CN102075133A - 一种直流电机调速控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流电机调速控制器，其特征在于，该控制器包括：至少一个功放管；和至少一个储能元件；和至少一个电机电压闭环控制回路。本发明直流电机的有益效果：电机一直处于稳定的工作电压下，其转速平稳性能提高；当电机的负载发生变化（在其额定负载范围内）时，其工作电流随之变化，转速变化进一步趋于平稳；延长了功放管的完全导通时间和完全关断时间，减少了功放管的通断次数，控制电路工作效率得到很大程度地提高，功放管的发热量大幅下降。
Description
技术领域
本发明涉及直流电机调速控制领域，尤其是一种负载有变化、平稳无极连续调速的控制器。
背景技术
直流电机作为一种机电能量转换装置，因其结构简单、易驱动、转矩较大、生产技术成熟等特征，其应用范围已遍及人们生活的方方面面。无论是在工农业、军工业、服务业都不乏直流电机的身影。直流电机的使用与人们的生活息息相关，密不可分。然而随着生产技术的提高，以及人们对生活舒适的更高要求，对直流电机的精准控制要求也越来越高，在越来越多的情况下要求对直流电机转速进行调节。而直流电机是感性负载，其电流冲击大，转速随负载变化而变化，其转速的平稳、高效调节一直是应用中的技术难题。
目前直流电机的速度调节主要采用以下几种方式：
1、采用三极管等功率放大元件，利用其比例放大特性，通过改变基极(或其它)驱动电流(或电压)来调节电机电流，以实现转速调节。这种控制方式因功率放大元件要吸收大量能量，效率低，发热量大，通常需要散热装置，结构复杂。另外，当电机负载发生变化时电机转速变化大。
2、采用PWM方式，即调节驱动电机的功放管控制信号的频率及其占空比来调节电机转速。这种调节方式在效率方面相对上一种方式有较大改善，但当控制信号频率较高时功放管的发热量不可忽视；而且这种调节方式还存在电机的转速不平稳、抖动大的缺点。同样，当电机负载发生变化时电机转速变化大。
上述控制方式均可概括为电流调速方式(PWM方式可看作是通过频率及其占空比调节电机的平均电流)。
发明内容
为了克服现有直流电机的上述缺陷，本发明提供了一种直流电机，采用新的调速方式：电压调速方式，具有转速变化平稳，结构简单等优点，解决现有直流电机转速调节过程中的发热量大、受负载变化的变化大的问题。
一种直流电机调速控制器，其特征在于，该控制器包括：
至少一个功放管；和
至少一个储能元件；和
至少一个电机电压闭环控制回路。
进一步地，所述储能元件优选是电容。
所述储能元件优选是电感。
所述储能元件也可以是电容与电感的组合。
所述电机电压闭环控制回路是由运算放大器电路或比较器电路组成。
所述电机电压闭环控制回路是由模数转换电路组成。
所述电机电压闭环控制回路是由带有模数转换电器的集成微电脑电路组成。
本发明直流电机的有益效果：
1、电机一直处于稳定的工作电压下，其转速平稳性能提高。
2、当电机的负载发生变化(在其额定负载范围内)时，其工作电流随之变化，转速变化进一步趋于平稳。
3、延长了功放管的完全导通时间和完全关断时间，减少了功放管的通断次数，控制电路工作效率得到很大程度地提高，功放管的发热量大幅下降。
附图说明
图1是实施例1直流电机电路图。其中，V+-供电电源正极；地
-供电电源负极；Vref-转速调节控制电压；Um-电机MT工作电压。
图2是实施例2直流电机电路图。其中，V+-供电电源正极；地
-供电电源负极；Vref-转速调节控制电压；Um-电机MT工作电压；COM-A-电机MT的A相控制信号；COM-B-电机MT的B相控制信号；COM-C-电机MT的C相控制信号。
图3是实施例3直流电机电路图。
图4是实施例4直流电机电路图。
图5A、5B、5C是实施例5直流电机电路图。
具体实施方式
实施例1
图1所示为有刷直流电机调速控制器，其电路由功率放大电路(功放管Q1)、储能电路(电感L1、L2，电容EC1、EC2，续流二极管D1)、电机电压闭环控制回路(运算放大器U1A，电阻R1、R2、R3)和电机MT组成。
工作原理：
假设电机工作电压为VRef附近时的转速为所需转速。当VRef施加到电机电压闭环控制回路中由运算放大器U1A、电阻R1、电阻R2组成的滞回电压比较器负输入端时，电机MT的工作电压Um低于滞回电压比较器的下阀值Utl，滞回电压比较器的输出为低电平
电机电压闭环控制回路通过电阻R3控制功放管Q1导通，供电电源V+向储能电路中的储能元件电感L1、L2及电容E1、E2充电、补充能量，同时给电机MT供电，电机MT工作电压缓慢上升；当电机MT工作电压上升到电机电压闭环控制回路中滞回电压比较器的上阀值Uth时，滞回电压比较器的输出为高电平Vh，电机电压闭环控制回路通过电阻R3控制功放管Q1关断，供电电源V+停止向储能电路补充能量，并停止给电机MT供电，此时储能电路中的电容E1、E2对电机MT供电，电感L1和L2经二极管D1也对电机MT供电，电机MT继续运转，电机MT两端的电压缓慢下降；当电机MT工作电压下降到电机电压闭环控制回路中滞回电压比较器的下阀值Utl时，滞回电压比较器的输出为低电平
电机电压闭环控制回路通过电阻R3控制功放管Q1导通，供电电源又对电机MT供电并对储能电路中电容E1、E2及电感L1、L2补充能量。如此功放管Q1反复打开、关断，电机MT将工作在VRef附近的一范围Utl～Uth内。由滞回电压比较器的阀值计算方法可以计算出Utl＝(R1+R2)*Vr/R2，Uth＝(R1+R2)*(Vh-Vr)/R1。调节电阻R1和R2的比值可以调节Utl和Uth，以使电机MT的转速处于所需转速范围内。
因为储能电路中有储能元件电感L1和L2、电容E1和E2，电机MT工作电压变化变缓，延长了功放管Q1的完全导通的时间和完全关断的时间，减少了功放管Q1的通断次数，控制电路工作效率得到很大程度地提高，功放管Q1的发热量大幅下降。另外，电机MT一直处于通电工作状态，工作电压稳定在Utl～Uth内，其转速平稳。再有，当电机MT负载发生变化(在其额定负载范围内)时，因为工作电压稳定，流过电机MT的电流可以跟随负载同时变化，因此转速变化幅度大幅下降，其转速进一步趋于平稳。
由上述工作原理可知：调节VRef(转速调节控制电压)即可实现电机MT转速平稳、高效调节。
实施例2
图2所示为无刷直流电机调速控制器，其电路由功率放大电路(总功放管Q1、相功放管QA、QB、QC)、储能电路(电感L1、L2，电容EC1、EC2，续流二极管D1)、电机电压闭环控制回路(运算放大器U1A，电阻R1、R2、R3)、和电机MT四部分组成。
工作原理：
工作原理同实施例1有刷直流电机调速控制器。假设电机MT工作电压为VRef附近时的转速为所需转速。当VRef施加到电机电压闭环控制回路中由运算放大器U1A、电阻R1、电阻R2组成的滞回电压比较器负输入端时，电机MT的工作电压Um低于滞回电压比较器的下阀值Utl，滞回电压比较器的输出为低电平
电机电压闭环控制回路通过电阻R3控制功放管Q1导通，供电电源V+向储能电路中的电感L1、L2及电容E1、E2充电，并给电机MT供电，切换电机MT相的控制信号(COM-A、COM-B、COM-C)，电机MT开始转动，电机MT工作电压缓慢上升；当电机MT工作电压上升到电机电压闭环控制回路中滞回电压比较器的上阀值Uth时，滞回电压比较器的输出为高电平Vh，电机电压闭环控制回路通过电阻R3控制功放管Q1关断，供电电源停止给电机MT供电，储能电路中的电容E1、E2及电感L1、L2、二极管D1共同对电机MT供电，电机MT两端仍然有电压，切换电机MT相的控制信号(COM-A、COM-B、COM-C)，电机MT继续运转，电机MT两端的电压缓慢下降；当电机MT工作电压下降到电机电压闭环控制回路中滞回电压比较器的下阀值Utl时，滞回电压比较器的输出为低电平
电机电压闭环控制回路通过电阻R3控制功放管Q1导通，供电电源又对电机MT供电并向储能电路中的电感L1、L2及电容E1、E2充电。如此功放管Q1反复打开、关断，电机MT将工作在VRef附近的一范围Utl～Uth内。由滞回电压比较器的阀值计算方法可以计算出Utl＝(R1+R2)*Vr/R2，Uth＝(R1+R2)*(Vh-Vr)/R1。调节电阻R1和R2的比值可以调节Utl和Uth，以使电机MT的转速处于所需转速范围内。
因为有储能电路中的储能元件电感L1和L2、电容E1和E2，电机MT工作电压变化变缓，延长了功放管Q1的完全导通的时间和完全关断的时间，减少了功放管Q1的通断次数，控制效率得到很大程度地提高，功放管Q1的发热量大幅下降。另外，电机MT一直处于有工作电压的状态下，工作电压稳定在Utl～Uth内，其转速平稳。再有，当电机MT负载发生变化(在其额定负载范围内)时，因为工作电压稳定，流过电机MT的电流可以跟随负载同时变化，因此转速变化幅度大幅下降，其转速进一步趋于平稳。
由上述工作原理可知：调节VRef(转速调节控制电压)即可实现电机转速平稳、高效调节。
实施例3
如图3所示的直流电机电路图，除了将功放管Q1由P型场效应管或PNP型三极管更改成N型场效应管或NPN型三极管以外，其它与实施例1相同。工作原理同实施例1。
实施例4
如图4所示的直流电机电路图，除了将功放管Q1由P型场效应管或PNP型三极管更改成N型场效应管或NPN型三极管以外，其它与实施例2相同。工作原理同实施例2。
实施例5
当电机的额定电流较小时，可将实施例1的电路图简化成如图5A、5B或5C所示的直流电机电路图。
工作原理同实施例1。
Claims (7)
1.一种直流电机调速控制器，其特征在于，该控制器包括：
至少一个功放管；和
至少一个储能元件；和
至少一个电机电压闭环控制回路。
2.如权利要求1所述的直流电机调速控制器，其特征是所述储能元件是电容。
3.如权利要求1所述的直流电机调速控制器，其特征是所述储能元件是电感。
4.如权利要求1所述的直流电机调速控制器，其特征是所述储能元件是电容与电感的组合。
5.如权利要求1所述的直流电机调速控制器，其特征是所述电机电压闭环控制回路是由运算放大器电路或比较器电路组成。
6.如权利要求1所述的直流电机调速控制器，其特征是所述电机电压闭环控制回路是由模数转换电路组成。
7.如权利要求1所述的直流电机调速控制器，其特征是所述电机电压闭环控制回路是由带有模数转换电器的集成微电脑电路组成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010105833884A CN102075133A (zh) | 2010-12-10 | 2010-12-10 | 一种直流电机调速控制器 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN2010105833884A CN102075133A (zh) | 2010-12-10 | 2010-12-10 | 一种直流电机调速控制器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102075133A true CN102075133A (zh) | 2011-05-25 |
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ID=44033509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2010105833884A Pending CN102075133A (zh) | 2010-12-10 | 2010-12-10 | 一种直流电机调速控制器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102075133A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2229642A1 (de) * | 1972-06-19 | 1974-01-10 | Bosch Gmbh Robert | Steuerschaltung zur stufenlosen drehzahleinstellung eines gleichstrommotors |
| US20010019660A1 (en) * | 2000-01-06 | 2001-09-06 | Ricoh Company, Ltd. | DC motor rotation control apparatus |
| CN1349143A (zh) * | 2001-07-01 | 2002-05-15 | 周符明 | 开关稳功率电源 |
| CN101908854A (zh) * | 2010-08-24 | 2010-12-08 | 南京新乐能电子科技有限公司 | 直流电机调速控制器 |
| CN201893745U (zh) * | 2010-12-10 | 2011-07-06 | 李乔 | 一种直流电机调速控制器 |
-
2010
- 2010-12-10 CN CN2010105833884A patent/CN102075133A/zh active Pending
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