LM 324在直流调速系统电路中的应用电路分析

李 冬，路红娟

（无锡工艺职业技术学院 江苏 宜兴 214206）

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[1]。

1 直流调速系统调节电路基本工作原理

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。

2 LM 324集成运算放大器

集成运放是一种通用器件，外围与电阻、电容、半导体器件可以组成各种各样的电路，应用在多种场合。LM324是具有静态功耗小，可单电源使用，价格低廉、使用方便等优点，因此被广泛应用于控制和一般信号放大处理之中[2]。

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[3]。它的输入电压可低到地电位，而输出电压范围为0～Vcc。LM324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。

图1 LM324电路符号Fig.1 Symbolic circuit of LM324

图2 LM324的引脚排列图Fig.2 Pin diagram of LM324

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[6]。

表1 LM 324的主要参数Tab.1 M ain parameters of LM 324

3 LM 324在单元电路中的应用分析

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。

3.1 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3所示。

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，

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

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

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

3.2 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4所示。

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CO2电压。

当 Ug′≤0 时，UA=－15 V。 由于二极管 VD6 的作用，UO2=U Ug′+0.7 V，调节范围为－9.7～+9.7 V。

图3 零封锁电路Fig.3 Zero blocking circuit

图4 给定积分器电路Fig.4 Given integrator circuit

当Ug′≥0时，UA=+15 V。由于反馈电阻R18的作用，UO2=Ug′，调节范围为－10～0 V。

3.3 电压比较电路

其基本电路如图5所示。

图5 电压比较基本电路Fig.5 The voltage comparison circuit

该电路为迟滞电压比较器，输入信号Ub3=Ub1+Ub2。

当UB=+15 V 时

当 UB=+15 V 时

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。

3.4 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UO1、给定积分器电路输出电压UO2、电压负反馈电路和电流截止负反馈电路输出电压UO3及保护电路输出电压UO4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[4]。加法器和限幅电路如图6所示。

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：

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。

图6 加法和限幅电路Fig.6 Addition and a limiter circuit

4 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。

[1]胡俊达.基于LM324的直流电动机调速器设计[J].微特电机，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]赵凤行.电子自旋共振信号捕获技术的研究[D].青海:青海师范大学，2010.

[3]傅斌全.浅析LM324运放在有线电视机房伴音侦测电路的应用[J].有线电视技术，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]邵红.锁相型集约整流触发电路[D].天津：南开大学，2009.

[5]王昆.一种新型电机功率试验及监控系统的研究[D].西安：西安石油大学，2008.

[6]王鹏，李昕.应用集成化器件改造发电机励磁调节系统[J].科技资讯，2009（1）:144－146.WANG Peng，LI Xin.Application of integrated device of generator excitation system[J].Science & Technology Information，2009（1）:144－146.