電壓負反饋直流調速系統(tǒng)

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1、 昆 明 工 職 院 畢業(yè)設計（論文） 題 目： 電壓負反饋直流調速裝置 專 業(yè)： 電氣自動化技術 班 級： 08 級電氣自動化技術 3 班 學 生： 學號： 指導教師： 顏 家 明 職稱： 講 師 200 年 月 日 昆 明 工 職 院

2、 目 錄 引 言.............................................................................................................1 一、電壓負反饋直流調速系統(tǒng)的設計要求 1 二、.控制系統(tǒng)方案說明 1 三、電壓負反饋直流調速系統(tǒng)邏輯電路 3 四、主電路的設計 4 1、電源指示電路的設計 4 2、單相半控橋式整流電路 7 3、取樣電路 10 4、勵磁回路 14

3、 5、給定電路 16 6、比例積分調節(jié)器（ PI）的組成部份、和控制過程 18 7、觸發(fā)電路 28 五、元器件明細表 33 六、畢業(yè)設計心得體會 34 七、參 考 文 獻................................................................................................35 昆 明 工 職 院 電壓負反饋直流調速系統(tǒng)的設計 直流電機具有良好的啟制性能，

4、使用于在寬調速范圍內平滑調速， 在扎鋼機、 曠井卷揚機、挖掘機、大型起重機、金屬切削機床、造紙機等電力拖動領域中得 到廣泛應用。而在直流電動機的調速方面、 調節(jié)電樞電壓調速是調速系統(tǒng)的主要 調速方式，相較于轉速負反饋系統(tǒng)而言， 轉速負反饋必須有測速發(fā)電機， 這不僅 成本高而且給系統(tǒng)安裝與維護帶來了困難， 所以，再次我們選擇電壓負反饋直流 電機進行調速，并對系統(tǒng)進行設計說明。 一、 電壓負反饋直流調速系統(tǒng)的設計要求 1、驅動直流電動機為額定功率 4kw 以下直流電動機，額定電壓 220v 2、不要求可逆 3、要求有欠失磁保護 4、采

5、用 220v 電源直接供電，減少體積和質量 5、采用集成觸發(fā)器 6、采用電壓負反饋以提高系統(tǒng)電壓 二、控制系統(tǒng)方案說明 電壓負反饋調速系統(tǒng)原理如圖 1 所示 R1 Ld Un R0 Uct - - RP2 + RP1 + + UdM R0 + GT - - RP01 Uu=rUd 

6、 + - 圖 1 電壓負反饋直流調速系統(tǒng)原理圖 昆 明 工 職 院 由他勵直流電動機轉速方程 n=E/KeΦ=(U-IR)/Ke Φ=n0- △ n 可

7、知，如果忽略電樞電壓，則直流電動機的轉速 n 近似正比于電樞開端電壓 U。所以采用電樞電壓負反饋代替轉速負反饋，可以維持其端電壓基本不變。 由圖 1 可以看出反饋反饋檢測元件是起分壓作用的電位器 Rp2。他反饋信號 Uu=rUd,r 為電 壓反 饋系 數， 為了分析方便，把電 樞總阻分成兩部分， 即 R=Rrec+Ra,Rec為晶閘管整流裝置的內阻 （含平波電抗器電阻），Ra 為電樞電阻。 由此可得 Udo-IdRrec=Ud Ud-IdRa=E 電壓負反饋調速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結構如圖 2 所示 Id

8、 Rrec Ra Un +△U Uct - Ud- +Ud0 E n Kp Ks + 1/Ce - r 圖 2 電壓負反饋調速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結構圖 由各部分輸入輸出關系可得出電壓負反饋系統(tǒng)的靜態(tài)特性方程為 昆 明 工 職 院 n=（ KpKsUn ） /[Ce(1+K)]-(RrecId)/ [Ce(1+K)]-(RaId)/C

9、e 式中， K=rKpKs 可知，由電壓負反饋環(huán)包圍的整流裝置內阻引起的穩(wěn)態(tài)壓降減小到 1/(1+K) ；當負載電流增加時， IdRrec,增大，電樞電壓 Ud 降低。電壓反饋信號 Uu 隨 之降低。輸入應算放大器偏差電壓 ?.AUn=U*-Un 增大，使整流裝置輸出電壓增大，從而補償了轉速降落，達到反饋的效果。 三、 電壓負反饋直流調速裝置整機邏輯圖 電壓負反饋直流調速裝置主要由以下幾部分組成： 1、電源指示電路 2、單相半控橋式整流電路 3、電壓負反饋取樣電路 4、勵磁回路 5、給定電路

10、6、PI 調節(jié)器 7、觸發(fā)電路 由各部分組成電壓負反饋直流調速系統(tǒng)，如圖所示： 昆 明 工 職 院 電源電路 給定電路 PI調節(jié) 觸發(fā)電路 整流電路 取樣電路 電機 圖 3 電壓負反饋直流調速系統(tǒng)整機邏輯圖 四 、主電路的設計 1、 電源指示電路 a. 電路的組成 為了減少設備的體積、重量和造價成本、我們選用 220V 交流電源對系統(tǒng)直 接進

11、行供電。電路如圖所示： U K1 K1 6.3V 紅 綠 N 圖 4 系統(tǒng)工作信號指示電路 昆 明 工 職 院 50A U KM K1 ~220 KA KM 接整流電路 SB2 SB1  KM N 圖 5 電源電路 在電源電路中， 并聯一個交流接觸器和一個脈沖繼電器。 在交

12、流接觸器的一端串聯一對欠電流繼電器的常開觸和按鈕 SB 的常開觸點，以控制接觸器的接通和關斷，在脈沖繼電器的一端串聯一對交流接觸器的常開觸點以控制脈沖繼電器的導通和關斷。 在指示電路中，以變壓器變壓后的 6.3v 電源作為電路的供電電源，紅燈和按鈕 SB 的常閉觸點串聯，綠燈與主流接觸器的一對常開觸點串聯，紅燈與綠燈的兩條支路并接于電路中。 b、電路的工作原理 當電源接通后，欠電流繼電器 KA 線圈吸合，常開觸點閉合，接下按鈕 SB 后，交流接觸器線圈得電吸合，常開觸點閉合，脈沖繼電器 K1 線圈得電吸合。 當勵磁回路中電流過小時， 欠電流繼電器 KA 動作

13、，主電路中 KA 的常開觸點斷 開， KM 回路斷開，線圈失電， KM 常開觸點斷開，切斷主電路電源。 在信號指示電路中，我們以“紅燈停，綠燈行”來表示系統(tǒng)的工作于停止。 昆 明 工 職 院 當電源接通時，變壓器變壓后以 6.3V 電壓為兩紅綠燈提供電源，于紅燈串聯的 是按鈕 SB 的一對常觸點，電源接通后，紅燈亮，顯示系統(tǒng)處點閉合， K1 線圈 得電閉合，常開觸點閉合，綠燈點亮，系統(tǒng)工作。 C、元器件型號、參數的選取、計算 在電源電路中，串聯一個 50A 的快速熔斷器以保護交流接觸器

14、KM 和控制 繼電器 K1。交流接觸器選用 CJ20-10/2 型。 在此，控制繼電器 K1 我們選用中間繼電器來代替。 中間繼電器的型號為 ZJ8— S 型 一只 2、 單相半控橋式整流電路 電路如圖所示 KP50-7 KP50-7 g k VT1 V VT2 0 V 0 5 0 / 0 50A F 5

15、 u 50A / F KM 2 u Ω 2 0 5 10W50Ω 2uF W 0 1 3 V VD 0 接取樣電路 0 5 / F u 2 接電源電路 VD V VD V 1 0 2 0

16、 0 0 5 5 / / KM F F u u 2 2 ZP50-7 ZP50-7 圖 6 整流電路連接圖 昆 明 工 職 院 a、 電路的組成 整流電路由亮晶閘管共陰極連接，亮二極管共陽極連接，并接續(xù)流二極 管和阻容吸收裝置，構成單相半控橋式整流電路。 在晶閘管的陽極端串接 50A 的快速熔斷器，防止電流過大時燒壞晶閘管。在晶閘管和二極管的兩端都并 接

17、上阻容吸收裝置，在橋式整流的交流側也并接上阻容吸收裝置，以吸收電 路突然接統(tǒng)統(tǒng)或斷開時所產生的浪涌電壓。 b、 整流電路的工作原理 單相半控橋的導通條件是：晶閘管需要觸發(fā)才能導通，整流二極管則自 然換相導通。 當電源電壓 U2 為正半周時， U 端點位高于 N 端點位，晶閘管 VT1 和二極管 VD2 同時承受正向電壓，如果此時 VT1 門極無觸發(fā)信號，則晶閘管處于正向阻斷狀態(tài)，而二極管 VD2 處于正向導通狀態(tài)，但由于交流側有阻容吸收裝置，所以電源 U、N 兩端不會導通；當門極處于導通狀態(tài)時，晶閘管和二極管同時導通，電源電壓 U2 將通過 VT1 、VD

18、2 ，加在負載電阻上。負載電流從 U 端經 VT1 ，平渡電抗器，負載 R、VD2 回到電源的 N 端。在 U2 的正半周期內， VT2 、VD1D 均承受反向而處于阻斷狀態(tài)。由于晶閘管和二極管的導通都有一定的管壓降，但實際生產中乎略不計，所以，電動機兩端的電壓可近似的視為電源電壓 U2。 當電源電壓 U2 為負半周時，晶閘管換為 VT2 導通，二極管換成 VD1 導通，同理于正半周。 為了防止出現 VT1 直通， VD1 、VD2 輪流導通現象，電路失去控制，變成單相半波不可控整流電壓波形， 晶閘管 VT1 也會因過熱而損壞， 所以必須接一個續(xù)流二極管，以取代晶閘管和橋臂中整流二

19、極管的續(xù)流作用。在 U2 的正半周， VT1 、 VD2 導通， VD 承受反向電壓截止，從 U2 過需變?yōu)樨摃r，在電感的感應電勢作用下， 使 VD 承受正偏壓而導通，負載電流 id 經感 昆 明 工 職 院 性負載及續(xù)流二極管 VD 構成通路，電感釋放能量，晶閘管 VT, 將隨 U2 過 需而恢復阻斷，防止了失控現象發(fā)生。 單相半控整流電路的輸出波形如圖所示： Ud wt id wt i T1 i D1

20、 wt i D wt 圖 7 單相半控整流的輸出波形 C、元器件型號、參數的選取、計算 由于晶閘管承受過電壓和過電流的能力較差， 所以知時間的過呀或過流 會造成原件的損壞。所以在晶閘管的陽極端串接快速熔斷器 FU，在交流側、 晶閘管和整流二極管兩端都并入阻容吸收裝置， 并對熔斷器和阻容吸收裝置 的各參數進行計算和原件型號的選擇 昆 明 工 職 院 電機額定電壓： UN =220V 額定功率： PN=4K

21、W 實際生產中，電機對功率的利用率為 80％，則電機的實際功率為 Ｐ定 =P/0.8=4*1000/0.8=5KW 整流輸出電壓平均值為 Ud=0.9Uz0.9*220=198V 電機負載電流為 Id=Pr/Ud=5*10 3/198 ≈25A 圓整為 Id=25A 取欲量 λ=1.5~2 ，則 Imax=（ 1.5~2 ）Id=50A 流過晶閘管與整流二極管的電流平均值與有效值 Id T=1/2Imax=25A I T=√2/2*Id= √2/2*25=17.7A 確定晶閘管定額 UTn=（2~3）UN=62

22、5~936V I T（ AV）=（1.5~2 ） I T/1.57 =17~22 為了使我們的系統(tǒng)能夠兼容更多的電機， 所以我們選擇電流等級為 50A； 取系列標稱值 I T（ AV）=50A；UTn=700V 選擇晶閘管型號為 KP50—7； 2 只 整流及續(xù)流二極管型號為 ZP50—7；3 只 昆 明 工 職 院 3 取樣電路 取樣如電路圖所示 : Ld 接整流電路 10W 1KΩ 接電壓 負反

23、饋 接整流電路  Rs A 2 1.5K Ω * Ω 1 R1 5 / W 5 2 20KΩ V RP1 KM 1.5K Ω RP2 1KΩ Rc RP3 2KΩ  M C

24、 接電流截止負反饋 圖 8 取樣電路連接圖 本系統(tǒng)采用具有電截止控制的電壓負反饋， 如圖所示，電壓負反饋信號取自 分壓電位器 Rp6，電阻 1.5K Ω， 15K Ω 分別限制 Uu 的上限和下限。調節(jié) Rp1 即可調節(jié)電壓負反饋量 Uuf 的大小。電流截止信號取自電位器 Rp1，Rc為取樣電阻，阻值得小，功率很大，以減小電樞回路總電阻 昆 明 工 職 院 a、 電路的組成 取樣電路由電動機并聯制動環(huán)節(jié)和反饋環(huán)節(jié)，串接平波電抗器 Ld 組成。 直流電動機的

25、制動電路由兩相同電阻 R1 并接組成能耗制動電路以消耗點擊 停止后由電機內部的磁能所轉化而來的電能。反饋環(huán)節(jié)由電壓負反饋環(huán)節(jié)和 電流截止保護環(huán)節(jié)組成。電壓反饋取自電位器 Rp1，并串接上限電阻和下限電阻。電流截止保護取自電位器 Rp3，電位器 Rp2，Rp3和取樣電阻 Rc 并聯。在干路串入平波電抗器 Ld，并在 Ld 兩端并入一個 10W，1KΩ的電阻。 b、 電路的工作原理 取樣電路中主要包括含電壓負反饋的反饋環(huán)節(jié)， 整流后的電流 id 經平波電抗器 Ld，取樣電阻 Rc 后為電動機供電。平波電抗器 Ld 可以吸收電路中的脈動電流，但會延遲晶閘管的擎住電流的建立，而

26、單結晶體管張弛振蕩器的 脈沖寬度較窄，為保證可靠導通，在平波電抗器兩端并聯一個 10W/1KΩ電阻，既可以減少控制電流的建立時間，也可以在主電路突然斷電時，為電抗器提供放電回路。 電壓反饋信號取自分壓電位器 Rp1， 1.5KΩ和 15KΩ電阻分別限制 Uuf 的上限和下限調節(jié) Rp1即可調節(jié)電壓反饋量大小，從而得到偏差信號 U加在放大器 F007 的輸入端。 兩并聯電阻 R1和交流接觸器 KM的常閉觸電串接構成電機的制動回路。由于我們所選用的是直流電動機，電機的轉動會儲存一定的磁能，當電機停止運行時，電機由于慣性會繼續(xù)轉動，此時電動機會變?yōu)榘l(fā)電機向電路中釋放電流讓兩電

27、阻并聯后串入電機的放電回路，以消耗電機產生的電流，從而使電機快速制動。 c、 元器件型號 , 參數的選取及計算 在穩(wěn)態(tài)中取取樣電流 I Q一般取 I Q=1~10mA 昆 明 工 職 院 因為 當取 I Q＜1mA時，取樣電阻的線性度不好 當取 I Q＞10mA時，取樣電阻的功耗過大 在此我們取 I Q=5mA 由整流電路可知，整流后輸出的電壓 Ud=198V 電機的實際功率 P 實=5KW 則取樣電路中應串入的最大電阻 Rm≈40KΩ 在實際生

28、產中，如圖所示 + R 198V RP1 R* - 圖 9 取樣電阻連接圖 實取 R+Rp1+R′≈40KΩ， 則取 上限電阻 R=15KΩ 下限電阻 R′=1.5KΩ 電位器 Rp1=20 KΩ 昆 明 工 職 院 制動電路中制動電阻的選取于電機的勵磁電流決定 由 P=EIN，E=Ud=198V，則 電機的額定勵磁電流 I N=P/Ud=5KW/198V≈20A 3. 勵磁

29、電路 電機由單相不可控整橋供電，為了防止失磁而引起飛車事故，在勵磁電路 中串入欠電流繼電器 KA，只有勵磁電流大于某數值時， KA才動作， KA的常開觸 電閉合，在主電路的接觸器 KM的控制回路中， KM才能吸合。 KA的動作電流可由 Rp4 調整，勵磁電路如圖所示。 1A 30Ω 5 接電源電路 VD~ KA VD8 RP4 圖 10 勵磁回路連接圖 整流及續(xù)流二極管型號

30、為 ZP1—7；4 只 a、 電路的組成 昆 明 工 職 院 勵磁回路由單相不可控整流橋直接供電，電路中電位器 Rp4 與欠電流繼 電器 KA 并接，用 Rp4 來調節(jié)欠電流繼電器 KA 的動作電流。并聯后的電路再 串入勵磁線圈，以構成勵磁回路。 b、 電路的工作原理 當系統(tǒng)電源接通時，勵磁回路立即得電。單相不可控整流橋開始整流后 向回路供電，欠電流繼電器 KA得電吸合，主電路中欠電流繼電器 KA常開觸 點閉合。當主電路中電流過小，則勵磁線圈中的勵磁電流減小

31、，為防止由于 電流過電，電機失磁而產生“飛車”事故，所以欠電流繼電器 KA斷開，主電 路中 KA的常開觸點斷開， KM失電斷開，主電路斷電，電機停止工作。 為了防止系統(tǒng)突然通電或通電過程中由于電流的不穩(wěn)定而使欠電流繼電 器斷開，所以可以調節(jié)電位器 Rp4，使 KA的動作電流稍高或稍低，以免生產 過程中由于 KA的頻繁斷開而導致的不必要麻煩產生。 c、 回路中元器件的型號，參數的選取及計算 單相不可控橋的輸入電壓與整流電路中單相半控橋的輸入電壓相同。所以二極管的選取與其相同。 二極管選 ZP1-7 4 只 整流后輸出的電壓 U

32、d=0.9UN=0.9*220=198V 由電機的額定功率 PN=4KW，實際利用率為 0.8 ，則實際功率 P 實 =4KW/0.8=5KW 回路中的輸出電流 Id= P 實/Ud=5KW/198V≈25A 所以，欠電流繼電器應選擇動作電流大于 25A 的 在此我們選擇 昆 明 工 職 院 欠電流繼電器 Z2-52 型 1 個 電機的電樞電流 Ia=Id=25A 負載電流 I L=PN/UN=18A 則電機的勵磁電流 Ip=Ia-I L=25-18=

33、7A 所以，電位器 Rp4 能調節(jié)的電流必須在 TA之內，電位器的最高電阻為 R=Ud/If ≈30Ω 所以，取最高電阻為 30Ω 的電位器 Rp4 4. 給定電路 由單相橋式整流器和三端穩(wěn)壓器構成的穩(wěn)壓電源，作為給定電源。 整定最高給定電壓， R2 為限定最低給定電壓。 給定電源電路如圖所示。 W7815 U 5 C9 C 7 VD C 16~ 45V VD 19 N C 8 C 6 10 C W7915

34、 圖 11 給定電路連接圖 a、 電路的組成  Rp5 +15V -15V 電路經變壓器變壓后的 45V 電壓經單相橋式整流后向給定電路提供電

35、 昆 明 工 職 院 源。將變壓器線圈分為兩個部分，中間接地，以得到正、負電壓同時輸出。 在電橋的兩端分別串入一對容量較大的電容 C5、 C6 和一對容量較小的電容 C7、C8，兩對電容的中間分別接地。 在正電壓輸出端串入三端穩(wěn)壓器 W7815，在負電壓輸出端串入 W7915.分 別穩(wěn)定 +15V電壓的輸出。穩(wěn)壓器的接地端共同接地。穩(wěn)壓器的輸出端和接地 端之門分別接入電容 C9、C10，以吸收峰值電壓。 b、 電路的工作原理 給定電路的電源由單相不可控整流后的直流電源提供。電源電壓經變壓 器變壓后的輸出電壓時

36、 45V，變壓器線圈繞阻的中端接地 ，將變壓器分為兩個 同時輸出 22.5V 的副邊電壓。電流經部可控整流后，直接向穩(wěn)壓器提供穩(wěn)壓電源。 22.5V 的電流經整流橋后，由于二極管的管壓降，輸入穩(wěn)壓器的電壓大約為 22V 左右。穩(wěn)壓器的輸入與輸出電壓相差不得小于 2V，一般在 5V左右，在此我們取 稍 大 值 7V ， 這 樣 穩(wěn) 壓 器 的 輸 出 電 壓 為 +15V.W7 915 輸出固定負電壓，其參數 與 W7915基本相同。 整流后輸出的電流為正弦波形電流，在整流橋的兩端并入電容 C5、 C6 后，

37、可將正弦波電流變?yōu)檩敵鲭娏鞔笮』竞愣ǖ碾娏髟矗?有利于穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓 與給定電路的穩(wěn)定輸出。穩(wěn)壓器的輸入端并入電容 C7、C8 用以抵消輸入端較長 接線的電感效應，防止產生自激蕩，接線不長時也可不用。輸出端并入電容 C9、 C10顯為了瞬時增減負載電流時不至于引起輸出電壓有較大的波動。 c、 元器件型號、參數的選取及計算 為了在實際生產安裝中便于元器件的采購和安裝，我們選用和勵磁回路 中相同的二極管，選用 二極管 2CZ 0.5-2 4 只 電容 C5、C6 的作用是將整流后輸出電流的兩峰值拉平，使輸出電流幅 值基本恒定，所以 C5

38、、 C6的電容較大，在此我們選擇 昆 明 工 職 院 電容 C5、C6 1000uF 2 只 電容 C7、C8 是為了防止穩(wěn)壓器輸入端接線過長時而產生的電感效應， 感應 電流流一般較小， C7、C8一般在 0.1-1uF 之間，在此我們選擇中間值 電容 C7、C8 0.5uF 2 只 電容 C9、 C10是為了瞬時增減負載電流時不致引起輸出電壓有較大波動。 C9、C10的容量以般為 1uF 電容  C9、C10 1uF  2  只 穩(wěn)壓器

39、 W78XX系列輸出的固定正電壓有：  5V、6V、 9V、12V、 15V、18V、 24V 七個等級。我們要求給定電路輸出的正電壓問  +15V,W79XX系列輸出固定負電 壓，其參數與 W78XX系列基本相同，所以我們選擇 固定正電壓輸出穩(wěn)壓器 W7815 1 只 固定負電壓輸出穩(wěn)壓器 W7915 1 只 6、比例積分調節(jié)器（ PI ）的組成部份、和控制過程 PI 調節(jié)如圖所示： 昆 明 工 職 院 +

40、15V -15V -15V VD11 +15V R5 C1 R7 K 2KΩ R220KΩ 1 2 RP5 7 6 3 F007 接觸發(fā)電路 2KΩ RP 5 6 R 8 R6 VD9VD 3

41、 20KΩ 10 R4 R2 7 RP C Ω 2 200 接電壓負反饋信號 VD20 -15V 圖 12 PI 調節(jié)電路連接圖 如上圖由 A 點虛地可得 Uin= Uex= 整理可得  i i

42、  0R0 1R1+1/C1 ∫idt Uex=R1Ui/R0+1/(R 0C1) ∫Uindt=KpiUin+1/ ζ∫Uindt 式中 Kpi —PI 調節(jié)器比例部分放大系數 Kpi=Ri/Ro ζ—PI 調節(jié)器的積分時間常數 ζ =RoC1 PI 調節(jié)器的輸出電壓時由比例和積分兩個部份組成，比例部 KpiUin 能 立即響應輸入量的變化，加快響應過程，加快響應過程 ; 積分部份 式輸入量 昆 明 工 職 院 對時間的

43、積累過程，最后消除誤差。 PI 調節(jié)器控制的物理過程實質是：但突加輸入信號（動態(tài)時） ，由于電 容兩端電壓不能突變、電容詳單于短路，闊節(jié)器相當于一個放大系數 KPI=R1/R0 的比例闊節(jié)器，其輸出端立即相應為 KpiUin 實現快速控制；此時放大系數值不大，有利于系數的穩(wěn)定，隨著電容充電，輸出電壓 Uθx 開始積分的累積過程，其 數值不斷怎長，實現無靜差控制。實際上，輸出量不會無限制地怎長，因為運算放大器會飽和，如圖所用的 F007 最大輸出電壓為 13V。調節(jié)器所設的限幅，電路蕩輸出電壓達到運算放大器的限幅值 Uθ xm 時，就不再增長穩(wěn)態(tài)時，電路相當 于開路，同積

44、分調節(jié)器，其放大系數為運放器開環(huán)放大倍數，數值很大（在 以 上）這使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差大大減小。 這樣不僅很好地實現了快速性與無靜差控制，同時又解決了系統(tǒng)的動、靜態(tài)放大系數要求的矛盾。 ① 對各個環(huán)節(jié)的相關作用介紹 a）調節(jié)調零點 由運算放大器構成的基本要求之一是“零輸入時、零輸出” 。若由于溫度變化或其他原因而造成零輸入時， 輸出不為零，則可闊節(jié)調零器 RP，使輸出為零。 b) 調節(jié)器的輸入、輸出限幅電路 為了防止過大的信號輸出使運算放大器發(fā)生“堵塞現象” 。在運算放大器的正、反相輸入端間，外按兩個反并聯的二極管 VD1

45、和 VD2它們構成輸入限幅電路。 為了保證運算放大器的線性特性并保護調速系統(tǒng)的各個部件，設置輸出電壓限幅時十分必要的。輸出限幅電路有很多種。我們的比例積分闊節(jié)器所用的限幅電路就是其中之一 昆 明 工 職 院 如下圖所示 : +15V VD1 R1 R0 U1 - + Uc + U1 RP2 -15V 圖 13 比例積分調節(jié)器限幅電路 圖中 E1、E2 為 15V 電源，調節(jié)電位器 RP2

46、、 RP3可以調節(jié)正、反向電 壓的限幅值。 c) 引入深度電壓負反饋 為了使運算放大器能在線性正穩(wěn)定工作，通常把外部元器件如圖中的電阻 R3、電容 C 等跨接在運算放大器的輸出端與反相輸入端之間構成閉環(huán)工作狀態(tài)，即引入深度電壓負反饋， 以限制其電壓放大倍數。 工作在線性正的理想運算放大器，利用 當 Ui ＞0，即 U+＞U-時， U0=+Uom 當 Ui ＜0，即 U+＜U-時， U0=-Uom 可得出以下兩條重要結論： <1> 因 r id →∞時， i+ ≈i ≈0、即理想運算放大器兩個端子輸入電流近似為

47、 昆 明 工 職 院 零。由于兩個輸入端并非開路而電流為零，故稱為“虛斷” 。 <2> 因 Au0→∞，故有 u+≈u- 即理想運算放大器兩個端子輸入電位近似相等。由于兩個輸入端電位相等，但又不是短路，故稱為“虛短” 。 如果信號從反相輸入端輸入，而同時輸入端接地，根據 u+≈u- 可得出：反相輸入端的電位接近于“地”電位，但并不真的接地，即電流不能流入“地” ，通常 稱為“虛地”。 上述兩條結論是分析理想運算放大器線性運用時的基本依據。 ② 對集成運算放大器 F007 的簡單介紹 F007 集成運算放大器的電路圖形符號

48、，如圖所示： +15V 反相輸入端 2 7 Auo 同相輸入端 3 6 輸出端 4 1 5 10K Ω -15V 圖 14 F007 的電路圖形符號 在這個符號中， Au0 代表集成運算放大器的電壓放大倍數， “△” 代表信號的輸出方向。由于集成運算放大器的輸入級是差動輸入， 因此有兩個輸入端，用“ +” 表示同向輸入端，用“ - ”表示反向輸入端，輸出電壓表示為 u0=（u+- u- ）。從同向端輸

49、入電壓信號且反向端接地時。 輸出電壓信號與輸入相同； 從反向端輸入電 壓信號且同向輸入端接地時。 輸出電壓信號與輸入反相。 集成運算放大器有同相 昆 明 工 職 院 輸入、反相輸入及差動輸入三種方式。 F007 由 24 個三極管（其中 4 個接成二極管）、 10 個電阻和 1 個電容組成， 5 放大倍數高達 10 以上。在應用時，需了解集成運算放大器的各個引腳。 2 為反相輸入端，以“ - ”表示，由此端輸入信號，則輸出信號與輸入信號 反相； 3 為同相輸入端，以“ +”表示，

50、由此端輸入信號，則輸出信號與輸入信號 同相； 4 為負電源端，接 -15V 電源； 6 為輸出端； 7 為正電源端，接 +15V電源； F007 型集成電路（即 5624 型）類同于國內產品 F006 型和國外產品 MA741 型，是屬于第二代集成電路中有代表性的產品。 F007 的內部電路如下圖所示： 昆 明 工 職 院 T8 T9 T12 T13 T1 T2 4 R6

51、 T4 R5 4.5K T3 39K T15 R7 T7 7.5K 2 T5 T6 3 T10 T11 T19 1 T16 R2 R1 R3 R4 50K 1K 1K 3K 

52、 +Ec=+15V T14 D1 5 輸出 D2 T17 T18 -Ec=-15V 圖 15 集成運算放大器 F007 內部電路 整個電路由四部分組成，用虛線隔于圖中。 ①偏置電路：由晶體管 T8-T13 組成，主要用來提供各放大電路穩(wěn)定的工作電流。 ②輸入級：由晶體管 T1-T7 組成，是提高整個電路質量指標的關鍵環(huán)節(jié)。③中間放大級：由晶體管 T13、T

53、16、T17 組成，整個電路的放大倍數主要由 這部分擔負。 ④輸出級：由晶體管 T14、T15、T18 組成，為了提供負載一定的能力，采用互補對稱電路。 電路對外共有 9 個引線端子， ②和③分別為反相輸入端和同相輸入端， 在單 昆 明 工 職 院 相輸入情況下，信號從②端輸入時， 輸出信號與輸入信號相位相反， ③端則相同， 關于電路各部分的工作原理，下面再作一些介紹； 集成電路的典型參數如下表： 輸入失調電壓 2mV 最大共模輸出電壓 30V 輸入失調電流 0.05mA

54、 共模抑制比 90dB 基極輸入電流 0.2mA 失調電壓溫漂 45uV/ ℃ 差模輸入電阻 1000KΩ 失調電流溫漂 1uV/ ℃ 輸出電阻 ＜0.6 K Ω 靜態(tài)動耗 50m w 開環(huán)電壓增益 106KB 開環(huán)帶寬 /KHz 最大輸出電壓 14V 單位增益上升速度 u/NS 最大共模輸出電壓 13V 單位增益建起時間 /NS ③、調速系統(tǒng) PI 調節(jié)（動態(tài)）設計 （一）系統(tǒng)對象函數的確定 Rn LnS Ra Ia （ s） LaS Ud （

55、s） Udo （s） E （s） 圖 16 電樞等效回路 由圖有： KVL：Ud s ） = Udo （ s ） - [Rn+LnS] Id （ s ） （ = Udo s ） - Rn[1+LnS/ Rn] Id s ） （ （ = Udo（ s） - Rn(1+T1S) Id （ s） 昆 明 工 職 院 Rn——線路及電源電阻 Ln——線

56、路及電源電感 T1=Ln/Rn 由 KVL有： Id （s） =[ Ud( s)- E( s)] /(Ra+LaS)= [ Ud( s)- E( s)] /[Ra(1+LaS/Ra)] = [ Ud( s)- E( s)]/ [Ra(1+T2S)] Ra——電樞電阻E——電樞電勢 La——電樞電感 T2 —— La/Ra 結合教科書中的內容，作動態(tài)結構圖如下： Rn(T1S+1) Udo IL(s) Uu - - Ud(s 調節(jié)器 Ks/(TsS+1) 1/[Ra(1+T2S)] Rs/CeTmS

57、 - Ud(s) Id(s) Ufu E γ Ce 圖 17 電壓負反饋直流調速系統(tǒng)動態(tài)結構圖 圖中 γ——電壓反饋系數 Ks/ （Ts+1）——觸發(fā)——整流裝置傳遞函數 忽略電樞電勢 E 影響，對系統(tǒng)變換后得： 調壓時的系統(tǒng)對象為： G1（s） =1/[Rn(T1S+1)Ra(T2S+1)+1] ≈1/[RnRa（ T1+T2）+RnRa+1] =K1/ （TS+1） 昆 明 工 職 院

58、 作圖如下 ： Uu  調節(jié)器  Ks/(TsS+1)  K1/(TS+1)  Ud(s) - Ufu γ 其中： K1=1/(1+Rn+Ra)=1/(1+ R ε ) Rε——回路總電阻 T=[RnRa(T1+T2)/(1+RnRa)]= ρ （T1+T2） （二）系統(tǒng)參數計算 電樞電阻 效率 ηN=85% Ra=（0.5 ～ 0.6 ）（1- ηN）UN/I N

59、 = （0.5 ～ 0.6 ）（1-0.85 ） 220/15=1Ω 電樞電感 La=Kp UN/ 2PnNI N=（6～8）UN/ 2PnNI N=（6～8）*220/ （2*1000*15 ）=0.045mH 線路電感及電源內阻 Rs=1.5m/2π*Uk%*U2/I2 ≈1.5/2 π *0.05*220/10 =0.26 Ω Rn=Rs+Rl=0.4Ω ∴ R ε =Ra+Rn=1.4Ω 平波電抗器電感 Ld=Ln=2.87U2/0.1I N=2.87*200/(0.1*15)=380mH 實取 300mH（考慮電源

60、及電樞電抗） 昆 明 工 職 院 時間常數 : T1=Ln/Rn=0.3/0.4=0.75 S -3 T2=La/Ra=0.045*10 =0.00045 S ρ (T1+T2)=T≈T1=0.22 S ∴ K1=1/(1+ R ε Rn)=1/(0.4+1.4)=0.71 G1( s) =K1/(Ts+1)=0.42/(0.75S+1)=0.71/(0.22S+1) 觸發(fā)——整流裝置 Ks=Udom/Ucm=20 Ts=1/2mf=1/(2*2*50)=0.005 S

61、 ( 三) 調節(jié)器參數計算 取為 PI 調節(jié)器 Gc（s） =Kp*（τs+1） / τ s 忽略 τs 系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數為： Go（s） =Kp（τ s+1）*KsV/(TsS+1)*K1/ （τs+1） ≈γ KpKsK1/S(TsS+1)=K/S(Ts+1) 取 τ=T=0.22 S 按典型Ⅰ型系統(tǒng)設計 取 KT= （γKpKsK1/τ）Ts=0.5 ∴ K=1/2T=1/2Ts=1/(2*0.005)=100/S ∴Kp=Kτ/KsK1γ =(100*0.22)/ （20*0.71*0.05 ）=1.1*100/5*0.

62、71 ≈314 R0=R’=20KΩ R1=KpR0=314*20KΩ=6280KΩ C1=τ/R1=0.22/R1=0.22/6280K Ω=0.035uF 昆 明 工 職 院 7、觸發(fā)電路 觸發(fā)電路的主要作用是將放大器 F007 送來的信號轉化為脈沖信號以觸發(fā)晶 閘管的導通。 觸發(fā)電路如圖所示： a 14 * VD 13 VT R g C VD15 R

63、10 VD13 9 R C4 K VD b 11 12 R 16 9 RP8 接放大信號 1 KC05 8 V R12 C2 1 K R8 C3 圖 18 觸發(fā)電路接線圖 a、 電路的組成 觸發(fā)電路主要是由 KC05觸發(fā)芯片組成， KC05適用于雙向可控硅或二只反向

64、 并聯可控硅線路的交流相位控制；移相范圍寬，控制方式簡單，易于集中控制， 有失交保護，輸出電流大等優(yōu)點。 KC05觸發(fā)芯片將放大信號轉化為矩形波低電平觸發(fā)信號，經脈沖變壓器 TS 昆 明 工 職 院 后觸發(fā)主電路中的晶閘管導通。 在輸入放大信號的一端和接地端之間， 并入中間 繼電器 K1 的常閉觸點和三極管 V，用以保護電路。 電路中的 C 點接電流截止負反饋信號， a 點和 b 點分別接 +15V直流電源和交流 30V 電源。在 +15V和 KC05觸發(fā)芯片的輸出端之間并入二極管 VD13。

65、 b、 觸發(fā)電路的工作原理 電路中 C 點接取樣電路送來的電流截止負反饋信號， 當取樣電路送來的截止電流大于晶閘管 VT的偏置電壓時， VT 反向導通，使得三極管 V 的集電極與發(fā)射極之間正向導通， 使 KC05的輸入端與接地端短路， 以關斷 KC05的觸發(fā)脈沖。 中間繼電器 K1 的常閉觸點的作用也是如此。 觸發(fā)電路是將放大器 F007 送來的信號轉化為脈沖信號以觸發(fā)晶閘管的導 通。當 KC05接收到放大信號后， KC05將信號轉化為鋸齒波信號通過 KC05的 9 腳輸出到脈沖變壓器， 再經由脈沖變壓器輸出到晶閘管 VT1和 VT2的門級，以觸發(fā)晶閘管的導通。 KC

66、05 適用于雙向可控硅或反并聯可控硅線路的交流相位控制。 具有鋸齒波線性好、 移 相范圍寬、控制方式簡單、易于集中控制、有交互保護、輸出電流大等優(yōu)點。是調壓的理想 電路。同樣也適用于半控或全控橋式線路的相位控制。 下面我們來著重介紹一下 KC05 觸發(fā)器： KC05 的內部結構如圖所示： 昆 明 工 職 院 8 圖 18 KC05 內部電路連接圖 KC05的主要技術數據： 1、 電源電壓：直流 +15V 波動 5%（ 10%時有功能） 2、 電源電流：≤ 12mA 3、 同步電壓：≥ 10V（有效值） 4、 移相范圍：≥ 170 5、 移相輸入端偏置電流：≤ 10μA 6、 輸出脈沖寬度： 100μS——2mS（