CN201656891U

CN201656891U - 用于直流电动机的脉冲控制器

Info

Publication number: CN201656891U
Application number: CN2010201324359U
Authority: CN
Inventors: 王士元; 甄云
Original assignee: WEICHIDUAN TRAFFIC FACILITY ENGINEERING Co Ltd BAODING
Current assignee: WEICHIDUAN TRAFFIC FACILITY ENGINEERING Co Ltd BAODING
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2020-03-17

Abstract

本实用新型公开了一种用于直流电动机的脉冲控制器，主要包括整流模块、直流振荡发生器、脉冲比控制模块、调速耦合器以及输出模块；将本实用新型安装在直流电动机的控制电路中，通过控制器将连续直流电转变成振荡脉冲直流电，形成一定的脉冲占空比，再根据工作需求使电动机在连续供电模式或脉冲直流电模式之间互相切换，保证电动机正常使用的同时，实现节电节能效果。

Description

用于直流电动机的脉冲控制器

技术领域

本实用新型涉及一种脉冲控制器，特别是一种用于直流电动机、能够节电的脉冲控制器。

背景技术

电动机是将电能转换为机械能的设备，电动机分为交流电动机和直流电动机两大类。直流电机是一种能实现机电能量转换的电磁装置，它能使绕组在气隙磁场中旋转感生出交流电动势，并依靠换向装置，将此交流电变为直流电。每个导体中的电流方向是交变的，每个磁极下导体中电流的方向是固定的，即不管是哪个导体运行到该极下，其中的电流方向总是相同的，因此直流电动机可获得恒定方向的电磁转矩，使电机持续旋转，这就是直流电动机的工作原理。目前传统的电动机虽具有调速性能好、起动力矩大等优点，但仍存在耗能高的缺点。

占空比是指一个工作周期内，脉冲宽度与脉冲周期的百分比。它是通过电子控制装置对加在工作执行元件上一定频率的电压信号进行脉冲宽度的调制，以实现对所控制的执行元件工作状态精确、连续的控制。事实上，就是通过控制一个恒定的工作频率的直流工作电压在一个工作周期内的占空比，也就是对直流脉冲宽度的控制，并利用电子控制电路进行高速的开关动作控制，从而控制了受控电路的接通和关断的时间比，以实现对受控元件工作电压平均值的控制；进一步说就是实现了对流经受控元件的工作电流值的控制。那么如何采用占空比的优点，设计一种能够节约能源的控制器，将其应用于直流电动机的控制电路中后，在不影响电动机正常工作状态的情况下，达到节电的效果，则成为亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种在不影响电动机正常工作状态的情况下，能够达到节电效果脉冲控制器。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：

一种用于直流电动机的脉冲控制器，包括整流模块、直流振荡发生器、脉冲比控制模块、调速耦合器以及输出模块。整流模块，用于将电网的交流电整流为直流电，供电动机及控制系统的基本需要；直流振荡发生器，用于将整流模块输出的直流电转换为一定频率的脉动直流电；脉冲比控制模块，用于将直流振荡电路输出的一定频率的脉动直流电，进行前置放大，以达到能够驱动电动机工作的额定电流和电压；调速耦合器，用于根据电动机产生的电流大小，进行工作模式的切换，并且作用于电动机脉冲比控制模块进行通断的耦合连接；输出模块，用于输出供电动机在额定条件下工作的电压及电流。

本实用新型的整流模块的结构为：所述整流模块包括CMOS单稳态多谐振荡器、整流桥电路、可调电阻、三极管和电阻；可调电阻连接在三极管的基极和集电极之间，三极管的发射极经电阻电连接整流桥电路的一端，整流桥电路的输出端接CMOS单稳态多谐振荡器。单稳态多谐振荡器通过可调电阻进行信号调节可以输出大范围可调的CMOS振荡频率，由脉冲比控制模块进行控制。

本实用新型的直流震荡发生器的结构为：所述直流振荡发生器包括运算放大器、电阻和电容；整流模块输出的信号经电阻输入运算放大器的反相输入端，运算放大器的正向输入端经可调电阻接地，运算放大器的输出端经电阻连接反相输入端；电阻和电容构成的振荡回路串接在可调电阻和运算放大器的正向输入端之间。

本实用新型的脉冲比控制模块的结构为：所述脉冲比控制模块包括三级管、励磁电动机、电阻、NPN二极管和电容；脉冲比控制模块的正极连接电阻，电阻连接三极管的集电极，三极管的发射极直接接地，电阻R6连接在电阻Rc2和三极管的基极之间，电阻Rc1经经电阻连接在三极管VT2的基极，三极管的基极经电阻Rb2接电源负极；三极管VT3的集电极与电阻Rc1相连，基极电连接电阻R5、R6，三极管VT3的发射极与励磁电动机相连；二极管VD5的正极连接在VT3的基极和集电极之间，负极经电阻Rr1接地。

本实用新型的调速耦合器的结构为：所述调速耦合器包括交流电机、二极管、发光二极管、电容、电阻、单稳压管、双稳压管、滑动变阻器和内部有频率运算功能的集成电路芯片IC3；信号经电容C5分别与二极管VD8的负极、二极管VD7的正极连接，发光二极管VL与单稳压管VS串联、再与电容C6并接后连接在VD8的正极、VD7的负极之间；电容C6的两端连接IC3的一脚和八脚，信号依次经交流电机M、双稳压管VT和电阻R8输入给IC3的三脚，IC的六脚与二脚相连且与滑动变阻器RP2连接，一脚和二脚之间连接有电容C7，七脚连接在电阻R9与二极管VD9的负极之间，且与二极管VD10的正极连接；电阻R9的另一端连接四脚；二极管VD9、VD10、滑动变阻器RP2、电阻R10组成环形串连结构。

本实用新型输出模块的结构为：所述输出模块包括D-A转换器、定频PWM电路、固态继电器、应用服务器AS、集成块EVU；信号传输给D-A转换器，进行D/A转换后输出给脉冲信号运算集成电路，IC5与应用服务器AS连接，定频PWM电路也输出给AS，应用服务器AS的另一端与集成块EVU连接，集成块EVU的接地线与D-A转换器的输出端IO2共地，集成块EVU的输出端与固态继电器IC6连接，固态继电器的另一端连接电源正极，集成块EVU的两条输出线经大电流防止反冲单项导通芯片转换后输出。

本实用新型的工作原理如下：

工作时，将本实用新型安装在直流电动机的控制电路中，接入的交流电通过整流模块整流输出直流电输出给直流震荡发生器，直流震荡发生器将直流电变换为一定频率的脉动直流电，脉动直流电再通过脉冲比控制模块将脉动直流电前置放大，从而达到能够驱动电动机工作的电压及电流。此时脉冲控制器通过调速耦合器进行电流大小的检测，从而进行工作模式的切换，当启动电动机时，为了克服较大的启动力矩，自动将工作状态定为连续直流电；当电动机转速稳定时，则将其转变成脉冲直流电，利用电动机转子本身的旋转惯性连续运转从而实现节电效果；如电动机工作过程中遇到较大力矩时，根据电流的变化，自动实现连续供电模式的转换，正常时则利用振荡脉冲的效果来实现节电的作用，从而达到了既不影响转速又节电节能的效果。

由于采用了上述技术方案，本实用新型所取得技术进步在于：

本实用新型可自动控制电动机的供电模式，使电动机在连续供电模式或脉冲直流电模式之间根据工作需求进行互相切换，保证电动机的正常使用并实现节电节能效果。当电动机启动时，控制其工作在连续供电模式下，以满足启动电路大的要求；当电动机转速稳定后，控制器控制其自动转变成脉冲直流电，将产生50％甚至60％的电流通断脉冲比，利用电动机转子本身的旋转惯性连续运动，从而达到节电效果。

附图说明

图1：本实用新型的结构框图；

图2：为本实用新型整流模块的框图；

图3：为本实用新型直流震荡发生器的框图；

图4：为本实用新型脉冲比控制模块的框图；

图5：为本实用新型调速耦合器的框图；

图6：为本实用新型输出模块的框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型进行进一步详细的说明。

图1是一种用于直流电动机的脉冲控制器的结构框图，主要包括整流模块、直流振荡发生器、脉冲比控制模块、调速耦合器以及输出模块；整流模块，用于将电网的交流电整流为直流电，供电动机及控制系统的基本需要；直流振荡发生器，用于将整流模块输出的直流电转换为一定频率的脉动直流电；脉冲比控制模块，用于将直流振荡电路输出的一定频率的脉动直流电，进行前置放大，以达到能够驱动电动机工作的额定电流和电压；调速耦合器，用于在进行电动机的启动或者突遇过功率阻力时，根据电动机产生较大的启动电流，由调速耦合器迅速判断并且作用于电动机脉冲比控制模块进行通断的耦合连接；输出模块，用于输出供电动机在额定的电压、电流的条件下工作的保障。

整流模块的连接方式如图2所示。整流模块包括CMOS单稳态多谐振荡器、整流桥电路、可调电阻、三极管和电阻；可调电阻RP1连接在三极管VT1的基极和集电极之间，三极管的发射极经电阻R1电连接整流桥电路的一端，整流桥电路VD1～VD4的输出端接CMOS单稳态多谐振荡器IC1。单稳态多谐振荡器通过可调电阻进行信号调节可以输出大范围可调的CMOS振荡频率，由脉冲比控制模块进行控制。

直流振荡发生器的连接方式如图3所示。直流振荡发生器包括运算放大器、电阻和电容；整流模块输出的信号经电阻R2输入运算放大器IC2的反相输入端，运算放大器的正向输入端经可调电阻RP接地，运算放大器的输出端经电阻R5连接反相输入端；电阻R3、R4和电容C3、C4构成的振荡回路串接在可调电阻和运算放大器的正向输入端之间。

脉冲比控制模块的连接方式如图4所示。脉冲比控制模块包括三级管、励磁电动机、电阻、NPN二极管和电容；脉冲比控制模块的正极连接电阻R5、Rc1、Rc2，电阻Rc2连接三极管VT2的集电极，三极管VT2的发射极直接接地，电阻R6连接在Rc2和三极管VT 3的基极之间，电阻Rc1经电阻R7连接在三极管VT2的基极，三极管的基极经Rb2接电源负极；三极管VT 3的集电极与Rc1相连，基极电连接电阻R5、R6，三极管VT3的发射极与励磁电动机相连；二极管VD5的正极连接在VT3的基极和集电极之间，负极经电阻Rr1接地。

调速耦合器的连接方式如图5所示。调速耦合器包括交流电机、二极管、发光二极管、电容、电阻、单稳压管、双稳压管、滑动变阻器和内部有频率运算功能的集成电路芯片IC3；信号经电容C5分别与二极管VD8的负极、二极管VD7的正极连接，发光二极管VL与单稳压管VS串联、再与电容C6并接后连接在VD8的正极、VD7的负极之间；电容C6的两端连接IC3的一脚和八脚，信号依次经交流电机M、双稳压管VT和电阻R8输入给IC3的三脚，IC的六脚与二脚相连且与滑动变阻器RP2连接，一脚和二脚之间连接有电容C7，七脚连接在电阻R9与二极管VD9的负极之间，且与二极管VD10的正极连接；电阻R9的另一端连接四脚；二极管VD9、VD10、滑动变阻器RP2、电阻R10组成环形串连结构。

输出模块的连接方式如图6所示。输出模块包括D-A转换器、定频PWM电路SG3524、固态继电器、应用服务器AS、集成块EVU；信号传输给D-A转换器IC4，进行D/A转换后输出给脉冲信号运算集成电路IC5，IC5与应用服务器AS连接，定频PWM电路SG3524也输出给AS，应用服务器AS的另一端与集成块EVU连接，集成块EVU的接地线与D-A转换器的输出端IO2共地，集成块EVU的输出端与固态继电器IC6连接，固态继电器的另一端连接电源正极，集成块EVU的两条输出线经大电流防止反冲单项导通芯片IC7转换后输出。

本实用新型工作时，将交流电接入脉冲控制器，通过检测电流值情况进行工作模式的切换。接入的交流电通过整流模块整流输出直流电输出给直流震荡发生器，直流震荡发生器将直流电变换为一定频率的脉动直流电，脉动直流电再通过脉冲比控制模块将脉动直流电前置放大，从而达到能够驱动电动机工作的电压及电流。当启动电动机时，为了克服较大的启动力矩，控制器自动将工作状态定为连续直流电；当电动机转速稳定时，自动将其转变成脉冲直流电，即将连续直流电转变成振荡脉冲直流电，形成脉冲占空比，利用电动机转子本身的旋转惯性连续运转从而实现节电效果，如电动机工作过程中遇到较大力矩时，根据电流的变化，控制器自动实现连续供电模式，正常时利用振荡脉冲的效果即实现节电的作用，达到了既不影响转速又节电节能的效果。

Claims

1.一种用于直流电动机的脉冲控制器，其特征在于：所述脉冲控制器包括整流模块、直流振荡发生器、脉冲比控制模块、调速耦合器以及输出模块；其中：所述整流模块，用于将电网的交流电整流为直流电，供电动机及控制系统的基本需要；

直流振荡发生器，用于将整流模块输出的直流电转换为一定频率的脉动直流电；

脉冲比控制模块，用于将直流振荡电路输出的一定频率的脉动直流电，进行前置放大，以达到能够驱动电动机工作的额定电流和电压；

调速耦合器，用于根据电动机的电流大小进行工作模式的判断，并且作用于脉冲比控制模块进行通断的耦合连接；

输出模块，用于输出电动机所需的工作电压及电流。

2.根据权利要求1所述的用于直流电动机的脉冲控制器，其特征在于：所述整流模块包括CMOS单稳态多谐振荡器、整流桥电路、可调电阻、三极管和电阻；可调电阻(RP1)连接在三极管(VT1)的基极和集电极之间，三极管的发射极经电阻(R1)电连接整流桥电路的一端，整流桥电路(VD1～VD4)的输出端接CMOS单稳态多谐振荡器(IC1)。

3.根据权利要求1所述的用于直流电动机的脉冲控制器，其特征在于：所述直流振荡发生器包括运算放大器、电阻和电容；整流模块输出的信号经电阻(R2)输入运算放大器(IC2)的反相输入端，运算放大器的正向输入端经可调电阻(RP2)接地，运算放大器的输出端经电阻(R5)连接其反相输入端；电阻(R3、R4)和电容(C3、C4)构成的振荡回路串接在可调电阻和运算放大器的正向输入端之间。

4.根据权利要求1所述的用于直流电动机的脉冲控制器，其特征在于：所述脉冲比控制模块包括三级管、励磁电动机、电阻、NPN二极管和电容；脉冲比控制模块的正极连接电阻(R5、Rc1、Rc2)，电阻(Rc2)连接三极管(VT2)的集电极，三极管(VT2)的发射极直接接地，电阻(R6)连接在电阻(Rc2)和三极管(VT3)的基极之间，电阻(Rc1)经电阻(R7)连接在三极管(VT2)的基极，三极管的基极经电阻(Rb2)接电源负极；三极管(VT3)的集电极与电阻(Rc1)相连，基极电连接电阻(R5、R6)，三极管(VT3)的发射极与励磁电动机相连；二极管(VD5)的正极连接在(VT3)的基极和集电极之间，负极经电阻(Rr1)接地。

5.根据权利要求1所述的用于直流电动机的脉冲控制器，其特征在于：所述调速耦合器包括交流电机、二极管、发光二极管、电容、电阻、单稳压管、双稳压管、滑动变阻器和内部有频率运算功能的集成电路芯片(IC3)；信号经电容(C5)分别与二极管(VD8)的负极、二极管(VD7)的正极连接，发光二极管(VL)与单稳压管(VS)串联、再与电容(C6)并接后连接在二极管(VD8)的正极、二极管(VD7)的负极之间；电容(C6)的两端连接(IC3)的一脚和八脚，信号依次经交流电机(M)、双稳压管(VT)和电阻(R8)输入给(IC3)的三脚，(IC3)的六脚与二脚相连且与滑动变阻器(RP2)连接，一脚和二脚之间连接有电容(C7)，七脚连接在电阻(R9)与二极管(VD9)的负极之间，且与二极管(VD10)的正极连接；电阻(R9)的另一端连接四脚；二极管(VD9、VD10)、滑动变阻器(RP2)、电阻(R10)组成环形串联结构。

6.根据权利要求1所述的用于直流电动机的脉冲控制器，其特征在于：所述输出模块包括D-A转换器、定频PWM电路SG3524、固态继电器、应用服务器AS、集成块EVU；信号传输给D-A转换器(IC4)，进行D/A转换后输出给脉冲信号运算集成电路(IC5)，(IC5)与应用服务器AS的输入端连接，定频PWM电路SG3524也输出给AS，应用服务器AS的另一端与集成块EVU连接，集成块EVU的接地线与D-A转换器的输出端(IO2)共地，集成块EVU的输出端与固态继电器(IC6)连接，固态继电器的另一端连接电源正极，集成块EVU的两条输出线经大电流防止反冲单项导通芯片(IC7)转换后输出。