CN1194463C - 交流电动机相位控制电路 - Google Patents
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Abstract
一种交流电动机相位控制电路，装配在电动工具上、即使频率不相同也可以通过相同的操作状态使交流电动机旋转。该相位控制电路是与操作柄连动的，向交流电动机供给间歇交流电的相位控制电路；具有和交流电源同相位且被分压的分电压，和与操作柄连动的至少由可变电阻和电容器形成的充电电压，而且其中该电容器以上述交流电源为基准充电；当该充电电压高于分电压时，向交流电动机供给交流电源。
Description
技术领域
本发明涉及一种装配在电动工具上的交流电动机的相位控制电路，特别涉及即使频率不相同的交流电源通过相同的操作也可以得到基本相同的转数的相位控制电路。
背景技术
在现有技术中，如图4所示，交流相位控制电路1包括：交流电动机M，电源开关SW1、高速旋转用开关SW2、可控硅SCR、双向开关DIAC、与图中未示出的操作柄连动的可变电阻R1、二极管D和电容器C，其连接状态如下所述。
交流电动机M的一端与交流电源AC的一端相连接，交流电动机M的另一端与电源开关SW1和高速旋转用开关SW2串联连接，再与交流电源AC的另一端相连接。
可控硅SCR、串联连接的可变电阻R1和电容器C分别与高速旋转用开关SW2并联连接。
另外，双向开关DIAC连接在串联连接的可变电阻R1及电容器C之间的连接点与可控硅SCR的门极之间，并将二极管D与电容器C并联连接。
由这样的连接状态构成的交流电动机控制电路1装配在电动工具上，电源开关SW1和高速旋转用开关SW2与操作柄的拉入状态连动而通/断。而且，可变电阻R1也与操作柄的拉入状态连动地改变其电阻值，并根据该可变电阻R1的电阻值控制旋转速度。下面，说明交流电源频率为50Hz和60Hz时的情况。
首先，如图4和图5A所示，在交流电源AC为50Hz的情况下，如果拉入操作柄，电源开关SW1就处于导通状态。
这样一来，通过与操作柄的拉入状态连动的可变电阻R1开始向电容器C充电。
向电容器C充电的充电电压达到能够使双向开关DIAC接通的击穿电压DV(约32～36V)时，可控硅SCR的阳极和阴极之间的电压变成导通状态，向交流电动机M供给交流电。根据可变电阻的电阻值控制向该电容器C充电的充电电压达到击穿电压DV的速度。即，如果操作柄的拉入量大，充电电压达到击穿电压DV的时间T就缩短。
这样，电容器C的充电特性，即基于与操作柄的拉入状态连动的可变电阻R1的阻值变化，向电容器C充电的充电特性发生变化，故可控硅SCR的导通角增大时控制成高速旋转，减小时控制成低速旋转。
另外，交流电源AC为60Hz时的情况如图5B所示，根据可变电阻R1和电容器C决定的时间常数电容器C被充电，并通过该充电电压控制向交流电动机M提供的交流电源AC。关于对电容器充电、使双向开关DIAC导通、根据可控硅SCR控制电动机M等方面，与上面说明的50Hz的情况相同。
图6是用曲线图表示的操作柄的拉入量、即行程和交流电动机的旋转率的关系。由该图明显可见，频率为50Hz和60Hz的电压，例如为80V时，初始速度的行程差W1为0.5mm；电压为100V时，行程差W2为2mm；而电压为110V时，根据(延长线的)虚拟点得到的行程差W3为4mm。如此，110V时的旋转率的差就相当大了。
另外，即使初速时行程差很显著，当旋转率逐渐上升时，在行程为6.5mm处都达到大约80％的最高的电动机旋转率。要达到这个最高的电动机旋转率，对应于行程在开始旋转的动作迟缓的情况下，正因开始动作迟缓旋转率急速上升。
然而，在上面说明的相位控制电路中，在交流电源频率为50Hz和60Hz的不同场合下，为使交流电动机旋转的转数相同，拉入操作柄的行程就产生差别。这是由于不同频率的周期不同60Hz时对应的周期比50Hz时短造成的。或者说，如果参照图5A、B来说明，就是使用50Hz和60Hz的交流电源AC时到达击穿电压DC的电容器C的充电时间T对二者都是基本相同的。这样一来，由于50Hz的周期比60Hz的长，电动机驱动期间，即供给交流电动机的电压，在50Hz的情况下因其周期较长，故向交流电动机多供了电。
因此，使用50Hz和60Hz的交流电源AC为了得到基本相同的转数，无论如何都会出现操作柄的行程差。
另外，电源电压的多少发生变化，例如发生约±10％的电压变化时电容器C的充电的快慢也变化，可控硅SCR的触发角也变化，从而存在着交流电动机的旋转也发生变化的问题。
进一步地，在日本国内，如果在关东地区(50Hz)设定了控制特性，在关西地区(60Hz)初始速度时的操作柄的拉入量增加，而且，由于从初始速度至高速旋转急剧地变化，结果旋转控制非常地不方便。
发明内容
因此存在着这样的课题：即要得到一种相位控制电路，无论是不同频率的交流电源的周期不同，还是电压变化，都可以通过一定的操作柄拉入量，即通过一定的行程使电动机以同样的旋转速度旋转。
为了解决上述课题，本发明涉及的一种交流电动机相位控制电路，包括：交流电动机；交流电源，连接到该交流电动机的一侧；电源开关及高速开关，连接到该交流电动机的另一侧；可控硅，串联连接到所述交流电动机、并联连接到所述高速开关；可变电阻及电容器，串联连接到所述交流电动机并相互串联连接；电阻，并联连接到这些可变电阻及电容器并相互串联连接；晶体管，其发射极连接到所述可变电阻和电容器之间、其基极连接到所述两电阻之间；以及晶体管，其基极连接到所述晶体管的集电极、其集电极连接到所述两电阻之间、其发射极连接到所述可控硅的门极；在所述两电阻和所述两晶体管的分支点产生与所述交流电源的相位相同的分电压，在所述电容器的充电电压高于该分电压时，向所述交流电动机供给电源电压而驱动。另外，上述交流电源的频率为50Hz或60Hz。
这样通过将与上述交流电源的周期的相位相同的分电压和与操作柄连动而产生的充电电压相比较向交流电动机提供间歇的交流电源，即使交流电源的频率为，例如50Hz或60Hz，也可以通过与操作柄的相同的拉入量，即可以通过与同一行程连动把交流电动机控制成基本相同的旋转速度。
附图说明
图1是本发明涉及的相位控制电路简图。
图2A用曲线图表示的交流电源为50Hz时供给电动机的电压，图2B是用曲线图表示的交流电源为60Hz时供给电动机的电压。
图3是用曲线图表示的操作柄的行程和电动机的旋转率的关系的说明图。
图4是现有技术中的相位控制电路简图。
图5A是用曲线图表示的现有技术中交流电源为50Hz时供给电动机的电压，图5B是用曲线图表示的现有技术中交流电源为60Hz时供给电动机的电压。
图6是用曲线图表示的现有技术中操作柄的行程和电动机的旋转率的关系的说明图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明涉及的交流电动机的相位控制电路的实施例。
交流电动机相位控制电路2如图1所示，包括：与图中未示出的操作柄连动的可变电阻R1、6个电阻R2～R7、PNP型晶体管Tr1、NPN型晶体管Tr2、向交流电动机M提供间歇交流电源AC的可控硅SCR、电容器C1、电源开关SW1、高速旋转用开关SW2和交流电动机M。
该电源开关SW1和高速旋转用开关SW2是根据电动工具的操作柄的拉入状态实现通/断的开关。另外，可变电阻R1通过与操作柄的拉入状态连动实现电阻值的增减。
具有这些部件和元件的交流电动机相位控制电路的连接状态如下所述。
交流电动机M的一端与交流电源AC的一端相连接，交流电源AC的另一端通过电源开关SW1和高速旋转用开关SW2与交流电动机M的另一端相连接。
可控硅SCR、串联连接的电阻R4和R5、串联连接的可变电阻R1、电阻R7和电容器C1、分别与高速旋转用开关SW2并联。另外，电阻R2并联连接在可变电阻R1上，电阻R3并联连接在电容器C1上。
PNP型晶体管Tr1(第一晶体管)的发射极接在电阻R7和电容器C1之间。
PNP型晶体管Tr1的基相接在电阻R4和R5之间(A点)，并与NPN型晶体管Tr2(第二晶体管)的集电极相连接。这三者连接在一起的点(A点)，产生与交流电源AC相位相同且被分压的分电压。
PNP型晶体管Tr1的集电极，连接在NPN型晶体管Tr2的基极和电阻R6的一端之间。电阻R6的另一端与交流电源AC的另一端相连接。
NPN型晶体管Tr2的发射极与可控硅SCR的门极侧相连接。
在装配有具备上述连接状态的控制电路2的电动工具中，首先，当拉入操作柄、使电源开关处于导通状态时，交流电源AC供给到电阻R4和电阻R5上，并且由电阻R4和电阻R5分压的分电压在A点产生。同时，以由可变电阻R1和电阻R2、R3、R7分压的分电压为基准开始对电容器C1充电。即，A点的电压是与交流电源AC相位相同的，分压得到的分电压，该分电压被预先设定成能与充电电压相比较的电压值，而该充电电压是由与操作柄连动的至少可变电阻R1和电容器C1形成的时间常数构成的。
这种状态下，当电容器C1的电位即充电电压比A点电位，即分电压，高出仅PNP型晶体管Tr1的正向电压的大小时，PNP型晶体管Tr1和NPN型晶体管Tr2导通，可控硅SCR触发。可控硅SCR触发后，交流电源AC供给到交流电动机M且发生旋转。在该控制电路中，由于与PNP型晶体管Tr1的基极和NPN型晶体管Tr2的集电极相连接的A点的电位、即分电压和电容器C1的充电电压依赖于交流电源AC的频率，故即使频率不相同为50Hz和60Hz，可控硅SCR的触发角也基本相同，从而交流电动机的旋转速度也基本相同。下面，参照图2详细说明这一点。
图2A是50Hz时向交流电动机供电的电压分配情况，图2B是60Hz时向交流电动机供电的电压分配情况，二者的操作柄拉入量、即行程相同。
由于图2A所示的50Hz时的周期比60Hz时的周期长，分电压和充电电压也相应地随之具有长的周期。于是，当充电电压比分电压高出仅晶体管Tr1的正向电压的大小时，晶体管Tr1和Tr2导通，向可控硅SCR的门极输入导通信号，使可控硅SCR处于导通状态，交流电源AC供给到交流电动机M。
由于图2B所示的60Hz时的周期比50Hz时的短，其分电压和充电电压也相应地随之具有短的周期。于是，当充电电压比分电压高出仅晶体管Tr1和Tr2的正向电压的大小时，晶体管Tr1和Tr2导通，向可控硅SCR的门极输入导通信号，使可控硅SCR处于导通状态，交流电源AC供给到交流电动机M。
这样，操作柄的行程相同时，关于充电电压比分电压高出仅晶体管Tr1的正向电压的大小的时期和时段，60Hz时的时段T2比50Hz时的时段T1短。因此，虽然操作柄的行程相同，60Hz时使可控硅SCR触发的时间提前，因此向交流电动机供电的时间也增加。这样一来，对于相同的操作柄行程，无论是50Hz，还是60Hz，都能够做到向交流电动机M供电的时段(T1’和T2’)的比例都相同，也就是说，使可控硅SCR触发的导通角是基本相同的。
另外，即使交流电源电压有一些波动(例如±10％)，由于分电压(A点)和电容器C1上积蓄的充电电压也按相同的比例变化，故可控硅SCR的导通角几乎不变化，交流电动机M以大致相同的速度旋转。因此，即使是频率不同的交流电源AC或交流电源AC的电压波动，也可以通过相同的操作柄拉入量，即相同的行程，使交流电动机M以基本上相同的速度旋转。
图3用曲线图表示出操作柄的拉入量，即行程和交流电动机M的旋转率的关系。从该图可明显看出，即使50Hz和60Hz时的电压变化时，例如80V，100V，110V，对应于变化的电压而且依赖于行程，(旋转率的)变化是一样的。
下述表1，是交流电源AC为100V，频率为50Hz和60Hz时，对本发明的和现有技术的操作柄行程与交流电动机的旋转率的关系的比较。
表1
| AC 100V的交流电源 | ||||
| 行程(mm) | 电动机旋转率(％) | |||
| 现有技术(图6) | 本发明(图3) | |||
| 50Hz | 60Hz | 50Hz | 60Hz | |
| 2 | 10 | 0 | 10 | 6 |
| 3 | 25 | 0 | 20 | 15 |
| 4 | 40 | 12 | 35 | 29 |
| 5 | 58 | 42 | 54 | 47 |
| 6 | 74 | 69 | 73 | 66 |
该表1所指出的是，现有技术中，50Hz和60Hz时，行程和交流电动机的旋转率不具有相关性，而具有行程增大旋转率急速地趋于相同的倾向。在本发明中则相反，无论是50Hz还是60Hz，交流电动机的旋转率都跟随行程(而变化)，这一点是容易理解的。
根据上述电路构成，由于无论50Hz还是60Hz时，交流电动机M的旋转率都跟随行程而变化，所以无须另外制作直流电源，也无须另外设置检测电路，只通过简单的电路构成，在交流电源AC频率不同的情况下，也可以利用基本相同的操作柄拉入量得到基本相同的旋转率。另外，由于可以不使用触发可控硅SCR的触发元件，例如DIAC、SBS(硅双向开关)、PUT(可编程的单结晶体管)等，从而能够降低成本。
这样，这种无论是50Hz还是60Hz，都可以通过操作柄的拉入状态同样地控制交流电动机M的旋转率的相位控制电路，例如装配在电动工具上就可以在日本的各个地方同样地使用，还可以在各地销售同等规格的产品。
如上述说明那样，本发明涉及的相位控制电路，形成与交流电源AC相位一致的分电压，当与操作柄连动的且以同一交流电源为基准的充电电压高于分电压时，向交流电动机供给交流电，由此具有这样的效果：即使交流电源的频率不同，也能够消除根据操作柄的拉入状态的行程差，得到电动机的旋转率。这样，就可以在象日本这样具有例如50Hz/60Hz的国内各地基本上同样地使操作柄的拉入状态大致相同地进行使用。
另外，还有这样的效果：由于是使其追随频率和电源电压的控制，即使交流电源的电压波动，因能够追随电压波动，故即使供给的交流电源不稳定，也可以具有良好的旋转状态。
Claims (2)
1.一种交流电动机相位控制电路，包括：
交流电动机(M)；
交流电源(AC)，连接到该交流电动机的一侧；
电源开关(SW1)及高速开关(SW2)，连接到该交流电动机的另一侧；
可控硅(SCR)，串联连接到所述交流电动机、并联连接到所述高速开关；
可变电阻(R1)及电容器(C1)，串联连接到所述交流电动机并相互串联连接；
两电阻(R4、R5)，并联连接到所述可变电阻及电容器并相互串联连接；
第一晶体管(Tr1)，其发射极连接到所述可变电阻和电容器之间、其基极连接到所述两电阻(R4、R5)之间；以及
第二晶体管(Tr2)，其基极连接到所述第一晶体管(Tr1)的集电极、其集电极连接到所述两电阻(R4、R5)之间、其发射极连接到所述可控硅的门极；
在所述两电阻(R4、R5)和所述第一、第二晶体管(Tr1、Tr2)的分支点(A)产生与所述交流电源的相位相同的分电压，在所述电容器的充电电压高于该分电压时，向所述交流电动机供给电源电压而驱动。
2.根据权利要求1所述的相位控制电路，其特征在于：上述交流电源的频率为50Hz或60Hz。
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