ZCC1是晶闸管—电动机直流调速装置（简称ZCC1系列），来阐述晶闸管—电动机直流调速系统分析。ZCC1系列晶闸管—电动机直流调速装置为三相全控桥不可逆直流调速装置，是以Z2、Z3系列直流电动机电枢供电为主要用途的、通用的晶闸管—电动机调速装置。

基本性能

主回路

控制回路(触发电路 给定积分电路 速度调节单元 电流调节器单元 保护电路及触发输入（CSR） 速度变换器 电源及故障综合电路)

电路综合分析

晶闸管电动机直流调速系统在工业生产中获得广泛应用。ZCC1是晶闸管—电动机直流调速装置（简称ZCC1系列），来阐述晶闸管—电动机直流调速系统分析。ZCC1系列晶闸管—电动机直流调速装置为三相全控桥不可逆直流调速装置，是以Z2、Z3系列直流电动机电枢供电为主要用途的、通用的晶闸管—电动机调速装置。

基本性能

装置的负荷性质按连续工作制考核。

装置在长期额定负荷下，允许150%额定负荷持续二分钟，200%额定负荷持续10秒钟，其重复周期不少于1小时。

装置在交流进线端的电压为（0.9~1.05）380伏时，保证装置输出端处输出额定电压和额定电流。

电网电压下降超过10%范围时输出额定电压同电源电压成正比例下降。

装置在采用转速反馈情况下，调速范围为20∶1，在电动机负载从10%~100%额定电流变化时，转速偏差为最高转速的0.5%（最高转速包括电动机弱磁的转速）。

转速反馈元件采用ZYS型永磁直流测速发电机。

装置在采用电动势反馈（电压负反馈、电流正反馈）时，调速范围为10∶1，电流负载从10%~100%变化时，转速偏差小于最高转速的5%（最高转速包括电动机弱磁的转速）。

装置在采用电压反馈情况下，调压范围为20∶1，电流负载从10%~100%变化时，电压偏差小于额定电压的0.5%。

装置给定电源精度，在电源电压下降小于10%以及温度变化小于±10℃时，其精度为1%。

主回路

ZCC1系列装置主电路采用三相桥式全控整流电路，交流进线电源通过三相整流变压器（或者交流进线电抗器）接至380V交流电源。为了使电机电枢电流连续并减小电流脉动以改善电动机的发热和换向，在直流侧接有滤波电抗器L。

ZCC1系列装置主回路设有过电压保护和过电流保护。交直流侧过电压保护采用阻容过电压和氧化锌压敏电阻器。晶闸管换相过电压保护采用阻容过电压吸收器。过电流保护有快速熔断器、电子过电流保护以及过电流继电器。电动机励磁回路设有过电压保护和失磁保护。

控制回路

触发电路

同步移相环节：同步移相环节中，包含同步环节、锯齿波形成、垂直移相控制等几个部分。同步电压US经R1、C1、RP1、R3组成的滤波环节后加至V1的基极和发射极。VD1与V1的工作状态取决于电容器C1的两端电压，当电容器C1的上端为正时，VD1通道，V1截止。反之，当电容器C1的下端为正时，VD1截止，V1导通。滤波环节不仅可以消除电网电压畸变对V1的开关作用的影响，并且可通过调节电位器RP1改变阻容移相角，是同步电压US与主回路电压的相位相适应，以实现同步。

锯齿波形成与移相环节：锯齿波形成环节由C2、V1、V2、R3、R4、R5、RP2、VD2、VD3、VD4等组成。V2、R3、R4、R5、VD2、VD3、VD4等组成恒流电路。V2的基极典韦由R3、VD2、VD3、VD4、R4组成的固定分压电路决定，则V2的发射极点位也是固定的，发射极电流ie2由此固定电压除以电阻R5与RP2得到，是恒定的电流。

调节RP2阻值就可以改变恒流电流值，即改变电容器C2的充电电流值，从而改变锯齿波电压的斜率。电容器C2的充放电由V1控制，V1截止时恒定电流ic2对电容器C2进行充电，电容器两端电压随时间t按线性增长，极性为下正、上负，而V1导通时，电容器C2进行放电，电容器两端电压为零。V1的状态受滤波后的同步电压控制us’。us’在为正半周时，V1截止，电容器C2充电，电容两端电压按线性增大；在us’为负半周时，V1导通，电容器C2放电，电容器两端电压为零。由此在电容器C2上即得到频率与电源相同的锯齿波同步信号。直流控制电压Uct为正电压输入，加在3号角和接地端之间，与同步电压串联。当V1导通时，V1的集电极B点点位UB和控制电压UC相同；当V1截止时，电容器C2进行充电，电容两端电压Uc2按线性增大，B点点位UB=UC- Uc2线性下降，到UB<0时，VD5导通，V3从导通变为截止，输出触发脉冲。改变直流控制电压Uct的大小即改变了锯齿波电压的起始电位。直流控制电压Uct越大，锯齿波电压的起始电位越高，C2的充电时间越长，V3从导通变成截止，输出触发脉冲的时刻的滞后也就越大，即Uct增加，控制角也增大。由此可见，改变直流控制电压Uct，也就改变V3从导通到截止的时刻，从而实现脉冲移相控制。

脉冲形成与整形环节：该环节主要由V3、V4、V5组成。当V3从导通变为截止时，V3集电极电位上跳约为15V，通过C4输出一个正脉冲，送到V4基极，对V4、V5组成的单稳态电路进行触发。在脉冲来之前的稳态时，V4、V5都处于截止状态；当V4得到正脉冲后，由截止变为导通，V4集电极电位下降，通过R11、C5使V5获得基极电流而导通。V5导通后通过R12、VD10对V4引进正反馈，使V4、V5迅速进入饱和导通。V5导通时，其集电极输出的脉冲经VD12送向功放级，由于正反馈的作用使得输出的脉冲前沿变陡。R12、VD10的另一个作用是在C4充电结束后正脉冲消失后向V4提供基极电流，使V4仍能导通。在V4导通后，+15V电源经R10、R11、V4开始对电容C5进行充电，使C5两端电压增大，V5饱和导通，V5集电极电位开始下降，由它提供的V4的基极电流随之减小，不能在维持V5饱和导通，V5集电极电位开始下降，由他提供的V4的基极电流随之减少使V4开始脱离饱和和导通状态，V4集电极电位开始上升，V5基极电流进一步下降，V5集电极电位也进一步下降，从而使V5和V4迅速截止，V5集电极输出的触发脉冲结束，单稳态电路的暂稳态结束。因此，触发脉冲宽度取决于C5、R11、R10数值。在V3导通，V4、V5截止时，C4经V3、VD8放电，C5经VD9、R9放电，为下一次产生脉冲做好准备。

双脉冲形成与放大环节：从V5的集电极输出的脉冲，经VD12输入脉冲功放级V6、V7，同时又通过VD11从双脉冲输出端给前一相触发电路输出一个补脉冲。同样，经过双脉冲输入端从后一相触发电路输入一个在相位上滞后60°的补脉冲，因此在VD12的阴极得到相位差为60°的双脉冲。从VD12的阴极得到的双脉冲经R14、稳压管VS1、V6、V7脉冲功放级放大后去驱动脉冲变压器输出触发脉冲。

给定积分电路

给定积分器由三个集成放大器N1、N2、N3组成的电平检测器、积分器和反相器组成。N1为反向输入的开环放大器，给定信号从6号端输入，在N1输出端得到极性与输入相反，幅值接近于电源电压的输出电压。由于N1上的反馈电阻R9取值较大，仅起到稳定输出的作用，因此N1仍被当做比较器看待。N1比较器的正、负向输出电压限幅采用三极管反馈限幅方式。现以正向限幅为例说明，V1的基极电位由N1的输出电压经VD5、RP3、R11到-U的分压值确定，在N1输出幅值未达到限幅值时，V1的基极电位为负，V1截止。当N1输出增大达到限幅值时，RP3与R11分压值升高，使V1的基极电位由负增至大于零后，三极管V1导通，则N1比较器的输出电压被钳位而不能再显著调高，达到限幅目的。正、负限幅值各由RP3和RP4调整。在有弱磁的调速系统中，正速度信号从三号端输入，达额定转速时，由R6和R4分压，使V1基极电位从高于零开始，BG1基极电流逐渐加大，比较器输出限幅值下降，即加速度降低，限制了弱磁高速下主回路电流，以适应电动机的换向能力。4号端供输入负速度信号。

N2为积分电路，其积分时间常数为电阻器R13和R14的并联值与电容器C1的乘积。由于积分电路的输入电压为恒定值，故积分电路的输出电压u2为一个先行变化的斜坡信号，调整RP5、U1、R13、R14、C1都可以调整输出电压斜率。调整电阻器R13、R14和C1可粗调积分时间常数。N3为反相器，将N2的输出信号反向后送到N1的输入端，以保证其与N1的给定输入极性相反而成为负反馈。

速度调节单元

速度调节器（ASR）是运算放大器与反馈网络组成的PI调节器，速度调节器的主要作用是使速度外环获得最佳运行状态，也就是使电动机的转速尽可能迅速而准确地跟随给定值，使电动机转速不受外部扰动的影响。此外，对速度调节器的输出进行限幅，用以限制系统的截止电流，使系统非常简便地获得敏锐的截止特性。在调速系统中，经常要求静差小、动态响应较快，因此速度调节器的比例系数要适当大一些。

速度调节器单元包括由集成放大器N1组成的电平检测器和N2组成的调节器两个部分。由转速给定电位器取出的给定信号直接送到速度调节器单元的14号端，即N1电平检测器的输入端；而给定积分电路的输出给定信号则送到13号端，即N2速度调节器的输入端。电平检测器是由集成运放N1加上正反馈形成，它具有继电特性，有一定的回环宽度，用以鉴别是否有速度给定。当给定信号小于0.2V时，由于N1从电位器RP2获得正向偏压，所以N1输出最大电压。该输出电压同二极管V1加到N2速度调机器，使N2速度调节器迅速输出负向限幅电压，通过电流调节器输出1个推β信号，使触发器产生的触发脉冲处于βmin，系统处于可靠的停机状态。当14号端接收到的速度给定信号幅值大于0.2V时，N1电平检测器迅速翻转输出为负，由于二极管VD1的阻挡作用，使得不再有正向偏压加至N2速度调节器，从而接触了封锁，使N2速度调节器迅速退出负饱和，并开始按速度偏差信号进行PI调节。

调节器输出电压正限幅采用三极管反馈限幅方式，调节电位器RP3来改变正向电压限幅值。调节器输出电压附限幅采用二极管反馈限幅方式，负向电压限幅值固定为-2V。

电流调节器单元

电流调节器（ACR）也是由运放与RC反馈网络组成的PI调节器，电流调节器的主要作用是使电流内环获得最佳的工作状态，可以使电流内环被校正为1个小惯性环节，以便于实现速度外环的最佳化，这样整个系统的最佳化也就容易实现了。另外，由于电流内环的快速调节作用，可以抑制由于电网电压突变而引起的速度波动。

电流调节器单元包括VD1~VD6所组成的电流检测变换电路和集成放大器N组成的电流调节器两个部分。二极管VD1~VD6组成三相整流桥，接收来自二次侧额定电流为0.1A的交流电流互感器的信号，并将其变换成直流电压，作为电流反馈电压输出到电流调节器，电流负反馈电压的大小可调节电位器RP1。为防止电流互感器二次侧开路而引起电压冲击，通过12号端和13号端设置了与主电路合闸的连锁关系，只有当电流调节器单元板插在印板插座中时，主电路才能接通。

来自速度调节器的输出信号有5号端接入电流调节器作为电流环的给定信号，在该输入端有R2、R3、C1组成的T形滤波器。电流反馈信号与给定信号比较后的电流偏差信号由调节器进行PI调节。为加快对电网波动的调节作用，在电流反馈输入端同时还带有由C2、R5引进的电流微分负反馈。电流调节器的输出通过19号端、20号端送往触发输入单元的3号端。电流调节器输出电压的正、负限幅均采用二极管反馈限幅方式。

保护电路及触发输入（CSR）

过电流保护电路：过电流保护电路由晶体管V1和小晶闸管VT1及有关电阻器、电容器组成。由电流调节器单元中电流变换电路产生的电流反馈信号电压Ui一方面作为电流调节器的反馈信号，另一方面又送到过电流保护电路板的20号端，它与从电位器RP1取出的偏置电压U1进行比较。当都电流反馈电压小于偏置电压时，二极管VD1的阴极电位为正，VD1处于阻断状态，正电源经电阻R6为V1提高饱和基极电流使V1饱和导通，小晶闸管VT1处于阻断状态，正电源R9、VD3、R10，为晶体管V2提高饱和基极电流而使V2饱和导通。当电流反馈电压大于偏置电压时，二极管VD1的阴极电位为负，VD1导通，原来通过R6进入V1基极的电流转移到VD1使V1截止，正电源通过R7、VS1为晶闸管VT1提供触发电流，晶闸管VT1导通，VT1阳极电位下降为1V左右，再由R10 、R11的分压左右使V2因基极电位为负而截止。正电源通过R12、R13、VD5给触发输入电路输入1个推β信号，将触发脉冲推至最小逆变角βmin并保持，使晶闸管装置处于最大逆变电压工作，迫使主电路电流下降以免事故扩大。同时，VT1阳极的低电平通过15号端输出一个表示过电流的事故信号，还通过7号端输出1个过电流联锁信号电压，使外接继电器动作。由于晶闸管VT1一旦导通，即使触发信号消失，它仍能保持导通状态并起到事故记忆作用，因此事故处理后需按复位按钮进行复位，使晶闸管VT1关断，解除记忆。过电流动作的整定值可通过调整RP1来改变。

触发输入电路：触发输入电路在本系统中主要的作用是进行电平变换。电流调节器输出的信号电压极性根据实际控制情况的不同有正、有负，而触发电路只能在正的移相控制信号电压下工作。因此，要用触发输入电路将来自电流调节器输出的正负信号电压变换为正输出信号电压，以适应触发电路的移相控制信号电压的要求。

电流调节器输出电压UK从本电路板的三号端输入，它与电位器RP2上取得的电压U2进行叠加，在V3的基极A点得到电位UA。电路中，RP4活动端取出的电压为UM，RP3活动端取出的电压为UN，当UN<UA<UM时，晶体管V3、V4、V5都工作在线性放大区。如果忽略三极管发射极和基极的压降及二极管的正向压降，同时考虑到V5的基极电流通常只有几十微安，在R22上的压降也可忽略，这样，从13号端输出的移相控制信号电压Uct便能计算出，调节电位器RP2使偏移电压U2的大小变化，就可以改变触发输入单元输出的移相控制信号电压Uct的大小，使其满足触发电路的需要。

除了电平变换作用外，本电路还具有设置触发脉冲初始相位α、Uctmin和Uctmax的限制功能。在3号端输入电压UK=0时，可通过调节电位器RP2调整偏移电压U2的大小，即可改变系统的触发脉冲的初始相位角α0，使其处于α=90°或其他所需值。当3号端输入控制电压UK负向增大时，V3饱和导通，其集电极电位Uc3升高，VD8截止，正电压通过R18为V4的基极提供饱和基极电流，V4饱和导通，Uce4≈0，Uc4=Ue4=UN，所以Uct=Ub5=UN。因此，即使输入电压UK负向电压继续增加，13号端的输出电压Uct不变，Uctmin= UN。输出电压Uctmin对应于触发电路控制角αmin。调整电位器RP3可改变Uctmin的值，即改变αmin。当三号端输入控制电压UK正向增加时，Ub5、Uc4也随之上升，当Ub5、Uc4>UM时，VD9导通，Uct=Ub5= Uc4=UM，即使UK继续增大，使Ub3也随之上升，而Uct却保持UM不变，即Uctmax=UM。输出电压Uctmax对应于触发电路控制βmin。调整电位器RP4可改变Uctmax的值，即改变βmin。

速度变换器

转速变化器将直流测速发电机电枢电压经分压后向速度调节器提供转速反馈信号，同时还提供转速仪表所需的信号、超速保护信号。

直流测速发电机的电压从10号端和3号端输入。输入信号经电阻器R1~R4降压后，从12号端和4号端分别可输出相反极性的转速反馈电压，具体可根据控制系统要求转速反馈电压的极性选用，本系统中选用12号端输出正极性的转速反馈电压。该转速反馈电压大小可分别调节电位器RP1、RP2，一般调整到±8V。另外，二极管VD7~VD10整流后，从6号端输出恒正电压，从5号端输出恒负电压，可供弱磁系统使用；从14号端输出与测速发电机电压成正比例的转速信号电压供转速表用。ZCC1系统要求使用的测速发电机最大直流电压在50~200V之间，当测速发电机最大输出直流电压低于110V时，电阻器R1和R2应短接以减小衰减量。

超速保护电路由集成运放N构成的电压绝对值检测器和小晶闸管VT组成带有记忆功能的电平检测器电路。转速反馈电压经二极管VD11或VD12整流变成正绝对值转速反馈电压，与偏执电压进行比较后送集成放大器N的同相输入端。正常时转速反馈电压幅值小于电位器RP4上取出的偏置值，比较器输出负向电压，小晶闸管VT关断，输出19号端为高电平。一旦超速发生，转速反馈电压即大于电位器RP上取出的偏置值，则比较器输出正向电压，小晶闸管VT导通，输出19号端为低电平。

电源及故障综合电路

电源及故障综合电路（GZ）中除了提供+24V电源给触发电路作为触发电源使用之外，主要作用是在调速系统中进行故障信号的综合与鉴别，通过发光二极管显示故障所在，还能输出电平信号，通过外接继电器为系统提供联锁触电信号。本电路可对±15V工作电压欠压、主电路过流、电动机超速等故障信号进行综合。

触发电源由三相交流22V电源经VD01~VD06整流，电容C01、C02滤波后输出+24V，供触发装置使用。过电流、超速信号电压分别经4号端与5号端输入，正常时输入均为“1”，三极管V2导通，外接继电器K吸合，其动合触点串联在主回路合闸回路中，K吸合时主回路能正常接通，此时三极管V1基极通过V2集电极反馈电阻器R5得到低电平而使V1截止。当发生过电流或超速时，4号端或5号端上出现“0”，对应发光二极管点亮以指示故障种类；同时VD1或VD2导通，使V1集电极电位变为低电平，V2截止，继电器K失电，其动合触点释放出事故信号，使主回路断开。±15V工作电源接2号端和21号端，正常时V3导通，V3集电极电位低于零电位，不影响V1、V2状态。当±15V电源中任意一个电压过低时，均使V3截止，其集电极电位变为高电平而使V1导通，V2截止，继电器K亦失电释放，发出故障信号。

电路综合分析

停车状态电动机停车时，开关S打开，给定电压Ugn=0，速度（转速）调节器单元中A1速度比较器输出一个大于+8V的推β信号电压，使速度（转速）调节器输出电压为负向限幅值-Ugi，电流调节器输出电压为正向限幅值UKmax，通过触发输入单元CSR、触发器CF，使晶闸管变流器控制角处于最小逆变角βmin，电动机处于停车状态。

电动机正向启动运行当开关S闭合，给出负的正向速度给定电压（Ugn=-），当速度给定电压Ug>0.2时A1速度比较器迅速翻转输出为负电压，使速度（转速）调节器迅速退出负限幅值-Ugi并开始按速度偏差信号进行P、I调节。经积分给定器使给出负的给定电压变成线性变化的负的给定电压Ugn。速度（转速）调节器的输入偏差△Un=Ugn-Ufn，其极性为负。由于转速反馈电压Ufn受机械惯性影响，增加较慢，所以速度（转速）调节器的输出Ugi为正的限幅值。该输出电压Ugi是电流调节器的电流给定电压，电流调节器输入电压△Ui=Ugi-Ufi,极性为正，因而电流调节器的输出电压UK为负。经过触发输入单元CSR-1，触发器CF-1使晶闸管变流器的控制角从βmin向前移动使α<90°，晶闸管变流器工作于整流状态，电动机正向启动。以后启动过程和前面所述的速度电流双闭环调速系统启动过程一样，不再重复。稳态运行时，速度反馈电压Ufn基本上等于速度给定电压Ugn，速度（转速）调节器的输出电压Ugi基本上与负载电流反馈电压Ufi相等。

减速（或停车）正向减速时速度给定值减小，极性不变仍为负给定电压，而电动机转速来不及改变，所以速度（转速）调节器的输入端偏差△Un=Ugn-Ufn为正，速度（转速）调节器ASR的输出Ugi为负的限幅值，使电流调节器的输出电压UC为正，经过触发输入单元CSR，触发器CF使晶闸管变流器的控制角从α<90°迅速后移至βmin，主回路电流经本桥逆变后很快衰减到零。对于不可逆系统由于晶闸管变流器只能提供一个方向的电流，电动机只在负载阻力矩作用下减速，直至电动机转速降至接近新的给定值时，由于速度微分反馈的提前作用使速度给定值Ugn重新大于速度反馈值Ufn，速度（转速）调节器输出开始退出负的限幅值，电流调节器输出从正的最大值向负电压变化，触发器CF的触发脉冲从βmin开始前移，电流环和速度（转速）环相继投入闭环工作，晶闸管变流器控制角α<90°工作在整流状态，电动机在新的给定值下运行。

当正向停车时速度给定电压Ugn=0（<0.2V时），速度（转速）调节器单元中A1速度比较器输出一个大于+8v的推β信号电压，使速度（转速）调节器输出为负向限幅值-Ugi，电流调节器输出为正向限幅值+Ucmax，使晶闸管变流器控制角迅速后移到βmin，电动机在阻力矩作用下减速至停车。