CN1062586A - 电扇的无级调速装置 - Google Patents

Abstract

一种可无级调节电扇转速的装置，由双向可控 硅、调光集成电路、同步信号产生电路、转速指示电 路、电源电路等部分组成，成本低而功能强。该装置 能使电扇转速在最高允许转速至最低转速间任意调 节，且其最低转速可根据使用要求设定。该装置可带 有定时旋钮，在调定的时间内有逐渐降低转速然后自 动关机的功能，还可带有遥控开关机与遥控调速的功 能。在不用电扇的季节里，该装置可用于电灯调光。 适用范围广。

Description

本发明涉及一种用来对电扇进行无级调速的装置。

电扇是一种被广泛使用的家用电器，在使用中常需要调节它的转速。目前，对电扇调速最常用的调速装置是电抗调速器，它一般有3～7档。为了更自如地调节转速，人们使用了双向可控硅调速电路，设法在双向可控硅的控制极施加适当的控制信号，就可调节电扇的转速。加于控制极上的控制信号通常是触发脉冲，其重复频率是市电频率的两倍。只要改变触发脉冲的移相角，便可改变双向可控硅的导通角，从而达到调节电扇转速的目的。目前，人们已设计出了形形色色的电扇无级调速装置。然而，这些装置在较低的生产成本和较多的功能之间往往不能兼顾。而有些功能，例如遥控开关机与摇控无级调速，睡眼时在使用者要求的时间内逐渐降低转速直至最后关机等等，是使用者所渴求的。本发明的目的，就是通过利用现成的集成电路的办法，以较低的成本实现上述功能。

本发明公开了一种电扇无级调速装置，是将目前已商品化的调光集成电路，加上必要的外围电路后，用于电扇无级调速。这里所说的调光集成电路，较典型的型号有美国LSI公司的LS7232、德国Siemens公司的S576，还有别的公司生产的性能相似的产品，如SL32等等。这类调光集成电路的特点是：在“传感输入端”或“扩展（辅助）输入端”输入有效的输入信号时，就可控制输出端所输出的触发脉冲，从而控制串联在白炽灯电路中的双向可控硅，使灯点亮、熄灭，或无级调光。其工作时的同步信号一般取自市电交流电压。若有效输入信号持续时间较短（在0.05～0.4秒之间），则为开灯/关灯控制。若有效输入信号持续时间较长（在0.4秒以上），则为调光信号。在调光信号持续时间内，该集成电路的输出脉冲使灯由亮转暗再从暗到亮、连续调光。撤除调光信号，灯就保持刚才所调的亮度不变。只要电路未曾断电，那么，关灯后再开，仍为上次调妥之亮度，即具有亮度“记忆”功能。此外，这种集成电路还有“渐熄控制端”，向此脚送入有效的时钟脉冲，灯的亮度就会随着时钟脉冲的不断到来而不断变暗，直至最后熄灭。将此调光集成电路用于调速装置中便可利用它的上述功能。但是由于这些集成电路是专为白炽灯调光而设计的，其输出脉冲在市电交流电压的每个半周内使双向可控硅导通的最小导通角可能小至35°～41°，若直接将这种集成电路用于电扇调速。当导通角小至85°左右时电扇就会停转（不同型号电扇允许的最小导通角不同），而这种情况在实际使用中是不允许出现的。为此，本发明是在把调光集成电路用于调速装置的同时，设计了同步信号产生电路，专为调光集成电路提供同步信号，使调光集成电路输出的触发脉冲相对于市电交流电压的移相角始终不大于95°左右。

现结合附图来说明本发明的电路结构，然后给出实施例。

图1是使用调光集成电路的调光装置方框图。

图2是使用调光集成电路的电扇调速装置方框图。

图3是电压波形图。

图4是使用调光集成电路的兼有电灯调光功能的电扇无级调速装置方框图。

图5是定时电路方框图。

图6是一个实施例的方框图。

图7是上述实施例的电压波形图。

图8～11是一个实施例的各部分电路图。

参看图1和图3，在调光电路中，调光集成电路1的同步信号由市电交流电压经电阻降压和阻容滤波电路4获得，输出脉冲B相对于市电交流电压A的移相角θ增大时，双向可控硅2的导通角α减小，负载3所获得的交流电压C的有效值也减小，灯变暗;若θ减小，则作用与上相反。再参看图2和图3，在电扇调速电路中，调光集成电路1输出给双向可控硅2的控制极的触发脉冲E相对于同步信号D的前沿（下降沿）的移相角增大为θ时，即触发脉冲后移时，同步信号产生电路4所产生的同步信号D则相对于市电交流电压A前移γ角，于是触发脉冲E相对于市电交流电压A的控制角θ′为：θ′＝θ-γ，同步信号产生电路的设计是使γ值随着θ的增大而增大，只要合理选择电路参数，就可使θ′始终不大于95°左右，这样双向可控硅2的导通角α′就不小于85°左右，负载3所获得的交流电压F足以使它不停转。由于电扇叶片转动的惯性，并不能象调光那样从负载上立即看出调节的结果，为此，增置了转速指示电路5，该电路的指示方式可以是指针式的，也可以是发光二极管、氖泡或场致发光指示方式。电源电路6供给电路的直流工作电压。同步信号产生电路可以由分立元件构成，可以由集成电路和分立元件混合构成，也可以由专用集成电路构成。

在上述电扇无级调速装置的基础上，增加几个元件，就构成了兼有电灯调光功能的电扇无级调速装置，其方框图如图4所示。其中调光集成电路1和双向可控硅2为公用部分，3、6、9为调速/调光工作状态选择开关，当选择开关扳向a侧时，电路工作于调速状态，电路负载为电扇4，转速指示电路10投入工作，调光集成电路1的同步信号由同步信号产生电路8提供;当选择开关扳向b侧时，电路工作于调光状态，电路负载为电灯5，调光集成电路1的同步信号由220V交流电压经电阻降压与阻容滤波电路7供给。电源电路11供给电路的直流工作电压。

前述调光集成电路具有“渐熄控制端”，只要向此端送入足够幅度的负向脉冲，就可使调光装置具备渐暗和定时自动关灯功能。同样，将此调光集成电路用于电扇无级调速装置中时，只要如图5那样，增设一个定时脉冲产生电路3，便可具备在使用者要求的时间内转速渐慢且自动关机的功能。当定时开关2合上时，定时脉冲产生电路3送出的负向脉冲使调光集成电路1输出的触发脉冲的移相角不断增大，电扇变慢，直至最后停止触发脉冲的输出，双向可控硅关断，电扇停转，“定时”时间的长短正比于上述负向脉冲的重复周期，而此周期由定时调节电位器4来调节。此功能特别适用于睡眠时使用。图5中的定时开关2、定时脉冲产生电路3和定时调节电位器4可附加于图2或图4的电路结构上。

前面述及的为了进行开关或无级调节而通过输入端施加于调光集成电路上的控制信号，可以是手动按钮开关产生的，或者是通过触及“触摸极板”将市电电压经人体对大地之间的绝缘电阻与集成电路的“传感输入端”所接的电阻之分压获得的，也可以是通过遥控电路产生的。此处可使用各种遥控方式，尤以使用超声波遥控或红外线遥控为好，只需使用单按钮的简易遥控发射器，只要能让遥控接收电路鉴别控制信号的有无与区分控制信号的长短即可。这类单通道的简易遥控电路是众所周知的。

显然，由于本无级调速装置中使用了调光集成电路，使得该装置成本低而功能强，可以用简单的方法实现遥控无级调速，并可很方便地加上定时渐慢功能，转速指示电路则方便了该装置的实际使用。

电扇的电机属于感性负载，根据可控硅调速理论，当双向可控硅的负载为感性负载且其功率因数角为φ时，双向可控硅的控制角θ′不能小于φ，否则便会因可控硅单向导通而出现直流分量，影响电扇的正常运行。由于这一原因，使得可控硅调速系统的调速范围变窄。为了解决这一问题，在无级调速装置接至电扇的两根输出线上并接了一个由电阻和电容串联构成的阻容网络，便可达到实际使用要求。

图6给出了本发明的一个实施例的方框图，图7则是相应的电压波形图。参看图6、图7，调光集成电路5、双向可控硅7、负载8、转速指示电路14、电源电路17、定时开关1、定时脉冲产生电路2、定时调节电位器3仍如前所述;控制信号由超声波遥控接收电路4产生，此处使用了单通道的简易遥控电路;驱动放大电路6为双向可控硅7提供足够的触发电流，同时为触发器9提供幅度足够的触发信号;触发器9、低通滤波电路10、分压电路11、电压比较器12、锯齿波形成电路15、移相电路16则共同构成前面所说的“同步信号产生电路”。由电压比较器输出的同步信号经微分电路13取其前沿，获得同步脉冲A，它作为触发器9的置位信号，由驱动放大电路6来的触发脉冲B作为复位信号，它比A滞后θ角，触发器9的Q端输出矩形脉冲电压C，其脉冲宽度与θ角对应，经过低通滤波电路10后成为含有少量纹波电压的直流电压D，电压D经过分压电路11的分压，取其一部分V₁迭加于分压电路所取得的另一部分近于恒定的直流电压V₀上，迭加而得到电压E。交流220V电压F经移相电路16获得相位比F超前90°的电压G，此电压在锯齿波形成电路15中先成为矩形脉冲波H，继而形成锯齿波电压I。将电压E和锯齿波电压I送到电压比较器12中比较，当电压E的值V₂＝V₀+V₁在锯齿波电压的两峰值之间时，电压比较器就会输出同步电压J，当V₂大于锯齿波电压的平均值时，所获得同步电压J的下降沿就会比交流电压F的过零点O₁超前一个角度γ，显然γ随着V₁的增大而增大，亦即随着θ角的增大而增大。由电压D分压取得V₁的分压电路11中有一电位器可调整这一分压比，也就可以通过调节该电位器来设定电扇的最慢转速。

下面给出本发明的一个实施例的电路图，其各部分电路由图8、图9、图10、图11分别给出。该实施例与前述实施例有细节上的差别，并兼有电灯调光功能。其中图8包括调光集成电路、驱动放大电路、双向可控硅、定时开关、定时脉冲产生电路这几部分电路。参看图8，IC1就是调光集成电路，使用LS7232或S576或相似型号，电阻R2、R3、R4、电容C2是它的外围零件，从遥控电路来的或由手动按钮S₁产生的控制信号经过三极管VT1、电阻R1和电容C1构成的抗干扰附加电路后，经R2送入IC1的扩展输入端。IC1输出的触发脉冲经由三极管VT2、VT3和电阻R5～R9所组成的驱动放大电路放大后，一路去触发双向可控硅VS1，另一路送至触发器。双向可控硅的输出接至负载，电源进线中的一条经过电源开关S3、熔丝F1，而电感L1和电容C4则用来滤除高次谐波。S2为工作状态选择开关，扳向a为调速方式，由同步信号产生电路为IC1提供同步信号，扳向b为调光方式，由220V交流电压经电阻R10和电容C3后为IC1提供同步信号。双基极二极管VD1和三极管VT4及电位器R11、电阻R12、R13、电容C5共同构成定时脉冲产生电路，其中R11即调节脉冲重复周期的定时调节电位器，S4为定时开关。图9即同步脉冲产生电路，包括由双二输入与非门IC2构成的触发器，由电阻R14～R16，电容C6～C8、二极管VD2、三极管VT5构成的低通滤波电路，由电位器R17、电阻R18和R19、电容C9构成的分压电路，由电容C10、电阻R20、二极管VD3构成的微分电路，由集成电压比较器和电阻R21构成的电压比较电路，由电阻R24和R25、电容C12、二极管VD4、三极管VT7构成的移相电路，由三极管VT6、VT7和电阻R22、R23、电容C11构成的锯齿波形成电路。图10为转速指示电路和电源电路。在工作状态选择开关S2.2扳向a时，转速指示电路投入工作。在转速指示电路中，由触发器来的矩形脉冲波经三极管VT8的放大和积分电路的积分作用，再输送至发光二极管电平指示驱动放大集成电路IC4，驱动发光二极管作为转速指示。电源电路是普通的桥式和半波整流电路，阻容滤波，其输出的电压经V₊和COM端输给前述各部分电路。图11为超声波遥控接收电路，其中B1为超声换能器，若换上红外接收二极管或三极管与负载电阻即可方便地改成红外线遥控接收电路。

Claims (9)

1、一种可无级调节电扇转速的装置，至少包括双向可控硅、为双向可控硅提供触发脉冲的电路、转速指示电路、电源电路，其特征在于上述为双向可控硅提供触发脉冲的电路由调光集成电路及为调光集成电路提供同步信号的同步信号产生电路所构成。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于上述同步信号产生电路由触发器、低通滤波电路、分压电路、电压比较器、微分电路、移相电路、锯齿波形成电路所构成。

3、如权利要求1所述的装置，其特征在于上述同步信号产生电路为专用集成电路。

4、如权利要求1所述的装置，其特征在于它设有为调光集成电路的“渐熄控制端”提供脉冲的定时脉冲产生电路。

5、如权利要求1～4中任一权利要求所述的装置，其特征在于它含有遥控电路。

6、如权利要求5所述的装置，其特征在于上述遥控电路是超声波遥控电路或红外线遥控电路。

7、如权利要求1～6中任一权利要求所述的装置，其特征在于它到电扇之间的两条输出线上并接有由电阻和电容串联构成的用以补偿电扇的功率因数的阻容网络。

8、如权利要求1～7中任一权利要求所述的装置，其特征在于它含有工作状态选择开关，可兼用作电灯调光装置。

9、如权利要求1～8中任一权利要求所述的装置，其特征在于所用调光集成电路的型号为LS7232或S576。

Images