LM 324在直流調速系統電路中的應用電路分析

李 冬，路紅娟

（無錫工藝職業技術學院 江蘇 宜興 214206）

直流電動機由晶閘管整流器將交流電整流成為可調直流電，并引入電壓負反饋、電流截至負反饋等組成自動穩速的無級調速系統。大多數生產企業在生產過程中為使設備以合理的速度進行工作，需要使用能調速的直流電機。由集成運放電路LM324組成的直流電機調速系統，應用在直流調速的生產場合，性能穩定，可達到提高產品質量的目的[1]。

1 直流調速系統調節電路基本工作原理

調節電路是調速控制電路的核心，電路主要由零封鎖電路、給定積分電路、濾波型調節電路和保護電路等組成。其主要作用是對給定信號、電流截止負反饋信號、電壓負反饋信號、缺相信號和過電流信號等電壓量進行綜合、調節和放大，產生的輸出電壓作為集成移相脈沖觸發器的控制電壓。通過控制觸發脈沖角（移相角）的大小，來控制進閘管整流系統的輸出電壓。

2 LM 324集成運算放大器

集成運放是一種通用器件，外圍與電阻、電容、半導體器件可以組成各種各樣的電路，應用在多種場合。LM324是具有靜態功耗小，可單電源使用，價格低廉、使用方便等優點，因此被廣泛應用于控制和一般信號放大處理之中[2]。

LM324內部有4個運算放大器，有相位補償電路。工作電壓范圍寬，可用正電源3～30 V，或正負雙電源±1.5～±15 V工作[3]。它的輸入電壓可低到地電位，而輸出電壓范圍為0～Vcc。LM324電路符號如圖1所示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。圖2為LM324的引腳排列圖?，表1為LM324的主要參數。

圖1 LM324電路符號Fig.1 Symbolic circuit of LM324

圖2 LM324的引腳排列圖Fig.2 Pin diagram of LM324

在電機調速系統的調節電路中，有集成運算放大器LM324組成了比例放大電路、比例積分電路、加法器電路等[6]。

表1 LM 324的主要參數Tab.1 M ain parameters of LM 324

3 LM 324在單元電路中的應用分析

LM324可以組成比例放大電路、比例積分電路、加法器電路等。下面對LM324在直流調速電路中的具體應用電路進行分析。

3.1 零封鎖電路

零封鎖電路的作用是防止由于控制電路中元器件的溫度漂移等因素引起的電動機爬行。其基本電路如圖3所示。

由于反饋電阻R5=2 MΩ，所以零封鎖電路近似為電壓比較器。當UB=+15 V時，

即運算放大器同相輸入為0.29 V，反相輸入為Ug′。Ug′的范圍為－9.7～9.7 V。

當 Ug′＜UA時，即 Ug′＜0.294 V 時，UB=+15 V，二極管 VD3導通，UO1=14.7 V。

當 Ug′＞UA時，即 Ug′＞0.294 V 時，UB=+15 V，二極管 VD3截至，UO1=0 V。

3.2 給定積分器電路

給定積分器電路的作用是將突變的信號變成連續緩慢變化的信號，以防止突加的給定信號導致輸出電壓升高，造成電動機過流。基本電路如圖4所示。

給定積分器電路由電壓比較電路Ug′、C5積分電路和反饋電路組成。給定電壓經濾波，再經過由R10、R11、C6組成的無源遲后校正網絡抗干擾后作用于由IC1B、R11、RP6組成的緩沖器上，進行緩沖，調節RP6可改變積分常數（積分時間），然后經由IC1D、C7、C8等原件組成的積分器輸出，最后再次經校正網絡輸出CO2電壓。

當 Ug′≤0 時，UA=－15 V。 由于二極管 VD6 的作用，UO2=U Ug′+0.7 V，調節范圍為－9.7～+9.7 V。

圖3 零封鎖電路Fig.3 Zero blocking circuit

圖4 給定積分器電路Fig.4 Given integrator circuit

當Ug′≥0時，UA=+15 V。由于反饋電阻R18的作用，UO2=Ug′，調節范圍為－10～0 V。

3.3 電壓比較電路

其基本電路如圖5所示。

圖5 電壓比較基本電路Fig.5 The voltage comparison circuit

該電路為遲滯電壓比較器，輸入信號Ub3=Ub1+Ub2。

當UB=+15 V 時

當 UB=+15 V 時

當 Ub3＜－0.29 V 時，UB=+15 V，Ub4=14.3 V，當 Ub3＞－0.29 V時，UB=－15 V，Ub4=0 V。遲滯環的作用是抗干擾的，次電路環寬僅為0.6 V左右。

3.4 加法器和限幅電路

1）加法器的作用 濾波型調節器的作用是對零速封鎖電路輸出電壓UO1、給定積分器電路輸出電壓UO2、電壓負反饋電路和電流截止負反饋電路輸出電壓UO3及保護電路輸出電壓UO4的綜合電壓Uk進行放大，得到控制電壓Uk，來控制觸發脈沖的控制角大小，從而控制晶閘管直流傳動裝置的輸出電壓[4]。加法器和限幅電路如圖6所示。

2）加法器工作原理分析 該電路是有集成運算放大器組成的加法器，電容C9、C10反向串聯組成的無極性電容，在電路中起濾波作用。控制電壓為：

限幅電路的作用是通過調節電位器RP1可以限制UK電壓的最大輸出值，調節電位器RP2可以限制UK電壓的最小負輸出值。調節合理的正限幅電壓和負限幅電壓可以控制最小控制角αmin和最小逆變角βmin。

圖6 加法和限幅電路Fig.6 Addition and a limiter circuit

4 結束語

采用四運放LM324集成電路與電阻和電容以一定的電路連接方式實現各種功能，四運放LM324集成電路在整個電路中起到了核心作用。電路工作時，當給定電壓小于時0.3 V，晶閘管直流傳動裝置沒有輸出電壓，當給定電壓大于0.3 V時，晶閘管直流傳動裝置才能正常輸出電壓驅動直流電動機，達到驅動電機調速的目的。

[1]胡俊達.基于LM324的直流電動機調速器設計[J].微特電機，2004（2）:31－32，36.HU Jun-da.The design of DC motor speed controller based on LM324[J].Small&Special Machines，2004（2）:31－32，36.

[2]趙鳳行.電子自旋共振信號捕獲技術的研究[D].青海:青海師范大學，2010.

[3]傅斌全.淺析LM324運放在有線電視機房伴音偵測電路的應用[J].有線電視技術，2006（8）:114－115.FU Bin-quan.Analysis of LM324 operational amplifier in CATV machine room sound detection circuit applications[J].CATV Technology，2006（8）:114－115.

[4]邵紅.鎖相型集約整流觸發電路[D].天津：南開大學，2009.

[5]王昆.一種新型電機功率試驗及監控系統的研究[D].西安：西安石油大學，2008.

[6]王鵬，李昕.應用集成化器件改造發電機勵磁調節系統[J].科技資訊，2009（1）:144－146.WANG Peng，LI Xin.Application of integrated device of generator excitation system[J].Science & Technology Information，2009（1）:144－146.