CN206712692U - 一种电机转速控制器 - Google Patents

Abstract

(54)实用新型名称一种电机转速控制器（57）摘要本实用新型公开了一种电机转速控制的方式，包括高频干扰滤波电路、降压整流电路、齐纳电压产生电路、双向可控硅控制电路、负载（电锤、钻孔机等）电路，所述高频干扰滤波电路，包括电感L₁和电容C₁，用来滤除电路因对市电相位斩波所产生的高频干扰；所述降压整流电路，包括电阻R₁、和二极管D₁，电容器C₂可以通过R₁、D₁充电；所述齐纳电压产生电路，包括晶体管Q₁、电阻R₂、R₃、电位器P以及电容C₂；所述双向可控硅控制电路，包括双向可控硅Triac，触发电阻R4；所述负载电路包括电锤、钻孔机等，本实用新型能保证随着负载的增大，电动机的反电动势下降，做到电机的可控速度与加载在电机上的负载无关。

Description

一种电机转速控制器

技术领域

本实用新型涉及一种电机转速控制技术，尤其一种电机的可控转速与加载在电机上的负载无关的控制技术。

背景技术

我们知道，直流电机通过电阻限制电流来控制转速；交流电机最理想的控制转速方法是通过变频器改变交流频率来控制转速，但造价比较昂贵；也可利用控制可控硅的导通角的方式来控制电机转速，比如调光台灯控制电路就是控制可控硅的的导通角从而控制灯泡亮度，这种控制方式成本较低，使用广泛。

但控制可控硅导通角的方式有很大的毛病，即“频闪”，这种方式不适合如电机这样的电感性负载，只适合于像灯泡这样的电阻性负载。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单、造价低廉、使用可靠、能自动控制电动机的转速、实现电动机的可控速度与加载在电机上的负载无关的控制设备，只要设计一个简单的电路就能使钻孔机、电锤等电机的的转速可控、且与加在钻孔机上的负载无关，而且避免了控制可控硅导通角方式的最大毛病：频闪。这对我们的工作是极有好处的，本电路的设计能保证随着负载的增大，电动机的反电动势下降，从而使工作电流加强，做到电机的可控速度与加载在电机上的负载无关。。

为实现上述目的，本实用新型提供一种自动转速控制系统，包括高频干扰滤波电路、降压整流电路、齐纳电压产生电路、双向可控硅控制电路、负载（电锤、钻孔机等）电路；220v交流电压输入由电感L1与电容C1连接形成的高频干扰滤波电路；经过高频滤波的交流电压输入由电阻R₁、和二极管D₁连接形成的降压整流电路，二极管D₁输出的整流电压对电容器C₂充电；晶体管Q的基极连接于电位器P1与电阻R3之间，同时电阻R2、电位器P1、电阻R3串联接，晶体管Q的集电极连接电容C₂，形成所述齐纳电压产生电路，晶体管Q电路实际上是一个基于可调的稳压管；齐纳电压经过触发二极管D2、输入由触发电阻R4连接双向可控硅Triac组成的双向可控硅控制电路；Triac的第一阳极T1连接电机电路，Triac的第二阳极T2连接高频干扰滤波电路的输出端。

所述高频干扰滤波电路，包括电感L₁和电容C₁，用来滤除电路应对市电相位斩波所产生的高频干扰。

所述降压整流电路，包括电阻R₁、和二极管D₁，可以通过R₁、 D₁对电容器C₂充电。

所述齐纳电压产生电路，包括晶体管Q、电阻R₂、 R₃、电位器P1以及电容C₂，晶体管Q电路实际上是基于一个可调的稳压管原理，在这个电路中，稳压电压由电位器P₁的大小来决定，实际上Q集电极和发射级之间的电压是由电阻R₃和R₂ +P₁的比值决定的。

所述双向可控硅控制电路，包括双向可控硅Triac，触发电阻R4，其中双向可控硅Triac被触发的时刻是由齐纳管电压和电机的反电动势之差来决定的。

安装有该速度控制器的钻孔机或电锤开始上电工作时，其中的电机接的不是普通钻孔机电机接的位置，而是接在Triac之T1位置，如附图1。

所述负载电路包括电锤、钻孔机，以及一切电感性负载。

附图说明

附图1、附图2、附图3用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，附图1 是本实用新型设计电机转速控制器电气原理图；附图2是本实用新型设计所用核心元器件双向可控硅Triac伏—安特性图；附图3是本转速控制器的对比电路调光台灯控制电路图，通过技术对比体现了本控制技术的优越性。

具体实施方式

附图1是本实用新型设计电机转速控制器电气原理图，包括高频干扰滤波电路、降压整流电路、齐纳电压产生电路、双向可控硅控制电路、负载（电锤、钻孔机等）电路，下面详细介绍本实用新型。

附图1中齐纳电压对双向可控硅导通的控制是本控制器的重点和难点，正是Triac的存在才使电机的转速被控制得以实现，首先简单介绍一下双向可控硅的工作原理及伏安特性。

本设计所用功率器件为双向可控硅（Triac）, Triac为三端元件，其三端分别为T₁(第二端子或第二阳极)，T₂(第一端子或第一阳极)和G(控制极,亦为闸极控制开关)，与SCR(单向可控硅)最大的不同点在于Triac无论于正向或反向电压时皆可导通，因为它是双向元件，所以不管T₁、T₂的电压极性如何，若闸极有信号加入时，则T₁、T₂间可呈导通状态；反之，T₁、T₂间有极高的阻抗。

可控硅有两个参数很重要，一个是控制极触发电压U_GT，U_GT是指在室温下，阳极和阴极间（单向可控硅分阳极和阴极，双向可控硅指第一阳极和第二阳极）加6V电压时，使可控硅从截止变为完全导通所需的最小控制极直流电压；另一个是控制极触发电流I_GT，I_GT是指在室温下，阳极和阴极间加6V电压时，使可控硅从截止变为完全导通所需的控制极最小直流电流。

可控硅的触发，是由电流触发的，虽然是电流触发可控硅，但电压是形成电流的基本条件。V_G（触发门极电压）是指G和T₁或T₂之间的电压，也就是一个PN结的压差，约0.7V，与三极管类似。门极可控硅具有自保持特征，即流入G的电流I_G只要大于等于门极的控制极触发电流I_GT，可控硅即导通，此时彻底取消流入G的电流，可控硅还是保持导通状态，除非去掉T₁、T₂之间的电压，附图2为双向可控硅的V-I特性图。

附图2中，I_T1-T2是指双向可控硅两个阳极之间的导通电流；V_T2-T1是指双向可控硅两个阳极之间的电压；I_H是指擎住电流或维持电流；I_G3、I_G2、I_G1是指不同的触发门极电流；V_BO是指在额定结温为100℃且门极（G）开路的条件下，在其阳极（A）与阴极（K）之间加正弦半波正向电压、使其由关断状态转变为导通状态时所对应的峰值电压。

附图2可以看出，触发脉冲应该有足够的幅度（电压）和宽度（电流）才能使可控硅完全导通，为了保证可控硅在各种条件下均能可靠触发，触发电路所送出的触发电压和电流必须大于可控硅的控制极触发电压U_GT与控制极触发电流 I_GT，并且触发脉冲的最小宽度要持续到阳极电流上升到维持电流（即擎住电流 I_H）以上，否则可控硅会因为没有完全导通而重新关断。

不同的触发电流I_G对应Triac不同的伏—安特性，而触发电流是由触发电压形成的，故改变触发电压V_G，就会使Triac输出不一样的V--I特性，如附图2。

电机速度控制器电气原理详解，由图1可以看出，该电路非常简单，工作过程也不复杂。在交流市电的正半轴，电容器C₂可以通过R₁、 D₁充电，直到该电容器两端的电压等于晶体管Q电路的齐纳电压为止，这时晶体管Q可以看作一个稳压二极管。

晶体管Q电路实际上是基于一个可调的稳压管，在这个电路中，稳压电压由电位器P₁的大小来决定。实际上Q集电极和发射级之间的电压是由电阻R₃和R₂ +P₁的比值决定的。由图可知，R₃两端的电压降总是等于Q基极——发射级之间的电压（0.6V）。所以，齐纳管（这时Q相当于一个齐纳二极管）的电压应等于：

V_Q=(P₁ +R₂ +R₃)/R₃*0.6V。

安装有该速度控制器的钻孔机或电锤开始上电工作时，其中的电机接的不是普通钻孔机电机接的位置，而是接在Triac之T1位置，如附图1。其中双向可控硅Triac被触发的时刻是由齐纳管电压和电机的反电动势之差来决定的。

反电动势在这个电路中起着很重要的作用，所以为了更好理解反电动势的概念，有必要理清电机的工作原理及其与与负载的关系：定子绕组通有电流，产生旋转磁场，转子绕组中产生感应电流，转子产生电磁转矩而转动；转子电流也产生磁场，该磁场随转子的转动而转动，使定子绕组产生感应电动势，该电动势与定子绕组中外加的电源电压相位相反，这就是反电动势。

当电机负载增加时，转子转速下降，定子绕组中产生的反电动势减小，定子电流增大（起动或堵转时电流最大就是这原因），这时的电机定子线圈可以理解为一个可变电阻，电流增大，说明电阻减小，那么双向可控硅Trial的T₁极电位降低，由于G极电位由齐纳管稳压电压提供，故可控硅导通时间加大，定子中电源电流加强，产生更强的磁场，使转子获得更大的电磁转矩，与负载转矩平衡。

因为电路中使用了双向可控硅Triac，故这个电路可以控制交流市电的完整周期360^。度。电机的转速可由电位器P₁调节，但是这个电路不可能从0到100%改变钻孔机的速度，即当其没有负载时，电机工作的似动非动，俗话叫“抽抽”（其实就相当于调光台灯电路的“频闪”）。故在极低负载情况下，该控制电路也是有“频闪”现象，但一旦钻孔机接上负载，这种现象就会立刻消失。

电感L₁和电容C₁用来滤除电路因对市电相位斩波所产生的高频干扰。可控硅必须安装在一散热器上，以保证该器件有效地冷却。

通过与导通角控制方式的比较，充分体现齐纳电压控制电动机转速的优越性， 调光台灯控制电路即利用了可控硅导通角控制方式来调节台灯光照亮度，调光台灯控制电路如附图3。

调光台灯的的工作原理是电源电压通过电位器给电容充电，当电容C₁上的电压达到一定数值后，就会通过双向二极管触发可控硅导通，调节电位器的旋钮，可以改变充电的时间，从而控制可控硅的导通角，实现调节灯泡亮度。由于可控硅的特性导致可控硅在交流电半周持续期间导通，半周过零期间截止；下一周期继续C₁的存放电，故这种控制方式有很大的毛病：频闪。

由此可见，调光台灯电路只适合于如灯泡、电烙铁等电阻性负载，不适合于电动机等这样的电感性负载，电感在“零交叉”切换过程中，瞬间会产生极高的反向自感电动势，反向自感电动势有时甚至超过电源电压极易击穿可控硅，而且负载电路的电感线圈也会产生匝间、或电机绕组间击穿，这点是决不能忽视的。

通过以上比较可以看出，本文介绍的控制电路与调光台灯电路有很大不同，双向可控硅Triac被触发的时刻是由齐纳管电压和电机的反电动势之差来决定，而齐纳管电压是相对稳定的。故该电路运行更安全、控制更平滑，用这种电路控制像钻孔机、电锤等电感性负载的电动工具是极为适合的。

在本控制电路中，由于双向可控硅Trial是控制器的核心元件，在电机负载较大的时候，通过可控硅的电流很大，故实际制作的时候，可控硅必须安装在一散热器上，以保证该可控硅有效地冷却。

该控制器电路结构简单、思路巧妙，制作成本十分低廉，比使用变频控制技术或可控硅导通角控制技术的的相关产品性价比更高，十分适合于所有电感性负载控制使用。

Claims (3)

1.一种电机转速控制器，其特征在于：包括高频干扰滤波电路、降压整流电路、齐纳电压产生电路、双向可控硅控制电路、电机电路；220v交流电压输入由电感L1与电容C1连接形成的高频干扰滤波电路；经过高频滤波的交流电压输入由电阻R₁、和二极管D₁连接形成的降压整流电路，二极管D₁输出的整流电压对电容器C₂充电；晶体管Q的基极连接于电位器P1与电阻R3之间，同时电阻R2、电位器P1、电阻R3串联接，晶体管Q的集电极连接电容C₂，形成所述齐纳电压产生电路，晶体管Q电路实际上是一个基于可调的稳压管；齐纳电压经过触发二极管D2、输入由触发电阻R4连接双向可控硅Triac组成的双向可控硅控制电路；Triac的第一阳极T1连接电机电路，Triac的第二阳极T2连接高频干扰滤波电路的输出端。

2.根据权利要求1所述的电机转速控制器，其特征在于所述齐纳电压产生电路，该齐纳电压就是晶体管Q集电极和发射极之间的电压，齐纳电压大小实际是由电阻R₃和R₂ +P₁的比值决定的。

3.根据权利要求1所述的电机转速控制器，其特征在于所述双向可控硅控制电路，其中双向可控硅Triac被触发的时刻是由齐纳管电压和电机的反电动势之差来决定的，电机的转速可由电位器P₁调节，可控硅必须安装在一散热器上，以保证该器件有效地冷却。