CN2169947Y - 单相可控硅直流电机线性调速装置 - Google Patents

Abstract

单相可控硅直流电机线性调速装置，适合于自动 测控系统中直流电机的线性调速。它由直流电机本 体、控制信号电路、触发电路、主回路、电源控制电路 及辅助电路所组成，其特征是在触发电路中，引入非 线性补偿电路，提高主回路交流侧输入电压。这使输 入控制信号电流与直流输出电压之间的非线性误差 大为降低。经实验，其最大非线性误差为最大输出值 的3％。

Description

本实用新型涉及一种电机调速，特别是涉及一种直流电机的线性调速装置。

现有的单相可控硅直流电机调速装置，有如煤炭工业出版社1982年4月出版的“选煤厂自动化基础知识”第323页所述，是由直流电机本体、控制电路、触发电路、主回路及辅助电路所组成。它具有简单、可靠，调整使用方便及成本低的优点。但是，该装置的输入控制信号电流与直流输出电压之间存在严重的非线性，其最大非线性误差为最大输出值的40％以上，如图3所示曲线1′、2′就是这种调速电路直流输出电压U与输入信号是流i之间的关系曲线，它与理想的关系曲线3′（直线）出现较大的偏离。造成这样大的非线性误差的原因之一，是触发电路中弛张振荡电容的充放电产生的锯齿波数（频率）虽然与输入信号电流的毫安数之间成比例，但是，使可控硅导通的控制角α随输入信号电流变化的移相角与输入信号电流之间不成比例，如测控系统输入信号电流为直流0～10毫安时，在输入信号电流较小的初始阶段，如由1毫安至2毫安，或2毫安至3毫安时，移相角很大，每变化1毫安移相角约40°左右；在中间段，如由4毫安至5毫安，每变化1毫安移相角约12°左右，且随着输入信号电流的增加移相角的增加量越来越小，至末尾每变化1毫安移相角2°左右，显然移相角大，输出电压变化就大，移相角小输出电压变化就小；其二是主回路交流侧输入电压波形是正弦波，中间值大，两边值小，对输入信号电流由小变大的初始阶段有一定的非线性补偿作用，但是如前所述初始阶段控制角α变化很快，即移相角很大，补偿不过来，初绐阶段输入电流变化1毫安时，输出电压变化最大达40伏，对于输出电压为直流动110伏的调速电路来说，平均增加量为变化1毫安应为11伏，大为超过输出电压随输入电流变化的平均增加量；在波形的中间段，对应输入电压值大，但控制角α的变化速度减慢，即移相角减小，输出电压的变化约为1毫安10伏左右，输出电压随输入电流变化的增加量是适宜的；在波形的末段，输入电压值由大到小，直至减到零，控制角α的变化速度也越来越小，即移相角越来越小，输出电压随输入电1流动毫安只变化2伏或1伏，曲线趋于饱和。现有的单相可控硅直流电机调速只能用于线性度要求不高的场合。在一些自动测控系统中，对直流电机线性调速要求较高，如选煤厂的煤泥水浓度测控装置，采用可控硅直流电机调速拖动单螺杆泵，因螺杆泵具有流量与转速是线性关系，直流电机电压与转速成比例，且具有良好的调速性能，要求可控硅直流电机调速的输入信号电流与输出电压须良好的线性关系。

本实用新型的任务是提供一个在单相可控硅直流电机调速电路中的触发电路引入非线性补偿，提高主回路交流侧输入电压，达到输入信号电流与输出电压之间成线性关系。

为实现本实用新型的任务所采取的技术方案如下：

单相可控硅直流电机线性调速装置，包括直流电机本体电枢绕组D负载电路（4），控制信号电路（1），触发电路（2），主回路（3），电原控制电路（5）及辅助电路所组成。其要点之一，在于触发电路（2）中，引入非线性补偿电路（6），该电路是由硅稳压管DW3及电阻R6相串联电路，利用硅稳压管在其通过的电流小的时候内阻大，电流大的时候内阻小的特点，在输入信号电流变化的初始阶段，减慢控制角α的变化速度，起到一定的非线性补偿效果；要点之二，在保持可控硅调速电路直流输出电压大小不变的情况下，提高主回路（3）交流侧输入电压，对于额定电压110伏直流电机，控制角α移相范围100°，主回路（3）交流侧直接接至220伏交流电源，或通过变压器B1接至220伏电源，使主回路电压波形在控制角α的移相范围内电压值大小的变化与控制角α随输入信号电流变化的速度之间恰好互相补偿。

以下结合附图详细说明本实用新型结构和实施方式。

图1是单相可控硅直流电机线性调速装置的电原理图。

图2是单相可控硅直流电机线性调速装置的输入控制信号电流与直流输出电压特性曲线。

如图1表示的单相可控硅直流电机线性调速装置，包括控制信号电路（1），该电路是由三极管BG1、稳定管DW1、手动控制电位器WM、控制信号电路负载电位器WL及转换开关HK所构成，该电路是经转换开关HK后，可将手动控制信号电流，或来自自动测控系统中的控制信号电流，如PID调节器的输出电流，经电位器WL转变成控制信号电压，做为下一级触发电路（2）的控制信号；触发电路（2）是由前置级三级管BG2、起可变电阻作用的三极管BG3、单结晶体管BG4，削波稳定管DW2，弦张振荡充放电电容C3及脉冲变压器MB构成，在前一级控制信号电路（1）的作用下，产生频率可调的脉冲电压触发可控硅导通，输出大小可变的直流电压；在触发电路中引入非线性补偿电路（6），它是由硅稳压管DW3及电阻R6相串联电路；主回路（3）包括可控硅KG1、KG2、硅整流二极管Z1、Z2、续流二极管XLD构成，该电路是当可控硅被触发导通后，将交流电源电压整流成直流电压；直流电机本体的电枢绕组D构成负载电路（4）；电源控制电路（5）是由自动开关ZK，起动按钮QA，停止按钮TA，接触器1C、2C，过电压保护继电器接点YJ1，欠电流保护继电器接点LJ1构成，其中自动开关ZK为电源开关，并起过载与短路保护作用，起动按钮QA通过接触器1C接通电源，停止按钮TA通过接触器1C断开电源，对于110伏直流电机，当直流输出电压超过直流110伏时，过电压保护继电器接点YT1将接触器1C线圈回路断开，切断电源电路，欠电流保护继电器接点LJ1与接触器2C是起零激磁保护作用，即激磁回路中电流正常时，欠电流保护继电器接点吸合，并将接触器2C线圈回路接通，向主回路供电，避免直流电机无激磁时的飞车事故；图1中其它元件，包括变压器B1、B2，过压保护中间继电器线圈YJ，平波电抗器L，电压负反馈电位器wfy，电流正反馈电阻RTL，直流电机的激磁绕组，欠电流保护中间继电器线圈LJ，及快速熔断器KRD组成辅助电路。

图1的电路是这样工作的：

将控制信号电路（1）中的转换开关HK转到自动状态时，控制信号电路负载电位器WL将来自自动测控系统PIP调节器的输出电流转变成控制信号电压，该信号电压从电位器WL的1′、2′两端引出，并与主回路电压负反馈电位器Wfy的1′、2′两端引出的电压负反馈信号电压，以及从主回路电流正反馈电阻Rfl两端引出的电流正反馈电压信号相串联后，加至触发电路（2）中前置级三级管BG2的基极，对触发电路进行控制，随着控制信号电流的变化，触发电路（2）中产生的弛张振荡电压的频率也随着变化，经脉冲变压器MB后，并由变压器MB副边产生的脉冲电压频率也随之变化，该脉冲电压加至可控硅KG1、KG2的控制极，触发可控硅导通，并改变其导通角θ，使可控硅整流直流输出电压随控制信号电流的大小而变化，达到自动控制输出电压。

如果将控制信号电路（1）中的转换开关HK转到手动状态，调节手动控制电位器WM，手动控制信号电流将通过控制信号电路负载电位器WL转变成手动控制电压，经触发电路（2）后，同样可控制可控硅导通，输出对应于手动控制信号电流大小的直流输出电压，达到手动控制输出电压。

在触发电路（2）中，非线性补偿电路（6）中的硅稳压管DW3的一端接于前置级三极管BG2的发射极，接受控制信号经BG2放大后的输出的电压，该电压为非补偿电压u1，显然u1与控制信号电流是成正比例，取u1的一部分，即电阻R6上电压u2加到三极管BG3的基极，BG3串联在弛张振荡电容C3的充电回路，起可变电阻作用。由于低电压值（5伏以下）的硅稳压管DW3的伏安特性，具有在其所通过的电流小的时候内阻大，电流大的时候内阻小的特点，即软击穿特性，将随着控制信号电流由小到大变化，硅稳压管DW3两端的电压u3与u2的变化规律恰好相反，即u3是先快后慢，u2是先慢后快，因u1＝u2＋u3，是线性变化。以u2控制三极管BG3，则BG3的等效内阻随控制信号电流变化的规律也是先慢后快，恰好使弛张充放电电容C3产生的锯齿波振荡频率，在控制信号电流由小变大的初始阶段变化速度适当减慢，即可控硅导通的控制角变化速度适当减慢，由此对减小直流输出电压与输入信号电流之间的非线性起到一定的补偿作用。

对于额定电压为110伏直流电机负载而言，现有的单相可控硅整流电路，控制角α的移相范围约160°，当直流输出电压为110伏时，主回路交流侧电源电压约需130伏。如图1主回路（3），将交流侧直接接至220伏交流电源，或通过电源变压器B1接至220伏交流电源，根据理论计算，在直流输出电压为110伏时，控制角α为84°15′，即α的移相范围为95°45′，考虑损耗，实际移相范围约100°。在这个移相范围内，对应交流电压波形约半个正弦波形多一些，即当α由180°变到84°15′，或输入信号电流由零变到10毫安时，交流电压则按正弦波规律由零变到最大值。在两者对应变化过程中，控制角α变化速度是先快后慢，交流电压值是由零变到最大值，两者恰好互相补偿。克服了现有单相可控硅整流电路，在移相角变化范围内，交流电压先从零变到最大值，再从最大值变到零，产生大的非线性误差的缺点。

本实用新型经实验取得如表1、表2所列实验数据，并绘制如图2表示的直流输出电压u_a与输入控制信号电流i之间的关系曲线。显然，本实用新型与现有单相可控硅调速（图3）比较，非线性大为减小，其最大非线性误差为最大输出值的3％。

表1

输入控制信号电流i(毫安）	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
												直流输入电压u(伏）	3.2	8.5	17.1	27	40	51	62	76	88	99	110

表2

输入控制信号电流i（毫安）	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
												直流输入电压u(伏）	3.5	11	19	31	43	54	68	81	92	102	110

Claims (4)

1、一种单相可控硅直流电机线性调速装置，包括直流电机本体电枢绕组D负载电路(4)、控制信号电路(1)、触发电路(2)、主回路(3)、电源控制电路(5)及辅助电路所组成，其特征在于：

(1)、在触发电路(2)中，引入非线性补偿电路(6)，

(2)、提高主回路(3)交流侧输入电压。

2、按照权利要求1所述的调速装置，其特征在于非线性补偿电路是由硅稳压管DW3及电阻R6相串联电路。

3、按照权利要求1或2所述的调速装置，其特征在于硅稳压管DW3的一端接于前置级三级管BG2的发射极。

4、按照权利要求1所述的调速装置，其特征在于主回路3交流侧直接接至220伏交流电源，或通过电源变压器B1材接至220伏交流电源。

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