模块十--晶闸管—电动机直流调速系统的测试与检修

1、模块十 晶闸管电动机直流调速 系统的测试与检修,在直流调速系统中，晶闸管调速系统是比较常见的系统。,晶闸管直流调速系统按可控整流电路可分为单相可控和三相可控整流电路；按反馈回路数量可分为单闭环系统和双闭环系统；按所取不同的反馈量可分为转速负反馈、电压负反馈、电流正反馈、电流负反馈等。 本课题将围绕直流电动机的开环和单闭环调速系统进行学习。,课题一 晶闸管电动机直流调 速系统开环控制检测与调试,晶闸管电动机开环直流调速装置系统框图如图1.10.1所示，由三相全控桥式整流主电路、触发电路、电源装置、给定电路等部分组成。,图1.10.1 晶闸管电动机开环直流调速装置系统框图,1三相全控桥式整流电路的

2、主电路,（1）三相全控桥式整流电路的主电路 三相全控桥式整流电路的主电路由6个晶闸管组成，它们是VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6，其中VT1、VT3、VT5组成共阴极组，VT2、VT4、VT6组成共阳极组，如图1.10.2（a）所示。,为了构成一个完整的电流回路，要求有两个晶闸管同时导通，其中一个在共阳极组，一个在共阴极组。 因此，晶闸管必须严格按照编号轮流导通。 三相全控桥式整流电路中，晶闸管的导通顺序为：,（b）三相全控桥式整流主电路及继电保护实用电路图 图1.10.2 三相全控桥式整流主电路,共阴极组VT1 VT1 VT3 VT 3 VT5 VT5共阳极组VT6 VT2 V

3、T2 VT4 VT4 VT 6图1.10.2（b）为三相全控桥式整流主电路及继电保护实用电路图，它包括了主电路和继电保护电路两部分。,（2）晶闸管的触发脉冲,在一个周期内，6个晶闸管都要被触发一次，触发的依次顺序与导通的依次顺序相同，也是VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。,6个触发脉冲的相位依次差60。 为了保证整流装置能正常工作或在电流断续后能再次导通，必须对两组中应该导通的一对晶闸管同时加触发脉冲。,实现这一点有两种办法，一是采用宽脉冲触发，使每个脉冲的宽度大于60（但必须小于120，一般为90左右），二是采用双窄脉冲，在一个管子换相导通后，经过60再给这个管子补发一个脉冲。

4、目前多采用双窄脉冲方法。,图1.10.3 三相全控桥式整流电路的触发脉冲,2晶闸管触发电路,常用的性能比较好的晶闸管触发电路有正弦波同步触发电路和锯齿波同步触发电路。 下面我们介绍锯齿波触发电路的构成和工作原理。,图1.10.5为KC04移相集成触发器的电路原理图和外形图。该触发器属于锯齿波同步触发电路，外加的同步电压us为正弦波，通过电阻R4从7、8脚引入。,图1.10.5 KC04移相集成触发器的电路原理图,us过零时，VT1、VT2、VT3均截止，VT4饱和，电容C1放电，同时，VT8、VT12均导通，将输出脉冲电路封锁。 us过零若变正，VT1导通，VT4截止，VT5导通。,VT5和C

5、1构成了密勒积分电路，脚3电位基本不变，通过RP1、R6给C1充电的电流是一个常数，于是4脚电位线性上升，构成锯齿波，锯齿波的斜率由RP1、R6和C1共同决定。,该锯齿波信号与另外两个直流信号Ub（偏置电压）、Uc（控制电压）经过9脚叠加在VT6的基极，组成了同步移相环节。,在VT6截止期间，VT7饱和，没有输出脉冲，而电容C2则被充电至15V左右，极性左正右负。 当VT6转为饱和，VT7截止，产生脉冲上升沿，脉冲宽度取决于VT7的截止时间，由C2、R8值决定。,由于VT8是截止的，这个脉冲通过1脚输出。同理，us过零若变负，VT4截止产生一个脉冲，此时VT12是截止的，该脉冲通过15脚输出。

6、 由此可见，该触发电路在一个周期内可产生互差180的两个触发脉冲，分别由1和15脚输出。,（3）六脉冲触发器的实用电路,图1.10.6所示是采用3片KC04元件组装的六脉冲触发器的实用电路，图中IC1、IC2、IC3为KC04元件。,图1.10.6 六脉冲触发器的实用电路,UIa、UIb、UIc为正弦波同步电压，Uk是给定电压，RP4提供负的偏置电压Up，各路触发器的锯齿波斜率由分别由RP1、R1、C1，RP2、R15、C4， RP3、R29、C8共同决定。相隔60的触发脉冲，从IC1的脚IC3的脚IC2的脚IC1的脚IC3的脚IC2的脚顺序输出。,再经由VD1VD12二极管组成的六个或门，形

7、成六路脉冲，加到脉冲功率放大级，三极管VT1VT6的基极，再经过脉冲变压器的隔离作用，将触发脉冲信号加到晶闸管阴极与门极之间，当晶闸管承 受正向电压时便被触发导通。 各个晶闸管被触发的顺序如图1.10.3（a）所示。,3继电控制保护电路,图1.10.7为是系统继电控制保护电路图，KM2、KM1、KA分别为控制电路、主回路、给定回路控制接触器；当系统出现过电流、缺相等故障时K12触头闭合，指示灯显示；QS1、QS2是控制电路、主回路启动开关；SB1、SB2是给定回路停止和启动按钮。,图1.10.7 系统继电控制保护电路图,为了保证系统的正常工作，控制电路、主回路、给定回路采用顺序控制的方法。,4

8、电源电路,图1.10.8为电源板原理图，由同步变压器提供三相交流电压，电压为34V。 经过三组桥式整流电路并联供电，再由集成稳压电路LM7815、LM7915稳压后可以提供15V、+24V的直流电源。,图1.10.8 直流电源原理图,5给定电路,图1.10.9为给定电路图，当给定继电器KA吸合时，通过调节电位器RP100，可以向外提供010V的直流给定电压Ug。,图1.10.9 给定电路原理图,操作一 熟悉晶闸管直流调压、调速实训装置 （1）熟悉设备外形 （2）熟悉前配电盘内部结构 （3）熟悉后配电盘内部结构,操作二 校对电源相序 （1）变压器自身的连接组别的检测 整流变压器采用/Y0-11接

9、法，同步变压器也采用/Y0-11接法，检验两种变压器的接法是否正确。 （2）整流变压器和同步变压器二次侧相对相序、相位的检测,操作三 操作继电器电路 （1）准备 （2）开机操作 接通控制电路。合上总电源开关，接通QS1，KM2吸合，同步变压器通电，接通控制电路电源。, 接通QS2，KM1吸合，接通主变压器电源，三相全控桥式整流电路主电路通电。 按下SB2，给定继电器KA得电。 （3）停机操作 按照开机的逆序进行操作，先按下SB1，再切断QS2，最后切断QS1。,操作四 调试电源电路 每相同步电压为30V，作为触发电路的同步电源。 每相整流电压为34V，作为电源板的整流电源。 测量输出直流电压值

10、，应该有15V、+24V直流电压，则电路正常。,操作五 调试给定电路 旋转调节位于面板上的给定电位器RP100，测量有010V的直流给定电压输出，则电路正常 。,操作六 调试触发电路 接通QS1、QS2、控制电路直流电源，同步信号加入到触发电路板。, 用双踪示波器观察KC04脚的同步电压正弦波波形，同时观察脚锯齿波的波形。图1.10.15中是用双踪示波器测量时正弦波与锯齿波的波形关系。 我们可以看到，在正弦波的正半周、负半周都有锯齿波的波形产生。, 锯齿波斜率的调节，调节脚外接电位器RP1，改变锯齿波的斜率，观察脚波形的变化，同时将脚的电压调整为+6V。, 调节角的初相位。因为给定电压未加入，

11、所以控制电压Uk=0V。调节电位器RP4，测量RP4的输出端直流偏置电压Up=6V，脚的电压调整为+6V，同时用示波器观察KC04的脚波形，是锯齿波形，此时也是锯齿波形。和的波形频率相同，但是幅度大一些，小一些。此时输出电压U0=0V，如图1.10.16所示。,用双踪示波器依次测量相邻两块触发器KC04脚的锯齿波电压波形。 相位差应为60，斜率要基本一致，参见图1.10.17锯齿波电压波形。,图1.10.15 正弦波与锯齿波的波形,图1.10.16 和的波形比较,图1.10.17 KC04脚的锯齿波电压波形,图1.10.18 示波器显示双窄脉冲波形图,操作七 电阻负载（灯泡）开环调节 （1）将

12、单闭环调节电路板（参见图1.10.6）接入设备之中，把短路环放在开环状态， 此时控制电压Uk等于给定电压Ug。连接15V电源的连接线，主电路中接入电阻负载（灯泡）。,（2）接通开关QS1、QS2、SB2，调节RP100，使给定电压Ug=0V。由于通过短路环，将给定电压直接加入到触发电路中去，所以输出到触发板的控制电压Uk=Ug=0V。,（3）同时调整各触发板锯齿波斜率基本一致（各个脚的电压调整为+6V），调节直流偏置电压Up=6V，Ud=0V。确定角的初相位，示波器观察是否等于150。,（4）测量主电路输出直流电压。调节RP100，使给定电压Ug逐渐增大，010V之间可调，用电压表测量主电路输

13、出直流电压Ud电压值应该不断上升，电压值在0300V之间可调，电阻负载（灯泡）由暗到明。如果能实现上述情况，则系统开环调试正常。,（5）调节Uk控制电压，观察电压表的Ud值的变化情况。记录=120、 90、60、30时的Ud波形以及直流输出电压Ud的平均值。,课题二 晶闸管电动机直流调 速系统单闭环控制检测与调试,晶闸管机直流调速装置单闭环系统增加了积分放大调节电路、电压负反馈电路、电流截止负反馈、保护电路，系统的框图如图1.10.19所示。,图1.10.19 单闭环系统框图,1单闭环调节电路组成,单闭环调节电路板原理图如图1.10.20所示。 电路由两部分组成，一部分是放大调节电路，作用为将

14、给定电压信号和电压负反馈信号叠加后进行放大，将产生的控制信号Uk输入到触发电路，同时也受到保护信号的控制。,图1.10.20 单闭环调节电路板原理图,另一部分是保护电路，当发生过电流、缺相、负载过载引起电枢电流增大到极危险时，采取保护措施自动减小输出电流或切断电源。,2给定积分比例调节放大环节,由集成运放IC1B、IC1D以及阻容元件共同构成积分电路，当给定电压Ug突然变化时，输出电压不会发生突变，这可以减少对电路的冲击。 集成运放IC1C构成比例调节器，给定信号Ug和电压负反馈信号Uf同时引入比例调节器的反相端，比例调节器的输入信号是U=UgUf，输出信号是控制电压Uk。,3低速封锁电路,由

15、集成运放IC1A构成比较器，当给定电压小于某个值时（约0.3V），比较器有输出，输出电压Ud=0V，防止电动机出现爬行现象。,4缺相保护电路,当主电路缺相时，缺相变压器检测到零线中的电流不为零，该信号经过半波整流，变成一个电压信号，加入到集成运放LM311构成的保护比较器输入端。,5电流截止保护电路,在整流电路的交流输入端，用3个电流互感器检测三相交流电流值，并且经过三相桥式整流后，产生正、负两个电压值，正电压经过分压后输入到比例调节器的反相端，负电压分压后输入到保护比较器的输入端，起控制和保护作用。,6保护比较器电路,集成运放LM311构成的保护比较器电路将过电流保护信号、缺相保护信号与某个

16、设定值比较，再通过两个D触发器，产生两路信号，一路输入到比例调节器的反相端，限制控制电压Uk，另一路使保护晶闸管导通，从而使保护继电器K12吸合，切断主接触器KM1，进一步切断总电源，达到保护作用。,7电压负反馈隔离电路,图1.10.21为是电压负反馈隔离电路原理图。 从并联在整流主电路输出端的电阻上取出一定的直流电压值，经过振荡变压器电路的转换作用，变为交流信号，再经过整流恢复成直流信号，加到比例调节器输入端，作为负反馈信号，既能够隔离主电路和控制电路，又能实现电压负反馈的功能。,图1.10.21 电压负反馈隔离电路原理图,操作一 调节电压负反馈隔离板 操作二 调试单闭环调节电路板,（1）根

17、据图1.10.20，将单闭环调节电路板接入设备之中，把短路环放在闭环状态。 连接15V电源的连接线。主电路中接入电阻负载（灯泡）。,（2）接通开关QS1、QS2、SB2，调节RP100，使给定电压Ug=0V。,操作三 调节输出额定电压、限幅电压、反馈电压 （1）切断电源后，在上面操作二的基础上，将各个电路板均接入系统，构成完整的单闭环系统。,（2）接通开关QS1、QS2、SB2，各个电路的初始状态和课题一开环中相同，此时，各触发板锯齿波斜率基本一致（各个脚的电压调整为+6V），调节直流偏置电压UP=6V；给定电压Ug=010V可调，电压负反馈值调整电位器调到最大，即取消负反馈电压。 输出电压U

18、d=0300V连续可调。,（3）为了符合负载额定电压的需要，防止输出电压Ud过高而使负载出现过载状态，需要同时调节输出限幅电压、反馈电压和给定电压，使它们相互协调。,方法如下：调节图1.10.20中输出限幅电位器RP1，其整定值约5V，由于没有加入电压负反馈，所以Ud上升很快，Ud=300V。,再次调节限幅电位器RP1，其整定值约略有减小，使Ud=270V。可以同时用示波器观察IC1的脚波形，观察控制角的大小，此时的给定电压对应了最小控制角。,（4）接着调节负反馈电压，逐渐加大图1.10.21中隔离板上的电位器RP1，使负反馈电压增大，此时使Ud逐渐减小，为了适应负载的额定电压需要，调节到Ud

19、=220V，此时闭环调节结束。,（5）测量限幅电压值大约5V，反馈电压大约等于8V，Ug=010V，Ud=0220V。 操作四 整定各种保护电路,（1）过电流值的整定值调节, 将调节图1.10.20中电位器RP4值设定为67V。 调节面板上的给定电位器，使Ud=220V，增加负载（调节电阻器），增大负载电流，直到使Id=1.5 IN 。, 调节图1.10.20中的过电流电位器RP4，使保护电路动作，故障指示灯亮。此时RP4就是整定值位置。切断电路，恢复负载。,（2）电流截止负反馈值整定, 将调节图1.10.20中的截流电位器RP3到最大。 将调节图1.10.20中的电位器RP5，使设定值为67

20、V。, 调节面板上的给定电位器，使Ud=220V。 增加负载（调节电阻器），增大负载电流，直到使Id=1.5IN。, 调节图1.10.20中的的截流电位器RP3，电压表值开始减小，再增加负载，此时负载电流不变，电压表指示却在下降，调整完毕。,课题三 晶闸管电动机直流调速系统故障检修,1继电控制部分故障 为了保证系统的正常工作，控制电路、主回路、给定回路采用顺序控制的方法。 继电控制部分的故障，主要表现为顺序控制不能正常完成。,2控制电路部分故障,控制电路部分的故障常见的为缺相故障，我们可以通过以下地方法直观地作出判断。,（1）三相全控桥式整流电路输出电压平均值Ud,当电路接电阻负载，控制角06

21、0时，Ud=2.34Ucos；当=0时，本电路的输出电压应该是220V。 我们可以通过测量和观察输出电压值来判断电路是否正常。,（2）三相全控桥式整流电路输出电压波形,当三相全控桥式整流电路带电阻负载时，它的输出电压Ud的波形是判断整流电路是否正常的最直观的手段。, Ud的正常波形。=0时，Ud的波形如图1.10.22所示。 Ud的异常波形。在电阻负载情况下，Ud波形出现异常，如图1.10.23所示，是典型的缺一相电源的输出波形。,（3）反馈电路开路,闭环电路给定电压的输出信号与负反馈电压相减后，经过放大产生控制电压Uk，去控制触发电路。 一旦负反馈电路开路，反馈电压为0V，控制电压将很高，输

22、出很快达到正限幅值，所以Ud会立即达到最大值。,图1.10.22 输出电压Ud的波形,图1.10.23 缺一相电源的输出电压波形,操作一 检测与排除继电控制部分故障 （1）故障现象：接通QS1，KM2不能吸合。 故障范围：QS1开关接触不良，U相电源开路或者KM2线圈开路。, 检测方法：测量U、N之间电压应该是否为220V，否则U相电源开路。测量101、N之间电压是否为220V，否则FU1开路。 测量N、101，N、103之间电压是否为220V，否则QS1开关接触不良。 如果KM2线圈两侧电压是220V，则KM2线圈开路。,（2）故障现象：接通QS1，QS2，KM2吸合，KM1不能吸合。 故障

23、范围：QS2、K12常闭触头，KM2常开触头，KM1线圈故障。, 检测方法：依次测量36、105、107、106与N之间电压，如果电压由220V突变为 0V，则此点为故障点。如果KM1线圈两侧电压是220V，则KM1线圈开路。,（3）故障现象：按下SB2，给定继电器KA不能吸合。 故障范围：SB1常闭触头、SB2常开触头、K11与KM1常开触头、KA线圈等故障。, 检测方法：依次测量36、111、110、109、108与N之间电压，如果电压由220V突变为0V，则此点为故障点。如果KA线圈两侧电压是220V，则KA线圈开路。,（4）故障现象：指示灯不亮，只能是K12常开触头不能闭合，指示灯损坏

24、。检测方法同上。,操作二 检测与排除整流电路部分故障 （1）故障现象：当给定开关旋到最大位置，输出直流电压低于正常值220V。 （2）故障范围：能够引起这种故障现象的范围很大，大致可以分为4个小范围。, 同步电压产生部分 集成触发电路部分 触发脉冲输出部分 三相桥式整流主电路部分,（3）缩小故障范围的检测方法。 按照下面顺序进行检测： 测量同步变压器输出的三相同步电压或者整流电压，若电压正常则排除同步电源故障，否则故障在同步电压产生部分。, 用示波器观察比较3个KC04集成电路的脚的削波锯齿波波形相序，正常相位差应该是60，否则故障范围在集成触发电路部分。, 用示波器观察比较触发板脉冲功率放大

25、晶体管VT1VT6集电极的脉冲电压波形，正常应该是六组相位差为60的双窄脉冲，否则故障范围在触发脉冲放大输出部分。, 以上测量均无故障，故障就在触发脉冲变压器或者晶闸管主电路部分。,操作三 检测同步电压电路故障 （1）故障现象：同步变压器输出的三相同步电压，或者整流电压异常。 （2）故障范围：控制电路熔断器、接触器KM2主触头、同步变压器发生故障。,（3）检测方法： 测量接触器KM2主触头输出端电压，电压正常应该是三相380V，若不正常，测量接触器KM2主触头输入端电压，如果电压不正常，则熔断器故障，否则接触器主触头接触不良。, 若上面检测没有发现故障，再测量同步变压器输出，三相同步电压应该是30V，整流输出电压是3组34V电压，若都不正常，故障在同步变压器，可进行修理或者更换。,操作四 检测集成触发电路部分故障 （1）故障现象：3个KC04集成电路脚的锯齿波电压波形相位差不是60。 （2）故障范围：触发板同步电压输入点故障，KC04集成电路故障，外围电路故障。,（3）检测方法： 用示波器观察3个KC04集成电路的外接电阻R3端波形，应该是3个相位差120的正弦波，若波形异常，可能是同步电压故障，按照操作三排除；或者故障为输入接线接触不良。, 用示波器观察3个KC04集成电路的端波形，