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五月 30 2019

LM324在直流调速系统电路中的应用设计

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LM324LM324TexasInstruments低功率四通道运算放大器3V~40Vor±20V

  LM324集成四运放具有电源电压范围宽,静态功耗小等特点,因此被广泛应用在各种电路中。本文讲述了LM324集成四运放在直流调速系统调节电路中构成了不同功能的应用电路:零封锁电路、给定积分器电路、加法器及限幅电路。通过对这些单元电路的工作原理、在系统中的作用及关键点电压的计算和分析。说明了LM324集成四运放在调节电路中的核心作用。

  1.LM324集成运算放大器

  1.1引脚功能

  LM324内部有4个运算放大器,有相位补偿电路。工作电压范围宽.可用正电源3~30 V,或正负双电源±1.5~±15 V工作。它的输入电压可低到地电位,而输出电压范围为0~VCC。LN324电路符号如图1所示,它有5个引出脚,其中“+”、“-”为两个信号输入端,“V+”、“V-”为正、负电源端。“Vo”为输出端。图2为LM324的引脚排列图,表1为LM324的主要参数。

LM324电路符号

  图1 LM324电路符号

LM324引脚排列

  图2 LM324引脚排列

主要参数表

  在电机调速系统的调节电路中,有集成运算放大器LM324组成了比例放大电路、比例积分电路、加法器电路等。

  1.2特点介绍

  (1)具有宽的单电源或双电源工作电压范围;单电源3V~32V,双电源±1.5V~±15V

  (2)内含相位校正回路, 外围元件少

  (3)高增益频率补偿运算

  (4)额定电源电压:+15V

  (5)短路保护输出

  (6)真正的差分输入级

  (7)低偏置电流:最大100nA

  (8)每封装含四个运算放大器。

  (9)具有内部补偿的功能。

  (10)共模范围扩展到负电源

  (11)行业标准的引脚排列

  (12)输入端具有静电保护功能

LM324外形

  图3 LM324外形

  2.直流电动机概述

  直流电动机由晶闸管整流器将交流电整流成为可调直流电,并引入电压负反馈、电流截至负反馈等组成自动稳速的无级调速系统。大多数生产企业在生产过程中为使设备以合理的速度进行工作,需要使用能调速的直流电机。由集成运放电路LM324组成的直流电机调速系统,应用在直流调速的生产场合,性能稳定,可达到提高产品质量的目的。

  3.直流调速系统调节电路原理

  调节电路是调速控制电路的核心,电路主要由零封锁电路、给定积分电路、滤波型调节电路和保护电路等组成。其主要作用是对给定信号、电流截止负反馈信号、电压负反馈信号、缺相信号和过电流信号等电压量进行综合、调节和放大,产生的输出电压作为集成移相脉冲触发器的控制电压。通过控制触发脉冲角(移相角)的大小,来控制进闸管整流系统的输出电压。

  4.应用电路分析

  LM324可以组成比例放大电路、比例积分电路、加法器电路等。下面对LM324在直流调速电路中的具体应用电路进行分析。

  4.1零封锁电路

  零封锁电路的作用是防止由于控制电路中元器件的温度漂移等因素引起的电动机爬行。其基本电路如图4所示。

零封锁电路

  图4 零封锁电路

  由于反馈电阻R5=2 MΩ,所以零封锁电路近似为电压比较器。当UB=+15 V时,

6.jpg

  即运算放大器同相输入为0.29V,反相输入为Ug′。Ug′的范围为-9.7~9.7V。

  当Ug′<UA时,即Ug′<0.294V时,UB=+15V,二极管VD3导通,UO1=14.7V。

  当Ug′>UA时,即Ug′>0.294V时,UB=+15V,二极管VD3截至,UO1=0V。

  4.2给定积分器电路

  给定积分器电路的作用是将突变的信号变成连续缓慢变化的信号,以防止突加的给定信号导致输出电压升高,造成电动机过流。基本电路如图5所示。

给定积分器电路

  图5 给定积分器电路

  给定积分器电路由电压比较电路Ug'、C5积分电路和反馈电路组成。给定电压经滤波,再经过由R10、R11、C6组成的无源迟后校正网络抗干扰后作用于由IC1B、R11、Rp6组成的缓冲器上,进行缓冲,调节Rp6可改变积分常数(积分时间),然后经由IC1D、C7、C8等原件组成的积分器输出,最后再次经校正网络输出C02电压。

  当Ug'≤0时,UA=-15 V。由于二极管VD6的作用,U02=UUg'+0.7V,调节范围为-9.7~+9.7V。

  当Ug'≥0时,UA=+15 V。由于反馈电阻R18的作用,U02=Ug',调节范围为-10~0V。

  4.3电压比较电路

  其基本电路如图6所示。

电压比较基本电路

  图6 电压比较基本电路

  该电路为迟滞电压比较器,输入信号Ub3=Ub1+Ub2。

9.jpg

  当Ub3<-0.29 V时,UB=+15 V,Ub4=14.3 V,当Ub3>-0.29 V时,UB=-15 V,Ub4=0 V。迟滞环的作用是抗干扰的,次电路环宽仅为0.6 V左右。

  4.4加法器和限幅电路

  (1)加法器的作用:滤波型调节器的作用是对零速封锁电路输出电压U01、给定积分器电路输出电压U02、电压负反馈电路和电流截止负反馈电路输出电压U03及保护电路输出电压U04的综合电压Uk进行放大,得到控制电压Uk,来控制触发脉冲的控制角大小,从而控制晶闸管直流传动装置的输出电压。加法器和限幅电路如图7所示。

加法和限幅电路

  图7 加法和限幅电路

  (2)加法器工作原理分析:该电路是有集成运算放大器组成的加法器,电容C9、C10反向串联组成的无极性电容,在电路中起滤波作用。控制电压为:

控制电压公式

  限幅电路的作用是通过调节电位器Rp1可以限制UK电压的最大输出值,调节电位器Rp2可以限制UK电压的最小负输出值。调节合理的正限幅电压和负限幅电压可以控制最小控制角αmin和最小逆变角βmin。

  5.结束语

  采用四运放LM324集成电路与电阻和电容以一定的电路连接方式实现各种功能,四运放LM324集成电路在整个电路中起到了核心作用。电路工作时,当给定电压小于时0.3 V,晶闸管直流传动装置没有输出电压,当给定电压大于0.3 V时,晶闸管直流传动装置才能正常输出电压驱动直流电动机,达到驱动电机调速的目的。

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