CN100464491C - 用于直流电动机的储能电路 - Google Patents

Abstract

一种用于直流电动机的储能电路，它包括驱动绕组、控制绕组、场效应晶体管、电容器和开关，驱动绕组的两端与直流电源的正负极分别相连接，开关设置在驱动绕组和直流电源之间；驱动绕组的一端与电容器的一个极板相连接，驱动绕组的另一端与所述的场效应晶体管的源极相连接，电容器的另一个极板与场效应晶体管的漏极相连接；控制绕组的一端与场效应晶体管的栅极相连接，另一端与直流电源的负极相连接，控制绕组的绕设方向与驱动绕组的绕设方向相反，当开关断开后，驱动绕组电感会和电容器形成典型的LC振荡电路，将驱动绕组中的磁势能量储存在电容器中，等到下次开关接通时再释放出来，从而有效提高了直流电动机的效率。

Description

用于直流电动机的储能电路

技术领域

本发明涉及一种储能电路，特别涉及一种能够提高直流电动机效率的储能电路。

背景技术

通电的导线在磁场中会受到电磁力的作用从而发生运动，磁场可由一对或者若干对磁极构成，可以采用通电绕组来励磁，也可以使用永磁体，若要使得通电导线或者绕组铁芯持续在设定磁场中运动，则需改变磁场方向或者改变电流方向。

直流电动机一般是磁场方向恒定的条件下，通过换向器改变通电导线或绕组铁芯中的电流方向，从而使得通电导线或绕组铁芯持续运动，但是，通电绕组中不断进行电流的换向，会产生电枢反应，形成复杂的电磁转换过程的暂态效应，消耗部分能量，降低了电动机的效率。究其原因，就是直流电动机绕组电流换向，是强迫改变绕组电流所建立电磁矢量状态，它包括从电源吸取抵消换向前状态所建立磁势能量，及建立新状态磁势能量，又使直流电动机的换向中产生多次谐波，增加交轴和直轴磁势的相互影响，换向反电势产生难以消除的换向火花，使电刷和换向器除磨损外加电腐蚀，降低直流电动机的可靠性和使用寿命。

发明内容

本发明是针对直流电动机中存在的上述问题，若直流电动机绕组中，只有电流通断而无电流换向，以缓和电枢反应.并在直流电动机绕组回路中设置一个储能电路，保存电动机驱动绕组断流前所建立磁势能量，并能在建立新磁势状态中加以利用，从而提高直流电动机的使用效率。

为了达到这个目的，本发明采用的技术方案是：一种用于直流电动机的储能电路，它包括驱动绕组、控制绕组、场效应晶体管、电容器和开关，所述的驱动绕组的两端与直流电源的正负极分别相连接，所述的开关设置在所述的驱动绕组和直流电源之间；所述的驱动绕组的一端与电容器的一个极板相连接，驱动绕组的另一端与所述的场效应晶体管的源极相连接，所述的电容器的另一个极板与场效应晶体管的漏极相连接；所述的控制绕组的一端与所述的场效应晶体管的栅极相连接，另一端与直流电源的负极相连接，所述的控制绕组的绕设方向与所述的驱动绕组的绕设方向相反。

所述的场效应晶体管为MOSFET晶体管。

所述的直流电源为可充电池。

所述的驱动绕组即为直流电动机定子线圈绕组。

采用了这种设计的直流电动机具有如下优点：当开关断开后，驱动绕组电感会和电容器形成典型的LC振荡电路，将驱动绕组中的磁势能量储存在电容器中，等到下次开关接通时再释放出来，从而缓解了电枢反应，极大降低电蚀，提高了可靠性和使用寿命，有效提高了直流电动机的效率。

附图说明

为使本发明的上述目的、特征和优点能更加明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图1显示了本发明实施例所述的储能电路示意图；

附图2为开关导通时的储能电路示意图；

附图3为开关断开瞬间的储能电路示意图；

其中：1、驱动绕组；2、控制绕组；3、MOSFET晶体管；4、电容器；5、开关。

具体实施方式

如附图1所示意，根据本发明实施例所述的储能电路包括驱动绕组1(即直流电动机的定子线圈绕组)、控制绕组2、MOSFET晶体管3、电容器4和开关5，所述的驱动绕组1通过开关5与直流电源的正负极相互连接，所述的驱动绕组1的一端与电容器4的一个极板相连接，驱动绕组1的另一端与所述的MOSFET晶体管3的源极相连接，所述的电容器4的另一个极板与MOSFET晶体管3的漏极相连接；所述的控制绕组2的一端与所述的MOSFET晶体管3的栅极相连接，另一端与直流电源的负极相连接，所述的控制绕组2的绕设方向与所述的驱动绕组1的绕设方向相反。

附图2给出了在开关5接通的时候该储能电路的示意图，控制绕组2与驱动绕组1反向，即开关5接通使驱动绕组1与电源连通，必然使控制绕组2产生反向电位，即A点电势高于B点电势，MOSFET晶体管3处于截止状态，电流只能在直流电源和驱动绕组1之间构成回路。

附图3给出当开关5断开的瞬间储能电路的示意图，同样由于控制绕组2与驱动绕组1反向，当开关5断开使驱动绕组与电源断开，瞬态反向电势使控制绕组迅速获得提供MOSFET晶体管3导通的栅极电位(B点电势高于A点电势)，从而MOSFET晶体管3饱和导通，驱动绕组1的自感电势 $E_L=L\frac{\mathrm{di}}{\mathrm{dt}}$ 对电容器4充电，所建立充电电势为 $E_C=\frac{1}{C}\∫\mathrm{idt},$ 继而开关5接通，通过驱动绕组1的电流按指数规律上升，而MOSFET晶体管3尚未即刻关闭，此时回路形成电容器4与直流电源并联向驱动绕组1供电，当驱动绕组1的电流继续上升，即控制绕组2的电位继续下降过MOSFET晶体管3栅极阀值以下，电容器4停止向驱动绕组1供电，直流电源继续沿指数规律对驱动绕组1供电，直到开关5再次断开，以此交替循环。

电容器4与驱动绕组1构成的LC电路的时间常数为：

$T=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}$

其中L为驱动绕组1的电感值，C为电容器4的电容值，时间常数T应与电动机转速相匹配。每次交替循环，都将电感量为L的驱动绕组1在前次循环中建立的磁势能量，转换为电能存储在电容器4上，并且电容器4在下一次循环中，和直流电源一起对驱动绕组1建立新状态，防止开关5接通瞬间形成浪涌电流，免除了驱动绕组1换向时从直流电源吸取抵消换向前建立的反向磁势能量，实践证明具有本储能电路的直流电动机调速系统中，系统效率提高15％，提高了直流电动机可靠性和寿命。

Claims (3)

1.一种用于直流电动机的储能电路，其特征在于：它包括驱动绕组、控制绕组、场效应晶体管、电容器和开关，

所述的驱动绕组两端与直流电源的正负极相连接，所述的开关设置在所述的驱动绕组和直流电源之间；

所述的驱动绕组的一端与电容器的一个极板相连接，驱动绕组的另一端与所述的场效应晶体管的源极相连接，所述的电容器的另一个极板与场效应晶体管的漏极相连接；

所述的控制绕组的一端与所述的场效应晶体管的栅极相连接，另一端与直流电源的负极相连接，所述的控制绕组的绕设方向与所述的驱动绕组的绕设方向相反。

2.如权利要求1所述的用于直流电动机的储能电路，其特征在于：所述的场效应晶体管为MOSFET晶体管。

3.如权利要求1所述的用于直流电动机的储能电路，其特征在于：所述的直流电源为可充电池。

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