CN201750397U - 具缓启动的交流马达驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种具缓启动的交流马达驱动装置，应用于接收交流电源并驱动马达，装置中包括取样单元、缓启动控制单元以及马达驱动单元。其中取样单元用来依据交流电源产生取样电压并传送到缓启动控制单元，而缓启动控制单元依据取样电压以及使用者的转速设定，来产生缓启动驱动信号并传送到马达驱动单元，最后马达驱动单元在依据缓启动驱动信号来控制交流电源施加于马达上的有效电压，以达到设定马达运作转速以及提供马达缓启动机制的功效。

Description

具缓启动的交流马达驱动装置

技术领域

本发明涉及一种马达驱动装置，尤其是指一种具缓启动的交流马达驱动装置。

背景技术

公知的交流马达驱动器，为了要控制转速，常见的方法多采用双向三极闸流体(Triode for Alternating Current；TRIAC，或称bidirectional triodethyristor)控制，透过不同的相位触发角度，即可使马达两端获得不同的有效电压，进而控制马达的转速。使用双向三极闸流体来作交流马达转速控制的方式很单纯，只需于交流电源端利用电阻电容线路(RC circuit)充放电所产生的相位延迟，配合UJT、PUT、DIAC等组件所组成的触发电路来触发即可，而通过改变RC充放电线路的电阻值，就可以使双向三极闸流体的触发相位角有0到180度的变化。

虽然公知的相位控制方法可依据使用者需求制定交流马达的转速，但由于RC充放电线路中的电阻选定好电阻值后，就固定了电容上所反应的相位差，因此便无法控制马达缓慢启动。也就是说，一般透过相位控制来制定转速的交流马达驱动控制器，当选定转速后送入交流电源，马达就会以对应于双向三极闸流体所导通的相位角的转速来运作，无法进行转速调整。

马达的转动原理在于使定子或转子产生旋转磁场，当马达启动瞬间，首先必须克服最大静摩擦力，之后转子才会开始转动。在转动后因为转子追随旋转磁场，因此可得到转速差，在一定的转速差下便可得到额定转速。其中，为了要克服最大静摩擦力，就必须要有足够的磁场产生，而这个磁场当然就由马达的绕线来提供。

当控制器所设定的转速为低转速时，亦即相位角的角度大，所得到的有效电源低，因此在马达启动瞬间，加于绕在线的有效电流是低的，所以产生的磁力线相对较低，而对于马达而言，较低的有效电流可以有效的保护绕线。相对来说，当转速设定为高转速时，由于相位角小，所得到的有效电流及磁力较高，因此对于马达而言，高激磁及过于快速的启动，是会影响整体的使用寿命的。

由此可知，公知的RC充放电线路的相位角控制方式，虽可达到马达定转速的控制，但由于无法调整马达启动时的转速，因此也就无法有效的保护马达的使用寿命。另一方面，RC充放电线路的相位角控制法虽可将相位角固定在0度到180度之间，但于实际的应用中，因双向三极闸流体存在较大的触发电位，所以相位角无法达到真正的0度，也就是说，马达无法在有效电源输入为全弦波的情况下运转，这将使得马达无法确实依据所设定的转速来运转。

实用新型内容

有鉴于此，本创作所要克服的技术问题在于，提供一种马达的驱动装置，让马达在启动时的转速能够以缓慢提升的方式来逐渐达到使用者所设定的转速，使马达不会因为突然承受过大的有效电源而缩短使用寿命，并进一步提升线路的稳定性与实用价值。

为了达到上述目的，根据本创作的一方案，提供一种具缓启动的交流马达驱动装置，应用于接收一交流电源并驱动一马达，该驱动装置包括有一取样单元、一缓启动控制单元以及一马达驱动单元。

其中，取样单元耦接于交流电源，用来依据交流电源产生一取样电压；缓启动控制单元耦接于取样单元，用来接收取样电压，并依据取样电压产生一缓启动控制信号；而马达驱动单元则耦接于缓启动控制单元，用以接收缓启动控制信号，并依据缓启动控制信号来控制交流电源供应给马达的有效电力，让马达转速能以逐渐上升的方式达到使用者所设定的转速。

进一步说明，该缓启动控制单元包括一渐降电压产生单元以及一比较单元，其中渐降电压产生单元是用以产生一渐降电压，而比较单元则耦接于渐降电压产生单元和取样单元，用来接收渐降电压和取样电压作比较，并产生缓启动控制信号。

又，缓启动控制单元中的该渐降电压产生单元包括有一转速设定单元、一参考电压产生单元以及一减法器，其中转速设定单元用来接收使用者的转速设定，并依据使用者所设定的转速产生一转速设定电压；参考电压产生单元是用来产生一参考电压；而减法器则耦接于转速设定单元以及参考电压产生单元，用来接收参考电压以及转速设定电压作相减的动作，以产生渐降电压。

另外，马达驱动单元则包括有一光耦合交流二极管以及一双向三极闸流体，其中光耦合交流二极管耦接于上述的缓启动控制单元，用以接收缓启动控制信号，并产生一闸流体驱动信号；而双向三极闸流体则耦接于光耦合交流二极管，用以接收闸流体驱动信号，并依据闸流体驱动信号来控制交流电源供应给马达的有效电力。

通过本创作的马达驱动装置来执行马达的转速驱动控制，会让马达有缓启动的机制，而透过缓启动的方式来驱动马达，能够使马达整体的使用寿命延长，并且使线路的稳定性以及实用价值得以提升。

以上的概述与接下来的实施例，皆是为了进一步说明本创作的技术手段与达成功效，然所叙述的实施例与图式仅提供参考与说明用，并非用来对本创作加以限制。

附图说明

图1为本创作具缓启动的交流马达驱动装置的一种实施例的方块图；

图2为本创作中的交流电源与取样电压的一种实施例的波形图；

图3为本创作的渐降电压产生单元的一种实施例的示意图；

图4为本创作的参考电压、转速设定电压与渐降电压的一种实施例的波形图；

图5为本创作的比较单元的一种实施例的示意图；

图6为本创作的取样电压、渐降电压与缓启动驱动信号的一种实施例的波形图；

图7为本创作中的马达驱动单元的一种实施例的示意图；

图8为本创作的缓启动驱动信号与马达有效电压的一种实施例的波形图；以及

图9为本创作具缓启动的交流马达驱动装置的一种实施例的电路图。

符号说明

10全波整流单元            20运作指示单元

21线性整流单元            23电源侦测单元

30取样单元                40缓启动控制单元

41渐降电压产生单元        411转速设定单元

413参考电压产生单元       415减法器

43比较单元                50马达驱动单元

60马达                    V_AC交流电源

Vsample取样电压           Vcontrol缓启动控制信号

Vsub渐降电压              Vset转速设定电压

V+参考电压                Vcc驱动电压

Vmotor有效电压            LED1第一发光二极管

LED2第二发光二极管        TR双向三极闸流体

PD光耦合交流二极管        IC1、IC2芯片

R1第一电阻                R2第二电阻

Ralt可变电阻              Rb泄流电阻

Rr限流电阻                C电容

F1、F2保险丝

具体实施方式

请参照图1，为具缓启动的交流马达驱动装置的一种实施例的方块图，包括有一取样单元30、一缓启动控制单元40以及一马达驱动单元50，该具缓启动的交流马达驱动装置是用以接收一交流电源V_AC并作一马达60的驱动。

其中，取样单元30会依据所输入的交流电源V_AC，来产生与交流电源V_AC相位相同的一取样电压Vsample，并传送给缓启动控制单元40。而为了让取样电压Vsample能够被后端电路(如缓启动控制单元40)所应用，取样电压Vsample的信号能量相较于交流电源V_AC而言必须作适当的衰减，例如用电阻作分压，或是使用小电容分压。其中若要使用电容作分压，便需要注意不可使用电容值过大的电容，因为会使取样电压Vsample的相位与交流电源V_AC的相位产生过大的偏差。

接着，缓启动控制单元40会依据该取样电压Vsample以及使用者所设定的转速，来产生一缓启动控制信号Vcontrol并传送给马达驱动单元50，然后马达驱动单元50便会依据缓启动控制信号Vcontrol来调整交流电源V_AC施加于马达60的有效电力，让马达60能以缓慢启动的方式逐渐将转速提升到使用者所设定的目标转速，以提升线路的稳定度。

其中，缓启动控制单元40中有一渐降电压产生单元41以及一比较单元43，该渐降电压产生单元41会产生一渐降电压Vsub并传送到比较单元43，而比较单元43会将渐降电压Vsub与取样电压Vsample作比较，以产生出该缓启动控制信号Vcontrol。

另外，交流马达驱动装置中更可包含一全波整流单元10以及一运作指示单元20，该全波整流单元10是用来将所输入的交流电源V_AC作全波整流，而运作指示单元20则是用来指示目前的运作状态。

运作指示单元20包含有一线性整流单元21、一第一发光二极管LED1以及一运作开关单元(图1中未示)，其中该运作开关单元与线性整流单元21相耦接。若使用者透过运作开关单元命令马达60转动，线性整流单元21就会开始动作，让第一发光二极管LED1接收到电力而发光，如此便能够提示使用者此时马达60处于运转的状态之下。

另外，运作指示单元20更可包含有一电源侦测单元23以及一第二发光二极管LED2，电源侦测单元23会侦测是否有交流电源V_AC输入交流马达驱动装置中，若有，则传送电力给第二发光二极管LED2，让第二发光二极管LED2发光，以提示使用者此时交流电源V_AC是处于正常输入的状态。当然，当使用者透过运作开关单元(图1中未示)命令马达60开始运作且第一发光二极管LED1发光后，第二发光二极管LED2可设定成会自动熄灭，因为既然第一发光二极管LED1都已经正常发光了，即表示此时交流电源V_AC已是处于正常输入的状态，便不需要第二发光二极管LED2来指示是否有交流电源V_AC。

值得一提的是，交流马达驱动装置更可包括一保护单元(图1中未示)，耦接于交流电源V_AC，用来保护该交流马达驱动装置。保护单元中可以设置有一限流电阻(图1中未示)以及一保险丝(图1中未示)，其中该限流电阻可以用来限制流入交流马达驱动装置的电流大小，而保险丝则是当线路温度过高时，停止交流电源V_AC输入交流马达驱动装置。

请参照图2，为取样电压Vsample与交流电源V_AC的一种实施例的波形示意图，并请配合参照图1。图2中所示的取样电压Vsample波形是由全波整流单元10将交流电源V_AC作全波整流，并透过取样单元30作降压处理后得到的，其中取样电压Vsample与交流电源V_AC之间没有相位差。

接着请参照图3，为缓启动控制单元40中的渐降电压产生单元41的一种实施例的示意图，为了使马达60启动时具有加速的功能，在渐降电压产生单元41采用了一转速设定单元411、一参考电压产生单元413以及一减法器415，来产生渐降电压Vsub。

转速设定单元411是用来让使用者设定马达60的转速，有一可变电阻Ralt，系依据使用者所设定的转速来将驱动电压Vcc作分压，以产生转速设定电压Vset，并将转速设定电压Vset传送至减法器415。

参考电压产生单元413包含有一第一电阻R1、一第二电阻R2以及一电容C。如图3中所示，第一电阻R1与第二电阻R2相互串联，而电容C则与第一电阻R1并联。在交流马达驱动装置启动时，输入减法器415正向输入端的参考电压V+在一开始时会等于驱动电压Vcc，然后因为电容C的充电效应，参考电压V+会逐渐下降到第一电阻R1和第二电阻R2之间的分压数值，因此，参考电压V+会有渐降的波形产生。另外，参考电压产生单元413更可包含一泄流电阻Rb，用来在交流马达驱动装置没有运作时将电容C中所储存的电力作泄放，让下一次交流马达驱动装置启动时，参考电压产生单元413能够提供正确的参考电压V+。

减法器415的正向输入端接收参考电压V+，反向输入端接收转速设定电压Vset，将两电压作相减后输出一渐降电压Vsub。请参照图4，为渐降电压产生单元41中的各点波形的一种实施例的示意图，如图所示，参考电压V+会有渐降的情况，而在本实施例中是假设使用者透过转速设定单元411设定马达60为全速运转，因此转速设定电压Vset的大小会被设定成正好是参考电压V+所趋近的数值，如此一来，减法器415将参考电压V+与转速设定电压Vset作相减所输出的渐降电压Vsub，便会如图4中所示逐渐趋近于零。

接下来请参照图5，为比较单元43的一种实施例的示意图，如图所示，比较单元43接收了上述减法器415所产生的渐降电压Vsub以及取样单元30所产生的取样电压Vsample进行比较，以输出缓启动控制信号Vcontrol。请配合参照图6，比较单元43接收渐降电压Vsub与取样电压Vsample进行比较，当取样电压Vsample大于渐降电压Vsub时，会输出高准位的信号，相反的，当取样电压Vsample小于渐降电压Vsub时，则会输出低准位的信号。

因此，比较单元43输出的缓启动控制信号Vcontrol就会如图6中所示，产生工作周期(Duty cycle)逐渐增加的方波。而因为本实施例的渐降电压Vsub逐渐趋近于零，所以最后比较单元43产生的缓启动控制信号Vcontrol会是连续的高准位。

请参照图7，为马达驱动单元50的一种实施例的示意图，并配合参照图8的波形图。图7中包含有一光耦合交流二极管PD(Diode for AlternatingCurrent；DIAC)以及一双向三极闸流体TR(TRIAC)。光耦合交流二极管PD接收到缓启动控制信号Vcontrol后，便会产生一闸流体驱动信号来触发双向三极闸流体TR的闸极，让双向三极闸流体TR控制交流电源V_AC施加于马达60上的有效电压Vmotor(如图8中所示)，让马达60的转速以逐渐上升的方式达到使用者所设定的数值，例如，本实施例中是以使用者设定马达60全速转动来作说明，因此有效电压Vmotor最后会以全弦波的状态施加于马达60，让马达60得以全速运转。

当然，透过前述转速设定电压Vset的调变，来调整渐降电压Vsub最终趋近的数值，可使稳态后的缓启动控制信号Vcontrol的正缘触发角设定在使用者所需的任意数值。透过设定不同的转速设定电压Vset来改变缓启动控制信号Vcontrol稳态时的触发角，如此可达到提供马达60缓启动机制，并能够设定马达60运作转速的效果。

接着请参照图9，为具缓启动的交流马达驱动装置的一种实施例的电路图，请配合参照图1。图9包含有全波整流单元10、运作指示单元20、取样单元30、缓启动控制单元40以及马达驱动单元50。交流电源V_AC会经过全波整流单元10进行全波整流，并透过取样单元30产生一取样电压Vsample传送至芯片IC1。其中芯片IC1即是包含了减法器415以及比较单元43的模块，接收了转速设定单元411所产生的转速设定电压Vset、参考电压产生单元413所产生的参考电压V+，以及取样单元30所产生的取样电压Vsample后，产生缓启动控制信号Vcontrol并传送到马达驱动单元50。

马达驱动单元50中的IC2即是光耦合交流二极管PD的模块，接收缓启动驱动信号Vcontrol后，产生闸流体驱动信号来触发双向三极闸流体TR的导通与截止，以控制交流电源V_AC施加于马达60上的有效电压Vmotor。另外，限流电阻Rr是用来限制交流电源V_AC输入的电流大小；保险丝F1是当线路温度过高时停止交流电源V_AC输入给交流马达驱动装置；而保险丝F2则是当线路过高时，停止交流电源V_AC输入给马达60以及马达驱动单元50。

综上所述，由于施加于马达的有效电压于启动瞬间触发角度接近90度，而随时间经过会逐渐回复到转速设定电压的触发角，因此通过本创作具缓启动的交流马达驱动装置，除了能够设定马达的运作转速，还能够进一步提供马达缓启动的机制，以延长马达的使用寿命以及增加电路的稳定度。

以上所述为本创作的具体实施例的说明与附图，而本创作的所有保护范围应以权利要求内容为准，任何在本创作的领域中熟悉该项技术人员，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在本案所界定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具缓启动的交流马达驱动装置，其特征在于，应用于接收一交流电源并驱动一马达，包括：

一取样单元，耦接于该交流电源，依据该交流电源产生一取样电压；

一缓启动控制单元，耦接于该取样单元，以接收该取样电压，并依据该取样电压产生一缓启动控制信号；以及

一马达驱动单元，耦接于该缓启动控制单元，以接收该缓启动控制信号，并依据该缓启动控制信号控制该交流电源供应给该马达的电力。

2.根据权利要求1所述的具缓启动的交流马达驱动装置，其特征在于，该缓启动控制单元包括：

一渐降电压产生单元，以产生一渐降电压；以及

一比较单元，耦接于该渐降电压产生单元和该取样单元，接收该渐降电压和该取样电压作比较，并产生该缓启动控制信号。

3.根据权利要求2所述的具缓启动的交流马达驱动装置，其特征在于，该渐降电压产生单元包含：

一转速设定单元，接收使用者的转速设定，并依据使用者所设定的转速产生一转速设定电压；

一参考电压产生单元，产生一参考电压；以及

一减法器，耦接于该转速设定单元以及该参考电压产生单元，接收该参考电压以及该转速设定电压作相减，并产生该渐降电压。

4.根据权利要求3所述的具缓启动的交流马达驱动装置，其特征在于，该转速设定单元包含：

一可变电阻。

5.根据权利要求3所述的具缓启动的交流马达驱动装置，其特征在于，该参考电压产生单元包含：

一第一电阻；

一第二电阻，串联于该第一电阻；

一电容，并联于该第一电阻；以及

一泄流电阻，耦接于该电容，以泄放该电容所储存的电能。 

6.根据权利要求1所述的具缓启动的交流马达驱动装置，其特征在于，该马达驱动单元包括：

一光耦合交流二极管，耦接于该缓启动控制单元，以接收该缓启动控制信号，并产生一闸流体驱动信号；以及

一双向三极闸流体，耦接于该光耦合交流二极管，接收该闸流体驱动信号，并依据该闸流体驱动信号控制该交流电源供应给该马达的电力。

7.根据权利要求1所述的具缓启动的交流马达驱动装置，其特征在于，还包括：

一全波整流单元，耦接于该交流电源，以将该交流电源作全波整流。

8.根据权利要求1所述的具缓启动的交流马达驱动装置，其特征在于，还包括：

一运作指示单元，以指示该马达与该交流马达驱动装置的运作状态，包括：

一运作开关单元，以接收使用者启动或关闭该马达；

一线性整流单元，耦接于该交流电源以及该运作开关单元；以及

一第一发光二极管，耦接于该线性整流单元，依据该线性整流单元的控制来作发光。

9.根据权利要求8所述的具缓启动的交流马达驱动装置，其特征在于，该运作指示单元还包括：

一电源侦测单元，耦接于该交流电源；以及

一第二发光二极管，耦接于该电源侦测单元，在有该交流电源输入该交流马达驱动装置时发出亮光。

10.根据权利要求1所述的具缓启动的交流马达驱动装置，其特征在于，还包括：

一保护单元，耦接于该取样单元以及该马达驱动单元，以保护该交流马达驱动装置，包括：

一限流电阻，耦接于该交流电源与该取样单元之间；以及

至少一保险丝，耦接于该交流电源与该取样单元之间，以及该交流电源与该马达驱动单元之间。 

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