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晶闸管直流电动机调速系统的设计 摘　要该系统以可控硅三相桥式全控整流电路构成系统的主电路，采用同步信号为锯齿波的触发电路，本触发电路分成三个基本环节：同步电压形成、移相控制、脉冲形成和输出。此外，还有双窄脉冲形成环节。关键词可控. 晶闸管可控整流直流电动机调速系统是半导体技术的一种应用类型，它具有高效率无级调速的优点。 本设计中的调速系统在矿山牵引，运输和包装机械中应用十分广泛，直流电动机具有良好的起动性和调速性能，它的特点是起动转距大，能在宽广的范围内平滑，经济地调速，转速容易控制，调速后的效率仍然很好。 本设计中的电动机参数自动测试系统适用于晶闸管-直流电动机系统，而且也适用于其他运动控制系统，过程控制系统或机电控制系统。 直流电机有三种控制方式，即控制电枢电压改变电动机的转速，控制电动机励磁电流改变电动机的转速以及电枢串电阻调速。 单向驱动 用晶闸管控制直流电动机时功率较小的电动机采用单相电源，功率较大电动机的主回路采用三相以上电源。一般都有整流变压器，但有不同相数和接法大部分采用三相桥式连接。 电动机以最低速度连续运行时，电流不容易连续，高精度控制时，如果负载电路不连续，相当于电枢电阻增大，为此可在主电路中接入较大电感，防止电流断续，但控制时间常数会增大。 双向驱动 如果需要双向驱动直流电动机时，可采用双组反相并联的整流电路。第一组整流电路使电动机正转，第二组整流电路使电动机反转或正向制动，具有使电动机双向运行的良好功能。 要使电动机正反转，就要求晶闸管控制电路使整流器输出加到电动机的电压可反向，或者加到励磁电路上的电压可反向。可以采用接触器使电动机电压反向，这种方式不需要环流控制，控制简单，廉价，经常采用。电动机反转和变速时，要求快速响应，负载变动时也要求快速恢复到原来速度，因此，希望在逆变运行时把电动机转子运行的能量馈送给电源。 脉动电流对直流电动机的影响 采用晶闸管期间把交流电源变为直流电源时，根据电路相数，负载性质的不同，会产生不同的脉动电流。晶闸管整流供电在电动机空载或轻载时会出现电动机电流断续的特殊现象。对电动机机械特性影响很大。当电流断续时，晶闸管整流供电电动机的理想空载转速升高，使得电动机机械特性显著变软，电动机轴上负载转距的很小变化就能引起电动机转速的很大变化。 所以直流电动机由晶闸管可控整流电路供电时为了改善电动机运行情况，使其始终工作在特性较硬的区域，直流电动机负载中大多串联电抗器，使电动机在空载或轻载时也工作在电流连续区域。 设计要求 本课程设计为晶闸管小功率直流电动机调速系统，其主回路为单相桥式半控整流电路（如下图所示），由硅双项开关与晶体管电流源构成移相式触发电路，触发脉冲的控制角与输入的转速指令成线性关系，通过改变控制角与控制主回路的整流输出直流电压，从而实现对直流电动机的无级调速。控制电路引入电压负反馈环节，以提高系统的综合机械特性的硬度。电动机的额定功率为400W，最大600W，调速范围20:1， 图一 单相桥式半控整流电路图 3 设计内容 3.1晶闸管直流电动机调速系统 3.1.1系统结构 如下图（图-1）为系统结构框图。 可控整流电路为单相桥式半控整流电路，采用移相式触发。可控整流电路将输入的220V交流电压整流，然后输出直流电压驱动直流电动机。通过控制整流输出直流电压的数值可以控制电动机的转速。对电动机的转速控制指令通过调速电位器输入，控制信号再通过比较方法电路来连续改变触发电路发出的触发脉冲的相角，触发脉冲控制整流电路获得所需要的支流输出电压。为改善电路的性能而设置了电压负反馈环节，全波整流输出电压分为三个部分，分别提供电动机的励磁线圈，同步触发电路和稳压电路作为电路的工作电源。 图二 系统结构款图 3.1.2 电路工作原理 主回路即可控整流电路，如下图（图-2）所示。主回路为半控桥式整流电路，它与二极管桥式整流电路的区别在于用两只晶闸管SCR1和SCR2代替两只整流二极管。电路的电压波形如图（图-3）所示。当输入交流电压U为正半周的T1时刻，触发脉冲电压Ug同时加到SCR1与SCR2的控制极，SCR1被触发导通与D6及负载MOTOR形成通路，而SCR2承受反向电压而保持截止，当,U过零SCR1自动关断；在U的负半周T4时刻，Ug触发SCR2，与D5及负载形成通路，得到整流输出电压Uo，Uo的电压波形如图（图3d）。电路的整流输出电压的平均值可按照下式来计算（1）： 图三 电原理图 式中，U为输入交流电压的有效值，当时，相当于不可控整流，此时输出电压Uo为Uo=0.9U，当时，输出电压为零，故晶闸管的移相范围为. 二极管D7为续流二极管，当电路的负载是电动机这一类感性负载时，在晶闸管关断时提供续流通路，以免整流电路失控。 图四 电压波