【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 121電壓傳感器，它利用線性光耦隔離，對(duì)輸入的直流電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并轉(zhuǎn)變?yōu)檫m當(dāng)?shù)碾妷褐递敵觯ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)電位器RP1，可得到所需的電壓反饋系數(shù)。WB121的主要技術(shù)指標(biāo)如下：輸入電壓范圍：0~300V輸出電壓范圍：0~10V測(cè)量精度：輸出負(fù)載能力：5mA(DC) 圖123 電壓隔離器五、DJK041掛件（電機(jī)調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)II）該掛件和DJK04配合可完成邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，DJK041面板如圖124所示：圖124 DJK041面板圖轉(zhuǎn)矩極性鑒別(DPT)轉(zhuǎn)矩極性鑒別為一電平檢測(cè)器，用于檢測(cè)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩極性的變化。它是一個(gè)由比較器組成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可將控制系統(tǒng)中連續(xù)變化的電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成邏輯運(yùn)算所需的“0”、“1”電平信號(hào)。其原理圖如圖125所示。轉(zhuǎn)矩極性鑒別器的輸入輸出特性如圖127a所示，具有繼電特性。調(diào)節(jié)運(yùn)放同相輸入端電位器RP1可以改變繼電特性相對(duì)于零點(diǎn)的位置。繼電特性的回環(huán)寬度為: Uk = Usr2一Usr1 = K1(Uscm2一Uscm1)式中，K1為正反饋系數(shù)，K1越大，則正反饋越強(qiáng)，回環(huán)寬度就越?。籙sr2和Usr1分別為輸出由正翻轉(zhuǎn)到負(fù)及由負(fù)翻轉(zhuǎn)到正所需的最小輸入電壓； Uscm1和Uscm2分別為反向和正向輸出電壓。邏輯～，環(huán)寬大時(shí)能提高系統(tǒng)抗干擾能力，但環(huán)太寬時(shí)會(huì)使系統(tǒng)動(dòng)作遲鈍。圖125轉(zhuǎn)矩極性鑒別原理圖 圖126零電平檢測(cè)器原理零電平檢測(cè)(DPZ)零電平檢測(cè)器也是一個(gè)電平檢測(cè)器，其工作原理與轉(zhuǎn)矩極性鑒別器相同，在控制系統(tǒng)中進(jìn)行零電流檢測(cè)，當(dāng)輸出主電路的電流接近零時(shí)，電平檢測(cè)器檢測(cè)到電流反饋的電壓值也接近零，輸出高電平。其原理圖和輸入輸出特性分別如圖126和圖127b所示。 (a)轉(zhuǎn)矩極性檢測(cè) (b)零電平檢測(cè)圖127 轉(zhuǎn)矩極性鑒別及零電平檢測(cè)輸入輸出特性邏輯控制(DLC)邏輯控制用于邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)，其作用是對(duì)轉(zhuǎn)矩極性和主回路零電平信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，切換加于正橋或反橋晶閘管整流裝置上的觸發(fā)脈沖，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無(wú)環(huán)流運(yùn)行。其原理圖如圖128所示。其主要由邏輯判斷電路、延時(shí)電路、邏輯保護(hù)電路、推b電路和功放電路等環(huán)節(jié)組成。圖128 邏輯控制器原理圖(1)邏輯判斷環(huán)節(jié)邏輯判斷環(huán)節(jié)的任務(wù)是根據(jù)轉(zhuǎn)矩極性鑒別和零電平檢測(cè)的輸出UM和UI狀態(tài)，正確地判斷晶閘管的觸發(fā)脈沖是否需要進(jìn)行切換(由UM是否變換狀態(tài)決定)及切換條件是否具備(由UI 是否從“0”變“1”決定)。即當(dāng)UM變號(hào)后，零電平檢測(cè)到主電路電流過(guò)零(UI =“1”)時(shí)，邏輯判斷電路立即翻轉(zhuǎn)，同時(shí)應(yīng)保證在任何時(shí)刻邏輯判斷電路的輸出UZ和UF狀態(tài)必須相反。(2)延時(shí)環(huán)節(jié)要使正、反兩組整流裝置安全、可靠地切換工作，必須在邏輯無(wú)環(huán)流系統(tǒng)中的邏輯判斷電路發(fā)出切換指令UZ或UF 后，經(jīng)關(guān)斷等待時(shí)間t1（約3ms）和觸發(fā)等待時(shí)間t2(約lOms)之后才能執(zhí)行切換指令，故設(shè)置相應(yīng)的延時(shí)電路，延時(shí)電路中的VDVDCC2起t1的延時(shí)作用，VDVDCC4起t2的延時(shí)作用。 (3)邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)也稱(chēng)為“多一”保護(hù)環(huán)節(jié)。當(dāng)邏輯電路發(fā)生故障時(shí)，UZ、UF的輸出同時(shí)為“1”狀態(tài)，邏輯控制器的兩個(gè)輸出端Ulf和Ulr全為“0”狀態(tài)，造成兩組整流裝置同時(shí)開(kāi)放，引起短路和環(huán)流事故。加入邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)后。當(dāng)UZ、UF全為“1”狀態(tài)時(shí)，使邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)輸出A點(diǎn)電位變?yōu)椤?”，使Ulf和Ulr 都為高電平，兩組觸發(fā)脈沖同時(shí)封鎖，避免產(chǎn)生短路和環(huán)流事故。(4)推β環(huán)節(jié)在正、反橋切換時(shí)，邏輯控制器中的G8輸出“1”狀態(tài)信號(hào)，將此信號(hào)送入調(diào)節(jié)器II的輸入端作為脈沖后移推β信號(hào)，從而可避免切換時(shí)電流的沖擊。(5)功放電路由于與非門(mén)輸出功率有限，為了可靠的推動(dòng)Ulf、Ulr,故增加了VV4組成的功率放大級(jí)。五、DJK05掛件（直流斬波電路）DJK05掛件為直流斬波電路掛箱，分為斬波器主電路和斬波器觸發(fā)電路兩大部分。面板圖如圖129所示。圖129 DJK05面板圖斬波器觸發(fā)電路斬波器觸發(fā)電路由三部分組成，圖130為斬波器觸發(fā)電路的原理圖。第一部分為由幅值比較電路U1和積分電路U2組成一個(gè)頻率和幅值均可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器。電位器RP1用來(lái)調(diào)節(jié)鋸齒波的上下位置，電位器RP2用來(lái)調(diào)節(jié)鋸齒波的頻率（頻率從100到700Hz可調(diào)）。由于晶閘管的開(kāi)關(guān)速度及LC振蕩頻率所限，所以在斬波實(shí)驗(yàn)中我們一般選用200Hz這一頻率。第二部分是比較器部分。比較器U3輸入的一路是鋸齒波信號(hào)，另一路是給定的電平信號(hào)，輸出為前沿固定后沿可調(diào)的方波信號(hào)。改變輸入的電平信號(hào)的值，則相應(yīng)改變了輸出方波的占空比。圖130 斬波器觸發(fā)電路原理圖第三部分是比較器產(chǎn)生的方波送到4098雙單穩(wěn)電路U4，單穩(wěn)電路則在方波的前沿和后沿分別產(chǎn)生兩個(gè)脈沖，如圖131所示，其后沿脈沖隨方波的寬度變化而移動(dòng)，前沿脈沖相位則保持不變，輸出的脈沖經(jīng)三極管放大通過(guò)脈沖變壓器輸出。將上述兩脈沖分別送至主晶閘管及輔助晶閘管，其中方波前沿產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖GK1接主晶閘管VT1，而后沿產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖GK2接輔助晶閘管VT2。a）4098單穩(wěn)電路輸入波形 b）主晶閘管觸發(fā)電路 c）輔助晶閘管觸發(fā)電路圖131 斬波器觸發(fā)電路輸出主、輔脈沖相位關(guān)系斬波器主電路主電路如圖132所示。其中VT1為主晶閘管，VT2為輔助晶閘管，當(dāng)主脈沖到來(lái)的時(shí)候，VT1導(dǎo)通，電源電壓就通過(guò)該晶閘管加在負(fù)載上，由VT2控制輸出電壓的脈寬。C和L1構(gòu)成換流振蕩電路,它們與VDVDL2組成VT1的換流關(guān)斷電路。接通電源時(shí)，C經(jīng)VD負(fù)載充電至+Ud0，VT1導(dǎo)通，電源加到負(fù)載上，當(dāng)輔助脈沖到來(lái)時(shí)，VT2導(dǎo)通，C和L1產(chǎn)生串聯(lián)振蕩，C上的電壓由+ Ud0變?yōu)閁d0，C經(jīng)VD1和VT1反向放電，使流過(guò)VT1的電流降到零，迫使VT1關(guān)斷。VD3為續(xù)流二極管，為反電勢(shì)負(fù)載提供放電回路。圖132 斬波器主電路六、DJKO6掛件(給定及實(shí)驗(yàn)器件)該掛件由給定、負(fù)載及+24V直流電源等組成。面板示意圖如圖133所示。圖133 DJK06面板圖負(fù)載燈泡 作為電力電子實(shí)驗(yàn)中的電阻性負(fù)載。給定 作為新器件特性實(shí)驗(yàn)中的給定電平觸發(fā)信號(hào)，或提供DJK021等掛件的移相控制電壓。輸出電壓范圍15V～0V～+15V。原理圖詳見(jiàn)圖118。二極管 提供四個(gè)二極管可作為普通的整流二極管，也可用做為晶閘管實(shí)驗(yàn)帶電感性負(fù)載時(shí)所需續(xù)流二極管。在回路中有一個(gè)鈕子開(kāi)關(guān)對(duì)其進(jìn)行通斷控制。注意由于該二極管工作頻率不高，故不能將此二極管當(dāng)快速恢復(fù)二極管使用，規(guī)格為：耐壓800V，最大電流3A。壓敏電阻三個(gè)壓敏電阻（規(guī)格為：3kA/510V）用于三相反橋主電路(邏輯無(wú)環(huán)流直流調(diào)速系統(tǒng))的電源輸入端，作為過(guò)電壓保護(hù)，內(nèi)部已連成三角形接法。注意如果在DZSZ1型上使用時(shí)，調(diào)節(jié)整流橋輸入的電壓時(shí)不可輸入線電壓350V的交流電壓，否則會(huì)造成壓敏電阻損壞。七、DJK07掛件（新器件特性實(shí)驗(yàn)）該掛件裝有SCR(單向晶閘管)、MOSFET(功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管)、IGBT(絕緣雙極性晶體管)、GTO(門(mén)極可關(guān)斷晶閘管)、GTR(大功率晶體管) 五種功率器件。與DJK06等掛件配合使用，可完成SCR、MOSFET、IGBT、GTO、GTR的特性實(shí)驗(yàn)，測(cè)定新器件的特性曲線；與DJK12等掛件配合使用，可完成MOSFET、IGBT、GTO、GTR的驅(qū)動(dòng)及保護(hù)實(shí)驗(yàn)。面板圖如134所示：圖134 DJK07面板圖八、DJK08掛件（可調(diào)電阻、電容箱）DJKO8掛件作為電機(jī)調(diào)速控制中電流、速度調(diào)節(jié)器的外接電阻、電容。共有2組可調(diào)電阻、3組可調(diào)電容。其中2組電阻值可以在0～999kΩ范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，額定功率為2W；～，～，其耐壓值為63V（注意：使用時(shí)外加的電壓信號(hào)值不能超過(guò)此值）?？烧{(diào)電容箱處裝有鈕子開(kāi)關(guān)和琴鍵開(kāi)關(guān)，四個(gè)鈕子開(kāi)關(guān)為一路，共有三路，分別控制各自的電容輸出端，將開(kāi)關(guān)撥至“接入”位置表示已將鈕子開(kāi)關(guān)所標(biāo)的電容值接入，撥向“斷開(kāi)”位置，則表示將該電容斷開(kāi)。鈕子開(kāi)關(guān)上部有一組琴鍵，每組琴鍵開(kāi)關(guān)分別控制其下面三路電容的接入，按下琴鍵開(kāi)關(guān)的任意鍵，則表示已將該鍵所標(biāo)的電容值接入下面三路電容輸出端。圖135 DJK08面板圖 圖136 DJK09面板圖九、DJK09掛件(單相調(diào)壓與可調(diào)負(fù)載)該掛件由可調(diào)電阻、整流與濾波、單相自耦調(diào)壓器組成，面板如圖136所示。可調(diào)電阻由兩個(gè)同軸90Ω/，通過(guò)旋轉(zhuǎn)手柄調(diào)節(jié)電阻值的大小。 整流與濾波的作用是將交流電源通過(guò)二極管整流輸出直流電源，供實(shí)驗(yàn)中直流電源使用，交流輸入側(cè)輸入最大電壓為250V,有2A熔絲保護(hù)。 單相自耦調(diào)壓器額定輸入交流220V，輸出0～250V可調(diào)電壓。十、DJK10掛件(變壓器實(shí)驗(yàn)) 該掛件由三相心式變壓器以及三相不控整流橋組成。面板圖如圖137。三相心式變壓器在繞線式異步電機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中作為逆變變壓器使用，在三相橋式、單相橋式有源逆變電路實(shí)驗(yàn)中也要使用該掛箱。該變壓器有2套副邊繞組，原、副邊繞組的相電壓為127V/。(如果Y/Y/Y接法，則線電壓為220V/110V/55V) 三相不控整流橋由六只二極管組成橋式整流，最大電流3A?？捎糜谌鄻蚴?、單相橋式有源逆變電路及直流斬波原理等實(shí)驗(yàn)中的高壓直流電源。圖137 DJK10面板圖十一、DJK12掛件（功率器件驅(qū)動(dòng)電路實(shí)驗(yàn)箱）DJKl2掛件是功率器件驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路實(shí)驗(yàn)箱，其中包括GTO、GTR、MOSFET、IGBT四種自關(guān)斷器件的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路，可拖動(dòng)直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)壓調(diào)速實(shí)驗(yàn)。掛件由以下幾部分組成：PWM信號(hào)發(fā)生電路(PWM)、GTO驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路(GTO)、GTR驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路(GTR)、MOSFET驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路(MOSFET)、IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路(IGBT)、穩(wěn)壓電源。面板如圖138所示：穩(wěn)壓電源提供177。5V、177。15V及20V電源，供各個(gè)驅(qū)動(dòng)電路使用。PWM信號(hào)發(fā)生器PWM波形發(fā)生器是為新器件驅(qū)動(dòng)電路提供PWM波形，其工作原理是由SG3525為核心的PWM發(fā)生器，工作原理詳見(jiàn)半橋型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的性能研究。實(shí)驗(yàn)時(shí)，把PWM波形發(fā)生器的輸出接至各驅(qū)動(dòng)電路的輸入，用示波器在驅(qū)動(dòng)電路的輸出端觀察相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)波形。用鈕子開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換，可選擇高頻和低頻的PWM波形，高頻檔是為MOSFET和IGBT驅(qū)動(dòng)電路所用，頻率調(diào)節(jié)范圍從2～10K，低頻檔是為GTR和GTO驅(qū)動(dòng)電路所用，頻率調(diào)節(jié)范圍從200～1000Hz。通過(guò)調(diào)節(jié)電位器W1，可對(duì)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)；輸出PWM波的占空比由電位器W2進(jìn)行調(diào)節(jié)。GTO驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路GTO的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路如圖139所示：電路由177。5V直流電源供電，輸入端接PWM發(fā)生器輸出的PWM信號(hào)，經(jīng)過(guò)光耦隔離后送入驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)比較器LM311輸出低電平時(shí)，VV4截止、V3導(dǎo)通圖138 DJK12面板圖+5V的電源經(jīng)R1R1R14和C1加速網(wǎng)絡(luò)向GTO提供開(kāi)通電流，GTO導(dǎo)通；當(dāng)比較器輸出高電平時(shí)，V2導(dǎo)通、V3截止、V4導(dǎo)通，5V的電源經(jīng)LR1VR14提供反向關(guān)斷電流，關(guān)斷GTO后，再給門(mén)極提供反向偏置電壓。圖139 GTO驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路原理圖IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路IGBT管的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路如圖140所示，該電路采用富士通公司開(kāi)發(fā)的IGBT專(zhuān)用集成觸發(fā)芯片EXB841。它由信號(hào)隔離電路、驅(qū)動(dòng)放大器、過(guò)流檢測(cè)器、低速過(guò)流切斷電路和柵極關(guān)斷電源等部分組成。EXB841的“6”腳接一高壓快恢復(fù)二極管VD1至IGBT的集電極，以完成IGBT的過(guò)流保護(hù)。正常工作時(shí)，RS觸發(fā)器輸出高電平，輸入的PWM信號(hào)相與后送入EXB841的輸入端“15”腳。當(dāng)過(guò)流時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路的保護(hù)線路通過(guò)VD1檢測(cè)到集射極電壓升高，一方面在10us內(nèi)逐步降低柵極電壓，使IGBT進(jìn)入軟關(guān)斷；另一方面通過(guò)“5”腳輸出過(guò)流信號(hào)，使RS觸發(fā)器動(dòng)作，從而封鎖與門(mén)，使輸入封鎖。 圖140 IGBT管的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路MOSFET驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路MOSFET的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路如圖141所示，該電路由177。15V電源供電，PWM控制信號(hào)經(jīng)光耦隔離后送入驅(qū)動(dòng)電路，當(dāng)比較器LM311的“2”腳為低電平時(shí)，其輸出端為高電平，三極管V1導(dǎo)通，使MOSFET的柵極接+15V電源，從而使MOSFET管導(dǎo)通。當(dāng)比較器LM311“2”腳為高電平時(shí)，其輸出端為低電平15V，三極管V1截止，VD1導(dǎo)通，使MOSFET管柵極接15V電源，迫使MOSFET關(guān)斷。圖141 MOSFET管的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路GTR驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路GTR的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路原理框圖如圖142所示：該電路的控制信