CN1011175B - 直流电动机的速度控制器 - Google Patents

Abstract

直流电动机的速度控制器包括一个集成(IC)控制电路，该电路具有这样的结构以致在IC控制电路的C和D两端间产生一个基准电压，并在其C端始终保持流入一个与直流电动机电枢电流成正比的电流，在该电路中至少有一个晶体管被跨接在控制电路的C和D两端，以便利用一个被并联在晶体管的基极和集电极间的可变电阻来线性地变更电动机的转速。利用这个装置，直流电动机的转速能被精确地控制。

Description

本发明一般介绍直流电动机的速度控制器，并更具体地介绍一种能在任何需要的速度调节下控制电动机运行的直流电动机的速度控制器。

传统的直流电动机的速度控制器具有如图1所示那样的结构。

在图1中，各相对应地，L₁指的是扼流圈;C₁是电容器;D₁是二极管;R₁至R₃是电阻;VR₁是可变电阻;M是直流电动机;以及1是控制电路。

在该图中，电阻电路包括有电阻R₁至R₃和可变电阻VR₁-它被跨接在直流电动机M的两端。在控制电路1中，当直流电动机M中的电流被从D端引向C端时，该电流就被控制以使直流电动机M所产生的反电势的电平恒定。在图中所示的例子中，离开D端的电流，就被改变成正比于流入C端的电流，而A端可用来启动该直流电动机M。这样，直流电动机的速度（转速）就能通过变更可变电阻VR₁的阻值来控制。而且由直流电动机的温度特性所引起其转速的变化就可被二极管D₁的端电压V_F随温度的变化所补偿。

然而，在图1所示的传统型控制电路中，另外还必需提供一个二极管D₁，因而使电路结构复杂。并且在传统的控制电路中，由于电动机转速靠调节可变电阻VR₁的阻值r来调节，加在电动机M上的电压是正比于1/r。结果，阻值r的变化值与电动机转速N之间的关系就趋于非线性而使其难于保证准确控制电动机的转速。

所以本发明打算要克服前述问题。

本发明的一个目的是要提供一种直流电动机的速度控制器，它能通 过维持一种电阻变化值与电动机转速之间的线性关系来以任何速度要求准确地调节电动机的转速。

本发明的另一目的是要提供一种能在宽的范围内细调电动机的负荷特性的直流电动机速度控制器。

本发明还有一个目的是要提供一种直流电动机速度控制器，它能利用一个简单的电路来准确地控制电动机转速和平滑地停止该电动机。

本发明的直流电动机速度控制器包括有一个用以控制直流电动机转速的IC电路（NEC日本电气株式会社制的μPC1470H型IC），该IC电路具有如此结构以致，在C和D两端间产生一个基准电压，并引起一个正比于电动机电枢电流（流入D端的电流）的电流，以便其始终流入C端，而其特征在于在C和D端间跨接有至少一个晶体管，在其基极和射极间并联跨接一个第一电阻;晶体管的基极经过第二电阻接到D端和电动机的一端;晶体管的射极被接到C端;一个第三可变电阻并联跨接在晶体管的基极和集电极之间;并经过第四电阻将晶体管的集电极接到电动机的另一端，于是第三可变电阻的阻值和电动机的转速就可进行线性变化。

以下将参考附图描述本发明的实施方案。

图1    表示一个传统的电动机速度控制器的电路结构。

图2    表示一个实施本发明的直流电动机速度控制器。

图3    表示按照本发明的另一实施方案的直流电动机速度控制器的电路结构。

现对本发明的最佳实施方案说明如下：

图2 表示本发明的一个实施方案的电路结构。图中，各电路元件的标记是分别与图1相符的。R_T相当于包括图1所示的电阻R₁和R₂的并联电阻;R_S指的是可变电阻;R指的是电阻以及T_r指的是晶体管。

在图2中所示的电路结构是相当于把图1中的二极管D₁代之以晶 体管T_r。在图2中，扼流圈L₁和电容器C₁（它们在图1中被以相同标号表示）是用以消除有害的纹波分量。

在图2中，电动机M的速度可用调节可变电阻R_S阻值的方法来调节。即跨接在晶体管T_r的集电极和控制电路1的D端之间的电压V可用下式表达：

V＝V_ref+V_BE（l+ (R_S)/(R) ）

+ (V_ref)/(R₃) ×R_s

＝V_ref（l+ (R_s)/(R₃) ）

（1） +V_BE（l+ (R_s)/(R) + (R_s)/(R₃) ）

式中V_ref是跨在C和D端之间的电压，它代表一个基准电压，而V_BE是跨在晶体管基极与射极间的电压。

由于电阻R一般具有足够高的数值，所以公式（1）就能改写如下：

（2）V＝V_ref（l+ (R_s)/(R₃) ）+V_BE（l+ (R_s)/(R₃) ）

而，加到电动机M上的电压V_M能以下式表达：

（3）V_M＝V+R_T×I

式中I是流入电阻R_T的电流。该电流I能用下式表达：

（4）I＝ (I_M)/(K) + (V_BE)/(R) + (V_ref+V_BE)/(R₃)

式中I_M是流入D端的电流，而K是常数。

假设电阻R具有足够高的阻值，则正如前面指出过，电压V_M能以下式表达：

V_M＝V_ref（l+ (R_S)/(R₃) + (R_T)/(R₃) ）

（5）+V_BE（l+ (R_S)/(R₃) + (R_T)/(R₃) ）+ (R_T)/(R₃) I_M

现在，化简式（5）为：

（6）V_M＝V+ (R_T)/(K) I_M

产生：

（7）V+ (R_T)/(K) I_M＝E_a+R_aI_M

这是因为电动机M的端电压V_M就是电动机M的反电势E_a与内阻R_a上的压降R_aI_M的和数。

此外，通过选定R_T和/或K，以便满足：

（8） (R_T)/(K) ＝R_a

就产生

V＝E_a.-（9）

于是，电动机M的转速就能被维持在恒值。并且，由于电压V是正比于可变电阻R_S的阻值，所以电动机M的反电势Ea就能通过改变可变电阻R_S的阻值来调节。结果，电动机M的转速就能被调节到任何需要值。

此外，由于受电动机M的温度特性引起的转速变化，可在上面等式（2）中所示的电压V_BE按照温升而变小时进行补偿，从而使公式（2）中的电压V移到较小的区域。

图3表示本发明的另一个实施方案，图中已将图2所示的电路结构改进成更实用的结构。图中，各标号1、M、T_r、R_T、R_S和R₃是与图1所示的相同部件相对应的，而L₁和C₁是与图2所示同样部件相对应的。符号R₄指的是可变电阻;R₅和R₆指的是固定电阻;C₂与C₃指的是电容器;以及SW指的是开关，以上是各相对应的。

图3所示结构的工作基本上与图2所示结构的工作相同，但在以下各点上是更加实用：

ⅰ）通过加入可变电阻R₄，用以确定电动机负荷特性的固定电阻R_T的阻值就能被细调。因此，电动机M的负荷特性就能通过细调而选定。

ⅱ）一个电容器或一个包括一个电容器和一个电阻的串联电路跨接在晶体管T_r的集电极和/或基极与正或负极端之间，以便阻止寄生振荡并扩展电动机特性的细调范围。

ⅲ）通过接通开关SW以将晶体管的基极接到负端，晶体管T_r就被强迫断开，从而阻断控制电路1的输出以停止该直流电动机。

正如上所述，本发明能把电动机的转速调节到任何所需转速，并能通过调节被接到晶体管T_r的可变电阻R_S而使可变电阻R_S的阻值与电动机的转速之间维持线性关系。

而且，通过在晶体管T_r的集电极上接入一个单独的可变电阻R_S，就可在很宽的范围内细调电动机的负荷特性。

此外，通过一个开关将晶体管T_r的基极接到负端，就可很容易地停止电动机工作。

Claims (6)

1、一种直流电动机的有电流流过那里的速度控制器，它具有一个有A、B、C和D端的控制速度的IC，该控制速度的IC是如此构成的以致一电源被连接到所说A和B端且在所说C及D端之间产生一个基准电压而使在C端上始终保持流入一个电流，该电流正比于流过直流电动机和流入所说D端的电流，而其特征在于：在所说C和D端之间跨接至少一个具有基极、集电极和射极的晶体管，在所说晶体管的基极与射极之间并联跨接一个第一电阻(R)；一个第二电阻(R₃)将所说晶体管的基极接到所说D端而且还接到所说电动机的一端；在所说晶体管的基极与集电极之间并联跨接一个第三可变电阻(R_S)；经过一个第四电阻(R_T)将所说晶体管的集电极接到电动机的另一端，以便使所说第三可变电阻(R_S)的阻值和所说电动机的转速线性地改变。

2、在权利要求1中所述的直流电动机速度控制器，其特征在于其中所说第二电阻的阻值被选定在比所说第三可变电阻的阻值足够地大的值上以便依靠变动所说第三可变电阻的值来把所说电动机的转速调节到所需要的速度。

3、在权利要求1中所述的直流电动机速度控制器，其特征在于其中一个第五可变电阻（R₄）被并接到所说第四电阻以便能在大范围内对所说电动机的负荷特性进行细调。

4、在权利要求3中所述的直流电动机速度控制器，其特征在于其中一个电容器或一个包括一个电容器和一个电阻的串联电路同所说第五可变电阻并联联接以便阻止寄生振荡现象。

5、在权利要求3中所述的直流电动机速度控制器中，其特征是一个电容器或一个包括有一个电容和一个电阻的串联电路被跨接在所说晶体管的基极和所说电动机的另一端之间。

6、在权利要求1中所述的直流电动机速度控制器，其特征在于其中在所说晶体管的基极和电源负端之间跨接有一个开关装置，以便通过该开关装置使上述电动机停止运行。

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