1、目錄1. 課程設(shè)計(jì)目的 . 12. 課程設(shè)計(jì)題目和要求 . 13. 設(shè)計(jì)內(nèi)容 . 13.1 主電路 13.2 控制電路 13.2.1 觸發(fā)電路 . 13.2.2 給定電壓 . 23.2.3 電壓負(fù)反饋 . 33.2.4 電流正反饋 . 43.2.5 電壓微分負(fù)反饋. 43.2.6 電流截止負(fù)反饋. 53.2.7 電動(dòng)機(jī) 63.2.8 晶閘管 94. 設(shè)計(jì)總結(jié) 10參考書(shū)目 111. 課程設(shè)計(jì)目的通過(guò)這次直流電動(dòng)機(jī)正、 反轉(zhuǎn)調(diào)速控制電路的課程設(shè)計(jì)， 加深了對(duì)直流電動(dòng) 機(jī)的調(diào)速控制、 電流截止負(fù)反饋、 電壓負(fù)反饋、 電流正反饋等一些電路作用的李 理解和應(yīng)用。 同時(shí)對(duì)以往的專(zhuān)業(yè)知識(shí)有了全面的鞏固和理

2、解， 鍛煉了查閱資料的 能力和對(duì)整體布局和格局的分布都有了一定的了解。2. 課程設(shè)計(jì)題目和要求本次的課程設(shè)計(jì)是有關(guān)于直流調(diào)速方面的， 課程設(shè)計(jì)的題目：直流電動(dòng)機(jī)正、 反轉(zhuǎn)調(diào)速控制電路。直流電動(dòng)機(jī)是人類(lèi)最早發(fā)明和應(yīng)用的一種電機(jī)。 與交流電機(jī)相比， 直流電機(jī) 因結(jié)構(gòu)復(fù)雜、 維護(hù)困難、價(jià)格較貴等缺點(diǎn)制約了它的發(fā)展， 應(yīng)用不如交流電機(jī)廣 泛。但由于直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的起動(dòng)、 調(diào)速和制動(dòng)性能， 因此在工業(yè)領(lǐng)域中仍 有一席之地。 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展， 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速已有逐步被交流電動(dòng)機(jī) 調(diào)速所取代的傾向。但由于直流電動(dòng)機(jī)以起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、 調(diào)速性能好、 制動(dòng)控制方面有著很大的優(yōu) 勢(shì)，因此，在工業(yè)等應(yīng)用領(lǐng)域

3、有著 2 很大的發(fā)揮作用。3. 設(shè)計(jì)內(nèi)容3.1 主電路主軸電動(dòng)機(jī)的容量較小，只有 3KW因此采用單相半控橋式整流電路 UR供 電，交流側(cè)有阻容（Ri8、C6）吸收電路進(jìn)行過(guò)電壓保護(hù)，主軸正、反轉(zhuǎn)用接觸器 KM、KM控制，停車(chē)時(shí)間由KA的動(dòng)斷觸頭與電阻R5對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行能耗制動(dòng)。由于直流電動(dòng)機(jī)的電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生反電勢(shì)， 只有當(dāng)電壓大于反電勢(shì)時(shí)晶閘管 才能導(dǎo)通，因此通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電樞電流產(chǎn)生斷續(xù)現(xiàn)象。 這樣，晶閘管的導(dǎo)通角小， 電流峰值狠大，晶閘管溫度升高，且對(duì)電動(dòng)機(jī)換向不利。為了解決這一問(wèn)題，主 電路中串入平滑電抗器L,其目的是延長(zhǎng)晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，使電流連續(xù)；另一 方面降低電壓峰值， 減小電流脈動(dòng)程

4、度， 使電流波形平衡。 為了使電源電壓過(guò)零 時(shí)晶閘管可靠地關(guān)斷，防止失控，在電路中并聯(lián)了續(xù)流二極管VD5。3.2 控制電路3.2.i 觸發(fā)電路i晶閘管的觸發(fā)電路如圖321所示，采用帶放大環(huán)節(jié)的單結(jié)晶體管觸發(fā)電 路。VT起放大控制信號(hào)的作用，VT2代替電位器RP起電位器的作用。電路用改 變VT輸入電壓（即控制電壓UC）的大小來(lái)改變控制角，當(dāng)控制電壓 UC增大時(shí), VT的集電極電位降低，VT的基極電流增大，集電極電流隨之增大，等效電阻減 小，C充電加快，晶閘管控制角減小，導(dǎo)通角增大，整流電路的輸出電壓提高。 反之，當(dāng)控制電壓UC減小時(shí)，整流電壓也減小。改變控制電壓的大小就可以改 變整流電路的輸出電

5、壓。為了避免啟動(dòng)時(shí)過(guò)高的控制電壓損壞晶閘管，在 VT的基極回路中并接了二 極管VD、VD和VD。當(dāng)UC較小時(shí)，二極管截止；當(dāng)UC過(guò)大時(shí)，二極管中流過(guò)較 大的電流，保護(hù)VT。VD與VD串聯(lián)，作正向電壓限幅，VD作反向電壓限幅。電阻R及穩(wěn)壓管VZ組成削波電路，使觸發(fā)電路電源電壓為前沿較陡的梯形 波，可得到較大的移相范圍。VD將C4上的平滑電壓與單節(jié)晶體管梯形電壓隔離。圖3.2.1觸發(fā)電路3.2.2 給定電壓給定電壓與電壓負(fù)反饋、電流正反饋電路如圖3.2.2所示。給定電壓UG由單相交流電經(jīng)過(guò)橋式整流后經(jīng) V乙穩(wěn)壓，從電位器RR和RP 上取出，控制電壓UC由給定電壓UG負(fù)反饋電壓Uu和電流正反饋U等組

6、成。正 反轉(zhuǎn)時(shí)，給定電壓是由RR和RP上取出的一部分UG，它是輸入到VT基極控制電 壓的一部分。調(diào)節(jié)UG直接影響到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的高低。當(dāng) UG增大時(shí)，控制電壓UC 也隨之增大，觸發(fā)脈沖相位前移，晶閘管的導(dǎo)通角增大，整流電壓上升，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速升高。反之，當(dāng)UG減小時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨之降低圖322給定電壓與電壓反饋、電流正反饋電路323電壓負(fù)反饋在與電樞繞組并聯(lián)的Ri5、RP3上取出負(fù)反饋電壓Uu，該電壓與電樞電壓成正 比，可以補(bǔ)償由于整流電源存在內(nèi)阻造成的壓降變化。例如，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在某轉(zhuǎn) 速下，負(fù)載變大，主電路電流增加， 整流輸出的電壓因電源內(nèi)阻壓降增加而減小， 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也隨之降低，由于 Ufu

7、的減小，控制電壓UC會(huì)相應(yīng)地增大，單結(jié)晶體 管VT3組成的觸發(fā)電路輸出脈沖前移，使控制角減小，晶閘管導(dǎo)通角增大，整流 輸出電壓回升，以補(bǔ)償電壓的下降，部分地補(bǔ)償因負(fù)載增大而引起的轉(zhuǎn)速降低， 但電動(dòng)機(jī)電樞電阻壓降增大而造成的轉(zhuǎn)速下降部分，電壓負(fù)反饋無(wú)法補(bǔ)償。電壓負(fù)反饋的作用（1）抑制發(fā)電機(jī)輸出電壓Ug波動(dòng)，保持電動(dòng)機(jī)M的轉(zhuǎn)速n恒定不變，減低 靜差率，提高控制精度。（2）消除放大機(jī)及發(fā)電機(jī)的剩磁電壓，擴(kuò)大調(diào)速范圍。（ 3）加快啟動(dòng)、減速、換向及停車(chē)制動(dòng)等過(guò)渡過(guò)程，提高生產(chǎn)率。3.2.4 電流正反饋在電動(dòng)機(jī)電樞串聯(lián)的R16上，取出電流正反饋電壓Ui ,它與電樞電流成正比， 用于補(bǔ)償主電路電流變化時(shí)，

8、 由于電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻等造成的壓降變化。 例如， 當(dāng)負(fù)載 變大時(shí)，主電路電流增加，電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻上的壓降增大，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，這時(shí)電 流正反饋電壓 Ufi 增大，使控制電壓升高，整流電壓回升，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也回升。由此可見(jiàn)，如果電壓負(fù)反饋與電流正反饋配合得當(dāng)， 可以使綜合反饋具有轉(zhuǎn) 速負(fù)反饋的性質(zhì)，即曲線 3與曲線 4的重合。并且省去了測(cè)速發(fā)電機(jī)，給安裝、 維護(hù)等帶來(lái)了方便，也更經(jīng)濟(jì)。電流正反饋的作用（ 1 ）擾動(dòng)補(bǔ)償、補(bǔ)償負(fù)載電流 I 在電樞回路換向器上的壓降 UH IRH ，使 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速N基本上保持平穩(wěn)。由于電流不純粹是負(fù)載擾動(dòng)，她是生產(chǎn)電磁力矩 的內(nèi)因，只能欠補(bǔ)償，否則不穩(wěn)定。（ 2） 加速啟動(dòng)、減

9、速、換向、制動(dòng)等過(guò)渡過(guò)程，提高生產(chǎn)效率加啟動(dòng)時(shí)為正 前（反）饋正補(bǔ)償，勵(lì)磁作用力加速啟動(dòng)，而制動(dòng)時(shí)， I 反向正前（反）饋?zhàn)兂?負(fù)前（反）饋補(bǔ)償；去磁作用加上制動(dòng)。325電壓微分負(fù)反饋由于慣性， 過(guò)渡過(guò)程易振蕩致使轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定， 為抑制振蕩， 引入電壓微分負(fù) 反饋環(huán)節(jié)。自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)由于有了負(fù)反饋， 能夠進(jìn)行自動(dòng)調(diào)速， 但是有時(shí)在過(guò)渡過(guò)程中可能出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，這種現(xiàn)象是由于在調(diào)節(jié)過(guò)程中的超調(diào)而產(chǎn)生的，電壓微分負(fù)反饋可以消除振蕩，其電流由C5、RR、Rm組成。例如在調(diào)節(jié)過(guò)程中，整流輸出電壓突然上升，就有一電流從微分電容C5經(jīng)可調(diào)電阻RP5、Ri4流到電動(dòng)機(jī)電源的負(fù)極，使三極管 VT的基極電流減小，觸發(fā)

10、 脈沖相位后移，整流輸出電壓下降，控制了整流電壓過(guò)快上升而產(chǎn)生的超調(diào)現(xiàn)象。橋型穩(wěn)定環(huán)節(jié)的作用（1）當(dāng) 人上升時(shí)，由于電感的滯后作用，使得 Ub=dU/dt>0加到W負(fù)端， 去磁，從而使UAg下降。（2）當(dāng)Ug下降時(shí)，則uab<0,負(fù)反饋后，使UAg上升，可見(jiàn)，微分負(fù)反饋使系 統(tǒng)阻尼增加，改善了系統(tǒng)穩(wěn)定性。326電流截止負(fù)反饋在直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、制動(dòng)與反向等的過(guò)渡過(guò)程中、主回路電流很大。為了保 護(hù)整流元器件晶閘管和電動(dòng)機(jī)，在線路中沒(méi)有電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)，如圖3.2.3所示。當(dāng)主電路電流超過(guò)某一值時(shí)，RP7上的分壓大于穩(wěn)壓管VZ2的穩(wěn)定電壓，VZ2 被擊穿，R上的壓降，使VT4飽和導(dǎo)通，

11、將G短接，C向VT4迅速放電，圖3.2.1 中的單結(jié)晶體管VT3輸出電壓降低，觸發(fā)脈沖后移，使整流器輸出的電壓迅速減 小，以減小主電流使整流輸出電壓迅速下降，以抑制主電路電流。主電路電流正常時(shí)穩(wěn)壓管截止，觸發(fā)電流正常工作。電流截止負(fù)反饋：采用比較電壓法，利用與電流成正比的信號(hào)與比較電壓反饋串聯(lián)后一經(jīng)二極 管截流反向加到電機(jī)控制繞組上，與它給定值作用相反截止環(huán)節(jié)的導(dǎo)通條件：I= I j > _0.7VjRh電流截止負(fù)反饋主要作用：（1）限流。過(guò)載自動(dòng)保護(hù)，使靜特性變成挖土機(jī)特性。（2） 加速啟動(dòng)。啟動(dòng)時(shí)限制啟動(dòng)電流，使其不超過(guò)允許值Id lj，一旦Id lj則負(fù)反饋其作用（降低啟動(dòng)速度）。

12、制動(dòng)時(shí)電流反向負(fù)反饋?zhàn)冋答亜t降 低制動(dòng)速度，應(yīng)加以避免（保持截流環(huán)節(jié)作用）。為了解決調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)電流過(guò)大的問(wèn)題， 系統(tǒng)中必須設(shè)有自動(dòng)限制電樞電流的環(huán)節(jié)。根據(jù)反饋控制的基本概念，要維持某個(gè)物理量基本不變，只要 引入該物理的負(fù)反饋就可以了。所以，引入電流負(fù)反饋能夠保持電流不變， 使它 不超過(guò)允許值。但是，電流負(fù)反饋的引入會(huì)使系統(tǒng)的靜特性變得很軟，不能滿足一般調(diào)速系統(tǒng)的要求，電流負(fù)反饋的限流作用只應(yīng)在啟動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)存在，在正常運(yùn)行時(shí)必須去掉，使電流能自由地隨著負(fù)載增減。這種當(dāng)電流大到一定程度才起 作用的電流負(fù)反饋叫做電流截止負(fù)反饋。為了實(shí)現(xiàn)截止負(fù)反饋，必須在系統(tǒng)中引入電流負(fù)反饋截止環(huán)節(jié)。 電

13、流負(fù)反饋 截止環(huán)節(jié)的具體線路有不同的形式， 但是無(wú)論哪種形式，其基本思想都是將電流 反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，然后去和一個(gè)比較電壓 UCom進(jìn)行比肩。電流負(fù)反饋信 號(hào)的獲得可以采用在交流側(cè)的交流電流檢測(cè)裝置， 也可以采用直流側(cè)的直流電流圖323 電流截止負(fù)反饋電路327 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向從正方向向反方向或從反方向向正方向的變化稱(chēng)為正反 轉(zhuǎn)的控制。一般的電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向設(shè)有特殊指定時(shí)從連接面的反面看順時(shí)針?lè)?向視為正方向。下面說(shuō)明如何使電動(dòng)正方向運(yùn)行或反方向運(yùn)行：將電動(dòng)機(jī)的U V、W相與帶能源的R、S、丫相對(duì)應(yīng)相連，當(dāng)R與V相，S與 V相，T與W相相連時(shí)電動(dòng)機(jī)正方向運(yùn)轉(zhuǎn)。將電源

14、的R、S、T中任一兩相交換與電動(dòng)機(jī)的定子線圈相連接，這樣電動(dòng)機(jī)將反方向運(yùn)轉(zhuǎn)。直流電動(dòng)機(jī)的用途：直流電機(jī)分為直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩種。 把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔艿碾?機(jī)成為直流發(fā)電機(jī)，反之把直流電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的電機(jī)成為直流電動(dòng)機(jī)。目前使用直流電動(dòng)機(jī)的場(chǎng)合很多，這是由于直流電動(dòng)機(jī)具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：（1）啟動(dòng)、制動(dòng)和過(guò)載轉(zhuǎn)矩大。（2）調(diào)速范圍廣，且易于平滑調(diào)速。（3）易于控制，可靠性高。直流電動(dòng)機(jī)的主要缺點(diǎn)是換向問(wèn)題，換向不僅限制了直流電動(dòng)機(jī)的極限容量，而且增加了制造成本和維護(hù)工作量。電樞繞組是直流電動(dòng)機(jī)的核心部分；電機(jī)中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生，機(jī)電能量的 轉(zhuǎn)換都是通過(guò)電樞繞組實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)電樞在電機(jī)的磁場(chǎng)

15、中旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組中會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)；當(dāng)電樞繞組中 有電流流過(guò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。直流電動(dòng)機(jī)工作原理：直流電機(jī)的工作原理是基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律的。直流電動(dòng)機(jī)是根據(jù)載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力這一基本原理工作的。如圖3.1.4。首先要在勵(lì)磁繞組上通入直流勵(lì)磁電流， 產(chǎn)生所需要的磁場(chǎng)，再通過(guò)電刷和換向 器向電樞繞組通入直流電流，提供電能。于是電樞電流在磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生電磁 轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。直流電動(dòng)幾的結(jié)構(gòu)：電動(dòng)機(jī)主要分為定子和轉(zhuǎn)子部分。1. 定子部分（1）主磁極：其作用是產(chǎn)生恒定的主磁場(chǎng)，由主磁極鐵心和套在鐵心上的 勵(lì)磁繞組組成。鐵心的上部叫極身，下部叫磁靴。磁靴的作用是減小氣隙磁阻，使氣隙磁通沿

16、氣隙均勻分布圖324直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖（2）機(jī)座：有兩個(gè)作用，一是作為各磁極間的磁路，這部分稱(chēng)為定子的磁 軛；二是作為電機(jī)的機(jī)械支撐。（3）換向極：換向極的作用是改善直流電機(jī)的換向性能，消除直流電機(jī)帶 負(fù)載時(shí)換向器產(chǎn)生的有害火花。換向極的數(shù)目一般與主磁極數(shù)目相同， 只有小功 率的直流電機(jī)格不裝換向極或裝設(shè)只有主磁極數(shù)一半的換向極。（4）電刷裝置：其作用有兩個(gè)，一是使轉(zhuǎn)子繞組與電機(jī)外部電路接通；二是與換向器配合，完成直流電機(jī)外部直流與內(nèi)部交流的互換。2. 轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子是直流電機(jī)的重要部件。由于感生電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩都是在轉(zhuǎn)子繞組中 產(chǎn)生，是機(jī)械能和電磁能轉(zhuǎn)換的樞紐，因此直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子也稱(chēng)為電樞。

17、主磁扱刷架風(fēng)加flO岀線盒機(jī)座'叫325直流電機(jī)結(jié)構(gòu)328 晶閘管晶閘管是一種大功率的半導(dǎo)體器件，與大功率二極管外形相似 ，只是多了一 個(gè)控制極。它由PNPh四層半導(dǎo)體構(gòu)成,中間形成三個(gè)PN結(jié)。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，晶閘管是在半導(dǎo)體二極管、三極管之后出現(xiàn)的一種新型的大功率半導(dǎo)體器件。它是一種可控硅整流元件，亦稱(chēng)可控硅。工作原理當(dāng)晶閘管的樣機(jī)與陰極之間加反向電壓時(shí)，這時(shí)不管控制極的信號(hào)情況如 何，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通。晶閘管的陽(yáng)極與陰極之間加正向電壓時(shí)若在控制極與陰 極之間電壓或加反向電壓，晶閘管還是不會(huì)導(dǎo)通。只有在晶閘管的陽(yáng)極與陰極之 間加正向電壓時(shí)，在控制極與陰極之間加正向電壓， 晶閘管才會(huì)導(dǎo)

18、通。但晶閘管 一旦導(dǎo)通，不管控制極有沒(méi)有電壓，只要陰極與陽(yáng)極之間有維持電壓，晶閘管就 維持導(dǎo)通。可把它看成是由PNP和NPN兩個(gè)三極管組合而成，每一個(gè)三極管的基極與另 一個(gè)三極管的集電極相連，在電路回路上形成正反饋，只要在控制極上加上適當(dāng)?shù)恼螂妷海чl管迅速觸發(fā)導(dǎo)通a)Gb)J 2J 3JiGc)圖326晶閘管結(jié)構(gòu)和符號(hào)晶閘管的單向?qū)щ娦裕寒?dāng)在晶閘管的陽(yáng)極加上正電壓，陰極加負(fù)電壓，控制極不加電壓，晶閘管處 于截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)在控制極上加觸發(fā)信號(hào)后，晶閘管進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)；導(dǎo)通后，控制 極便失去控制作用，晶閘管的輸出特性與二極管相似。當(dāng)在晶閘管的陽(yáng)極、陰極加上相反的電壓，無(wú)論怎樣加觸發(fā)信號(hào)，晶閘管仍處于 截止?fàn)顟B(tài)。4. 設(shè)計(jì)總結(jié)通過(guò)這次直流電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)調(diào)速控制電路的課程設(shè)計(jì)，使我加深了對(duì)直流 電動(dòng)機(jī)的工作原理和運(yùn)行狀態(tài)都有了進(jìn)一步的了解， 同時(shí)對(duì)電流、電壓的反饋調(diào) 節(jié)都有了充分的了解，對(duì)對(duì)整流環(huán)節(jié)和調(diào)速環(huán)節(jié)也有了充分的認(rèn)識(shí)。由于這次的課程設(shè)計(jì)使我對(duì)