，它的作用是在晶體管V14截止瞬間，為脈沖變壓器一次一側(cè)提供放電回路，避免產(chǎn)生過高電壓而損壞V14。電容C6是為了增加脈沖功率和前沿的陡度，在V14截止時，電源對電容C6充電至整流電壓峰值；當(dāng)V14導(dǎo)通時，則已充了電的C6將經(jīng)過脈沖變壓器和V14放電，從而增加了輸出脈沖的功率

8、和前沿陡度。但設(shè)置電容C6后，它將使單結(jié)晶體管兩端同步電壓的過零點(diǎn)消失，因此再增設(shè)二極管V12加以隔離。由二極管橋式整流電路和穩(wěn)壓管V16組成的是一個近似矩形的同步電壓，但放大器需要一個平穩(wěn)的直流電壓，因此增設(shè)電容C4，對交流成分進(jìn)行濾波，但C4同樣會消除同步電壓過零點(diǎn)，所以同理設(shè)置二極管V11，以隔離電容C4對同步電壓的影響?？刂齐娐分饕墙o定信號和反饋信號的綜合，如圖4所示。給定電壓Us由穩(wěn)壓電源通過電位器R21、R22、R23供給。由于nUs/，所以調(diào)節(jié)Us，即可調(diào)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。電壓反饋信號由R13、R14和電位器R20分壓取出，Ufv與電樞電壓Ua成正比：UfvrUa，r為電壓反饋系數(shù)

9、調(diào)節(jié)R20即調(diào)節(jié)電壓反饋量大小。由于電壓負(fù)反饋，所以Ufv與Ua極性相反。電流負(fù)反饋信號Ufi由電位器R18取出。電樞電流Ia主要通過取樣電阻R8。R8為一阻值很小、功率足夠大的電阻。電位器R18的阻值較R8大得多，所以流經(jīng)的電流是很小的，功率可比R8小得多。由分壓取出的電壓Ufi與IdR8成正比，亦即Ufi與電樞電流Ia成正比，令UfiIa，式中，為電流反饋系數(shù)。調(diào)節(jié)R18即可調(diào)電流反饋量的大小?？刂菩盘朥Us-Ufv+Ufi（注意它們的極性），加到放大器的輸入端。圖中V3、V4為電壓輸入回路正限幅，以免輸入信號幅值過大；V5為晶體管V6的BE結(jié)反向限幅保護(hù)，以免過高的反向電壓將其擊穿。圖4

10、 控制信號的綜合由于直流電動機(jī)起動時，轉(zhuǎn)速n=0，導(dǎo)致反電勢E=0，這樣電機(jī)電樞電流Ia=（U-E）/Ra=U/ Ra，而Ra一般很小，會造成直流電動機(jī)起動時電流過大（十幾倍幾十倍額定電流）而燒壞電機(jī)和元件，因此必須設(shè)置限流環(huán)節(jié)。如圖5所示，電位器R19、穩(wěn)壓管V7和晶體管V8構(gòu)成電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)。電機(jī)起動電流很大，若電流超過某允許值，則由電位器R19取出的電流信號電壓Im1將擊穿穩(wěn)壓管V7，使V8飽和導(dǎo)通，這樣，電容C1將通過V8和R4旁路放電，使電容C1的電壓上升十分穩(wěn)慢，從而延遲觸發(fā)脈沖產(chǎn)生的時刻，亦即增大控制角，減小導(dǎo)通角，使整流輸出電壓Ua減小，輸出電流減小，從而起動限制了電流過大

11、的作用。若電流小于最大允許值，則穩(wěn)壓管V7不會被擊穿，V8截止，對電路不會發(fā)生影響。電路中的穩(wěn)壓管V7主要是提供一個閥值電壓，與電位器R19取出的電流信號電壓Im1加以比較，從而起到截止控制的作用。整定電位器R19即可整定截止電流的數(shù)值，通常整定使Im1=（1.21.5）IN（IN為額定電流）。圖5 過電流截止保護(hù)電路勵磁回路中串接了欠電流繼電器KA，起到了勵磁回路欠電流保護(hù)的作用。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速過大，欠電流繼電器KA線圈釋放，使得接觸器KM失電，使串聯(lián)在主電路中的KM常開觸點(diǎn)斷開，從而切斷主電路的供電電源，起到可靠的欠電流保護(hù)作用。從原理圖可知，要使直流調(diào)速系統(tǒng)得電運(yùn)行，首先要合上開關(guān)SB，使K

12、M吸合，使串聯(lián)在主電路、控制電路中的KM常開觸點(diǎn)閉合。（五）、波形調(diào)試時一般首先對控制回路進(jìn)行分部調(diào)試，如檢查電源、元件電壓的波形與幅值、觸發(fā)電路各點(diǎn)電壓波形與幅值、脈沖的波形和移相以及放大器等是否正常。啟動后，用示波器觀察晶閘管上的電壓波形。晶閘管元件上的波形見圖6。圖6 晶閘管元件上的電壓波形四、故障與檢修對于使用時出現(xiàn)的一些故障，應(yīng)對具體現(xiàn)象進(jìn)行具體分析，找出故障原因所在。這里僅選一些有代表性的故障作分析和說明。1.接通電源，旋轉(zhuǎn)電位器R23但電機(jī)不轉(zhuǎn)。這種故障現(xiàn)象的故障原因較多，（1）調(diào)速電位器R23開路，（2）晶體管V6損壞，（3）晶體管V14開路或損壞，（4）可控硅開路，（5）接觸

13、器KM沒有吸合。2.電網(wǎng)電壓波動嚴(yán)重影響轉(zhuǎn)速穩(wěn)定?？赡茉蛴校€(wěn)壓管V18、V15損壞，或者是阻容吸收電路開路，或者是電容C4損壞。3.接通電源后保險絲熔斷，故障可能在于引出線接錯，或者是變壓器原邊短路，或者是接觸器短路。4.調(diào)速電位器R23已調(diào)到零位仍有脈沖電壓輸出?？赡艿脑蚴瞧鹗剂阄徽{(diào)節(jié)不當(dāng)，或者是使用環(huán)境溫度過高。5.接通電源，繼電器KA沒有閉合?？赡茉蚴抢^電器接的是常閉接觸點(diǎn)，或者是R17已損壞。6.當(dāng)繼電器KA吸合，合上SB，接觸器KM不吸合，產(chǎn)生此故障的原因是接觸器的線圈損壞。7.未接直流電機(jī)時，旋轉(zhuǎn)調(diào)速電位器R23時，輸出電壓無法調(diào)到200V左右，可能的故障原因是可控硅Va、

14、Vb其中一個開路了，或者是電容C6已經(jīng)損壞。8.電流截止保護(hù)不起作用。故障可能在穩(wěn)壓管V7已經(jīng)損壞或者是電阻R8已經(jīng)損壞。五、試運(yùn)行操作注意：除了給定電位器，其余電位器已經(jīng)調(diào)節(jié)在合適位置，請勿隨意調(diào)節(jié)。1、熟悉實(shí)驗(yàn)裝置的基本原理、電路結(jié)構(gòu)和主要元器件，檢查實(shí)驗(yàn)裝置輸入和輸出的電路連接是否正確，檢查保險絲是否完好，以及電源開關(guān)是否在“關(guān)”的位置。將電流表接入電路中，否則電樞輸出端開路。2、按照圖連線，將電位器R23調(diào)至最低點(diǎn)，加上電壓負(fù)反饋和電流正反饋環(huán)節(jié)。由于調(diào)速系統(tǒng)容易形成振蕩，因此，調(diào)節(jié)電位器R20，調(diào)大電壓負(fù)反饋量，同時調(diào)節(jié)電位器R18，調(diào)小電流正反饋量。3、接上直流并勵電機(jī)的勵磁線圈。

15、接線前，先用萬用表測一下阻值，阻值大的為勵磁線圈兩端，阻值小的為電樞兩端。勵磁與電樞繞組如接錯，一旦通電后，勵磁二極管將被燒壞。4、接通電源，勵磁電路整流輸出，調(diào)節(jié)R17，使繼電器KA自動吸合，撥上開關(guān)SB，接觸器KM吸合，串聯(lián)在主電路、控制電路中的KM常開觸點(diǎn)閉合，整個電路連通。5、調(diào)節(jié)調(diào)速電位器R23，在電路未接入直流并勵電機(jī)的電樞的情況下，觀察考核系統(tǒng)中M兩端電壓的變化情況。并調(diào)節(jié)電位器R21、R22，使電壓隨著電阻R23的增大而逐步增大。6、接上電機(jī)電樞，調(diào)節(jié)電位器R23，逐步增大給定電壓，觀察電機(jī)的運(yùn)行情況，并對給定電源環(huán)節(jié)、電壓負(fù)反饋環(huán)節(jié)和電流正反饋環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使電機(jī)運(yùn)行達(dá)到穩(wěn)定

16、狀態(tài)。7、空載時，調(diào)節(jié)Us，使電動機(jī)兩端平均電壓分別為不同值時，測量此時電動機(jī)電流Ia和轉(zhuǎn)速數(shù)值，并記錄。8、除電流截至負(fù)反饋外，通過設(shè)置故障19、11，斷開電壓負(fù)反饋以及電流正反饋環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)處于開環(huán)控制系統(tǒng)。將Us調(diào)至零，首先調(diào)節(jié)Us，使輸出為220V左右，然后逐漸加大機(jī)械負(fù)載。調(diào)節(jié)制動器的輸入電流，使電動機(jī)電流Ia逐漸加大，并記錄不同電流下的轉(zhuǎn)速，根據(jù)數(shù)據(jù)分析電動機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)機(jī)械特性。9、加上電壓負(fù)反饋環(huán)節(jié)（取消故障19），重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)。具有電壓負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性。10、增加電流正反饋環(huán)節(jié)（取消故障11），重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)。具有電壓負(fù)反饋和電流正反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)

17、械特性。11、排故實(shí)訓(xùn)通過故障箱內(nèi)的鈕子開關(guān)設(shè)置故障（開關(guān)上撥，正常狀態(tài)，開關(guān)下?lián)?，故障狀態(tài)），結(jié)合故障說明跟原理圖，分析故障原因，找出故障所在點(diǎn)。12、把負(fù)載減小至最小，給定減小至零，切斷直流電，斷開勵磁，關(guān)斷電源，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。六、實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)1、實(shí)習(xí)內(nèi)容用通電實(shí)驗(yàn)方法發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象，進(jìn)行故障分析，并在電氣原理圖中用虛線標(biāo)出最小故障范圍。2、電氣故障的設(shè)置原則（1）人為設(shè)置的故障點(diǎn)，必須是考核系統(tǒng)在使用過程中，由于受到振動、受潮、高溫、異物侵入、電動機(jī)負(fù)載及線路長期過載運(yùn)行、啟動頻繁、安裝質(zhì)量低劣和調(diào)整不當(dāng)?shù)仍蛟斐傻摹白匀弧惫收?。?）切忌設(shè)置改動線路、換線、更換電器元件等由于人為原因造成的非“自

18、然”的故障點(diǎn)。（3）故障點(diǎn)的設(shè)置，應(yīng)做到隱蔽且設(shè)置方便，除簡單控制線路外，兩處故障一般不宜設(shè)置在單獨(dú)支路或單一回路中。（4）對于設(shè)置一個以上故障點(diǎn)的線路，其故障現(xiàn)象應(yīng)盡可能不要相互掩蓋。否則學(xué)生在檢修時，若檢查思路尚清楚，但檢修到定額時間的2/3還不能查出一個故障點(diǎn)時，可作適當(dāng)?shù)奶崾尽＃?）應(yīng)盡量不設(shè)置容易造成人身或設(shè)備事故的故障點(diǎn)，如有必要時，教師必須在現(xiàn)場密切注意學(xué)生的檢修動態(tài)，隨時作好采取應(yīng)急措施的準(zhǔn)備。（6）設(shè)置的故障點(diǎn)，必須與學(xué)生應(yīng)該具有的修復(fù)能力相適應(yīng)。3、注意事項(xiàng)（1）連接電機(jī)時，要注意極性。（2）由于調(diào)速系統(tǒng)很容易形成振蕩，一次反饋量時，負(fù)反饋量可調(diào)大些（但不可超過給定值），正補(bǔ)償量則先調(diào)小些，然后再增加。正補(bǔ)償量過大，可能導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩。