电磁调速(双运放LM358)电动机控制器教学教材

电磁调速电动机控制器

一、电路简介

JD1A-40的电动机调速器，电路如图1所示。所使用的变压器二次只有一个绕组，以二极管D12在图中所处位置水平线以上是调节励磁电流的单向可控硅KZ的触发电路；之下则是触发移相调节控制电路和转速反馈电路等。XP1-XP7是航空插头，一种7芯的接插件，用于连接控制器与AC220V电源、调速电动机的励磁线圈和测速发电机的输出线。

二、电路原理分析

电机调速控制器是通过调节图1中转差离合器励磁线圈的电流来改变电动机转速的，而励磁电流则由单向可控硅KZ进行可控整流控制。KZ的触发电路由三极管V1、光耦IC1等元件组成。这部分电路的直流电源与其它电路不共地，它将电源变压器T的220V与225V之间的电位差经二极管D12整流、电容器C2滤波后供其使用。光耦IC1的①脚接地，即接变压器二次的0端，当其②脚为负电位时，光耦③、④脚内附的光敏三极管导通，三极管V1随之导通，向单向可控硅KZ发出触发信号，KZ导通，电动机转差离合器励磁线圈中有电流流过，其路径是：电源相线L→接插件XP1→开关S→熔断器FU→接插件XP3→励磁线圈→接插件XP4→单向可控硅KZ→接插件XP2→电源零线N。这时我们只要在每个电源周期内准确控制IC1②脚由高电平转换为低电平的时刻，就能调节可控硅KZ的导通角，从而调节励磁电流和电动机的转速。

变压器二次的10V电压经过二极管D11和D10整流、电容器C3和C6滤波、稳压管DW2和DW1稳压，得到+5.1V的V+和-5.1V的V-，作为集成电路LM358的工作电源使用。LM358是双运放电路，其①脚、②脚和③脚内部是一个运放，它的正输入端③脚经电阻R19接地；负输入端②脚接有3路信号：一是由转速调整电位器RP2送来的调速信号；二是测速发电机输出电压经D1~D6整流、再由“反馈量调节”电位器RP3调整后送来的反馈信号；三是输出端①脚经电阻R12、R14、R13送来的负反馈信号，这个负反馈信号使得该运放成为名副其实的反相运算放大器。与此不同的是，由⑤脚、⑥脚、⑦脚内部电路构成的运放因为没有负反馈，所以其放大倍数接近无穷大，实际上已经具有了电压比较器的功能。这个电压比较器正输入端⑤脚经电阻R18接地，负输入端⑥脚接有①脚经电阻R11送来的转速控制信号，以及经电阻R8和R10送来的同步信号，这个同步信号就是半波整流、滤波后的残余纹波。

操作调速电位器RP2，可对受控电动机进行调速。例如，顺时针旋转电位器RP2，相当于图1中RP2的中间头向下移动，②脚电位趋向于负，经运放反相放大后，输出端①脚电位趋向于正；相反情况时，①脚电位趋向于负。

图2和图3是双踪示波器上看到的波形图,位于b1~b5、a1~a4字符覆盖之下的地电位基准线。当调节电位器RP2欲使电动机转速提高时，②脚电位趋向于负，经反相运算放大后①脚

电位趋向于正。这个电压经电阻R11传送到⑥脚。

图2中的近似锯齿波是LM358反相输入端⑥脚波形，它是①脚传送来的调速信号电压与经电阻R8、R10送来的同步信号的复合波形（示波器上已看不到直流分量）；矩形波是电压比较器输出端⑦脚的波形。当⑥脚信号波形与地电位基准线相交（相交点即图2中的b1~b5、a1~a4各点）时，⑦脚电位发生反转。例如在a1点，⑥脚的电压即将高于基准线地电位，相当于电压比较器的负输入端⑥脚电位高于正输入端⑤脚，这时比较器的输出端⑦脚由正电位跳变为负电位。此后光耦IC1的①脚②脚内部发光管得电，并经后续电路使单向可控硅受触发导通。比较图2和图3可见，图2中⑥脚信号幅值较大（其最大值与基准地电位线距离较远），LM358⑦脚维持为负的时间较长，准确点说是在一个电源周期中，单向可控硅的触发时刻较早，平均导通电流自然较大，电动机转速较快。图3中⑥脚信号电压较小（其最大值与基准地电位线距离较近），LM358⑦脚维持为负的时间较短，或者说在一个电源周期中，单向可控硅的触发时刻较迟，平均导通电流自然较小，电动机转速较慢。当然可控硅的导通时长并不等于⑦脚维持负电平的时长，因为单向可控硅一旦被触发导通，触发信号即失去控制作用。锯齿波对可控硅导通的控制作用仅在于其上升沿与基准线地电平相交的时刻。

测速发电机的输出电压经D1~D6整流生成的反馈信号，可使转速调节更加快捷灵敏。

电位器RP1可以用来校准转速表的示值，使其与实际转速相一致。

三、维修技巧

在维修调速控制器时通常没有电动机可用于维修实验，所以维修人员在脱机情况下检修应具有一定的操作技巧。下面予以简单介绍。

1.更换故障元件

在向用户询问了故障发生经过及故障现象的基础上，有针对性的检查印制板上的易损件可控硅、续流二极管、熔断器、电位器、稳压管等元件，发现异常的予以更换。

2.测试解决方案

更换了异常元件后即可通电测试，用于鉴定维修结果。由于没有电动机配合试验，可按图4搭接一个模拟测试电路。图4中变压器二次的12V电压可模拟测速发电机的输出电压，开关S的通断模拟测速电压是否加到调速控制器上，白炽灯则用来代替电动机的励磁线圈。测试时先将图4中的开关S断开，然后通电，这时相当于测速反馈信号没有接入。用手调转速电位器RP2，白炽灯应有亮暗变化；白炽灯最亮时，用万用表测其两端直流电压可有90V 左右。将电位器RP2的中间头置于白炽灯

电压刚好达到90V的临界点上，合上开关

S，相当于接入测速反馈信号，白炽灯应

立即从最亮状态变暗或熄灭，这是因为测

速信号经整流后，在电位器RP3两端生成

的直流电压，要送到LM358的②脚，这个

电压与RP2送到LM358②脚的电压极性

相反。这时再调RP2亮度又可增加。同时，

调整转速反馈电位器RP3也可改变白炽灯

的亮度。如果检测结果与以上描述吻合，则说明调速控制器已完全正常。因为上述检测过程实际上测试了图1中的所有功能电路。电位器RP1、RP2、RP3的最终调整设定由用户根据产品说明书的要求在运行现场完成，不属于修理的范围。

以下是该控制器部分元器件的型号规格，供参考。

附表

元件编号型号规格及主要参数元件编号型号规格及主要参数

C1 400V 223 C11 50V 47μ

C2 50V 100μC12 400V 104

C3 50V 100μR21 680Ω

C4 50V 47μR24 51Ω1W

C5 50V 47μIC1 光耦PC817

C6 50V 100μIC2 双运放LM358

C7 25V 10μDW1 稳压管1N4733 5.1V

C8 50V 1μDW2 稳压管1N4733 5.1V

C9 50V 100μZP 二极管6A10

C10 100V 22μSCR 单向可控硅BT152-600R 20A