CN210518150U - 一种直流电机调速系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种直流电机调速系统，包括直流电源变换模块、速度采集模块、F/V转换模块、反馈调节模块和调速控制模块，直流电源变换模块、F/V转换模块、反馈调节模块及调速控制模块均由+15V直流电源供电，速度采集模块由直流电源变换模块供电，速度采集模块与直流电机相连接，F/V转换模块与速度采集模块、反馈调节模块相连接，调速控制模块与反馈调节模块、直流电机相连接。本实用新型运用了基于MIC1557和TL431的直流电机PWM调速控制技术，解决了基于MCU的直流电机调速系统存在可靠性低、动态抗干扰性差、维护维修比较麻烦等问题，且本系统有线路简单、装置效率高等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及电机控制技术领域，具体涉及一种直流电机调速系统。
背景技术
直流电机由于具有良好的调速性能和启动特性而在电力拖动中得到广泛应用，因此直流电机的调速控制也成为社会的重点研究对象之一。现实生活中直流电机调速控制大多还是基于MCU通过软件算法来完成对直流电机调速控制，但是基于MCU的直流电机调速系统存在可靠性低、动态抗干扰性差、维护维修比较麻烦等缺陷。
实用新型内容
鉴于背景技术存在的上述技术缺陷，本实用新型提出了一种直流电机调速系统，具有可靠性高、动态抗干扰能力强、线路简单、便于维修等特点。
为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：
一种直流电机调速系统，包括直流电源变换模块、速度采集模块、F/V转换模块、反馈调节模块和调速控制模块，所述直流电源变换模块、F/V转换模块、反馈调节模块及调速控制模块均由15V直流电源供电，直流电源变换模块将输出15V的直流电变换为5V直流电给速度采集模块供电；速度采集模块与直流电机相连，利用槽型光耦完成对电机转速的监测，并把转速物理量通过脉冲频率来表征；F/V转换模块将速度采集模块传送的脉冲信号转换为线性正相关的电压值并输出给反馈调节模块；反馈调节模块将F/V转换模块输送的电压值与设定的电压基准值进行比较对PWM信号的脉宽进行调节；调速控制模块与直流电机连接，并根据反馈调节模块的控制信号来改变PWM信号的占空比。
进一步设置，所述速度采集模块的芯片型号为LM393，电源指示灯LED1的阳极与电容C1的一端连接后接入直流电源变换模块产生的5V电源，LED1的阴极通过电阻R1与电容C1的另一端相连后接地；LM393的3管脚一路通过电阻R5与5V电源连接，另一路通过并联的电容C2、槽型光耦接收部分与地相连；LM393的2管脚通过电阻R2与5V电源连接，并且还通过电阻R3接地；LM393的8管脚与5V电源连接；LM393的4管脚接地；槽型光耦的1脚通过电阻R4与5V电源相连，2脚直接接地；LM393的1脚与5V电源之间串联了开关指示灯LED2、电阻R7，LED2的阳极与5V电源连接，LED2的阴极与电阻R7连接；LM393的1脚通过电阻R6与5V电源连接，1脚还作为速度采集模块的输出信号端；LM393的5脚、6脚、7脚均悬空。
进一步设置，所述F/V转换模块的核心芯片型号为TC9400，F/V转换模块的输入端依次通过电阻R5、电容C2与TC9400的11脚相连；TC9400的11脚一路依次通过电阻R6、R8接地，另一路依次通过肖特基二极管D2、电容C3接地，肖特基二极管D2的阴极与11脚相连；肖特基二极管D2的阳极与电阻R6、R8的连接点进行短接，同时还通过电阻R7与15V直流电源相连；TC9400的1脚与地之间通过电阻R9相连；TC9400的7脚与4脚短接接地；TC9400的14脚直接与15V直流电源相连；TC9400的6脚一路通过并联的稳压管D1、电容C1接地，同时，另一路通过电阻R1与15V直流电源相连；TC9400的2脚与6脚之间通过电阻R2连接，同时，2脚还通过电阻R3与电位器R4的2脚连接；电位器R4的1脚与电源相连，3脚接地；TC9400的8脚、9脚、10脚、13脚均悬空处理；TC9400的5脚与3脚之间通过电容C4连接；TC9400的3脚通过并联的电阻R10、电容C5与12脚相连；TC9400的12脚作为F/V转换模块的输出端。
进一步设置，所述反馈调节模块的核心芯片型号为TL431ACLP，电位器R3的1脚作为反馈调节模块的输入端；电位器R3的2脚与TL431ACLP的1脚短接；电位器的3脚与TL431ACLP的2脚短接接地；TL431ACLP的3脚一路通过电阻R1与15直流电源连接，同时，还通过电容C1接地，其中电容C1的正极与TL431ACLP的3脚相连；反馈调节模块的输出端与TL431ACLP的3脚之间串联接入限流电阻R2。
进一步设置，所述调速控制模块的核心芯片型号为MIC1557，8050型号的NPN三极管Q2的基极与8550型号的PNP三极管Q3的基极短接后作为调速控制模块的输入端；NPN三极管Q2的发射极与PNP三极管Q3的发射极短接后与MIC1557的5脚相连；SS14型号的肖特基二极管D2的阴极直接与NPN三极管Q2的集电极相连；SS14型号的肖特基二极管D3的阳极直接与PNP三极管Q3的集电极相连；肖特基二极管D2的阳极与肖特基二极管D3的阴极短接，同时，还通过电阻R2与MIC1557的1脚连接；MIC1557的1脚通过电容C1接地；MIC1557的3脚、4脚短接后与15V直流电源连接；MIC1557的2脚接地；MIC1557的5脚通过限流电阻R3与IRF540型号的MOS管Q1的G极连接，同时，还通过下拉电阻R4接地；MOS管Q1的S极直接接地；MOS管Q1的D极一路通过顺序串联的电阻R1、电容C2接地，另一路与直流电机连接；直流电机的另一端与直流电源变换模块产生的5V电源连接；SS34型号的肖特基二极管D1并联在直流电机的两端，其中肖特基二极管D1的阳极与直流电机的下端相连，即与MOS管Q1的D极相连。
本实用新型运用了基于MIC1557和TL431的直流电机PWM调速控制技术，解决了传统基于MCU的直流电机调速系统存在可靠性低、动态抗干扰性差、维护维修比较麻烦等问题，且本系统具有线路简单、装置效率高等优点。
附图说明
图1为本实用新型直流电机调速系统结构框图；
图2为直流电机调速系统中速度采集模块电路原理图；
图3为直流电机调速系统中F/V转换模块电路原理图；
图4为直流电机调速系统中反馈调节模块电路原理图；
图5为直流电机调速系统中调速控制模块电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本实施例公开的直流电机调速系统如图1所示，包括直流电源变换模块、速度采集模块、F/V转换模块、反馈调节模块和调速控制模块，直流电源变换模块、F/V转换模块、反馈调节模块及调速控制模块均由+15V直流电源供电，速度采集模块由直流电源变换模块供电，速度采集模块与直流电机相连接，F/V转换模块与速度采集模块、反馈调节模块相连接，调速控制模块与反馈调节模块、直流电机相连接。本系统通过速度采集模块、F/V转换模块、反馈调节模块和调速控制模块构造了直流电机的速度闭环，运用了直流电机PWM调速控制技术，解决了基于MCU的直流电机调速系统存在可靠性低、动态抗干扰性差、维护维修比较麻烦等问题。
如图2所示，本实用新型应用以LM393作为核心芯片的速度采集模块，在槽型光耦中若有遮挡时，输出为高电平，反之，输出为低电平，基于此原理，完成对电机转速的实时监测，并把转速物理量通过脉冲频率来表征。电源指示灯LED1的阳极与电容C1的一端连接后接入直流电源变换模块产生的5V电源，同时，LED1的阴极通过电阻R1与电容C1的另一端相连后接地；LM393的3管脚一路通过电阻R5与5V电源连接，另一路通过并联的电容C2、槽型光耦接收部分与地相连；LM393的2管脚通过电阻R2与5V电源连接，同时，还通过电阻R3接地；LM393的8管脚与5V电源连接；LM393的4管脚接地；槽型光耦的1脚通过电阻R4与5V电源相连，2脚直接接地处理；LM393的1脚与5V电源之间串联了开关指示灯LED2、电阻R7，其中LED2的阳极与5V电源连接，阴极与电阻R7连接；LM393的1脚通过电阻R6与5V电源连接，同时，还作为速度采集模块的输出信号端；LM393的5脚、6脚、7脚均悬空。
如图3所示，本实用新型应用以TC9400作为核心芯片的F/V转换模块，实现将速度采集模块传送的脉冲信号转换为线性正相关的电压值并输出的功能。F/V转换模块的输入端依次通过电阻R5、电容C2与TC9400的11脚相连；TC9400的11脚一路依次通过电阻R6、R8接地，同时，另一路依次通过肖特基二极管D2、电容C3接地，其中，肖特基二极管D2的阴极与11脚相连；肖特基二极管D2的阳极与电阻R6、R8的连接点进行短接，同时，还通过电阻R7与15V直流电源相连；TC9400的1脚与地之间通过电阻R9相连；TC9400的7脚与4脚短接接地；TC9400的14脚直接与15V直流电源相连；TC9400的6脚一路通过并联的稳压管D1、电容C1接地，同时，另一路通过电阻R1与15V直流电源相连；TC9400的2脚与6脚之间通过电阻R2连接，同时，2脚还通过电阻R3与电位器R4的2脚连接；电位器R4的1脚与电源相连，3脚接地；TC9400的8脚、9脚、10脚、13脚均悬空处理；TC9400的5脚与3脚之间通过电容C4连接；TC9400的3脚通过并联的电阻R10、电容C5与12脚相连；TC9400的12脚作为F/V转换模块的输出端。
如图4所示，本实用新型应用以TL431ACLP作为核心芯片的反馈调节模块，能够通过将F/V转换模块输送的电压值与设定的电压基准值进行比较决定PWM信号的脉宽是增加还是减少，若输入电压Vin低于设定的电压基准值，输出高电平，即电源电压15V，反之，则输出低电平，并且可以通过调整电位器来改变设定的电压基准值，从而改变直流电机稳态时的转速。电位器R3的1脚作为反馈调节模块的输入端；电位器R3的2脚与TL431ACLP的1脚短接；电位器的3脚与TL431ACLP的2脚短接接地；TL431ACLP的3脚一路通过电阻R1与15直流电源连接，同时，还通过电容C1接地，其中电容C1的正极与TL431ACLP的3脚相连；反馈调节模块的输出端与TL431ACLP的3脚之间串联接入限流电阻R2。
如图5所示，本实用新型应用以MIC1557作为核心芯片的调速控制模块，能够根据反馈调节模块的控制信号来改变PWM信号的占空比，实现对直流电机的调速控制，调速控制模块的开关管选型为IRF540，该MOS管具有损耗小的优点，从而提高系统的效率。8050型号的NPN三极管Q2的基极与8550型号的PNP三极管Q3的基极短接后作为调速控制模块的输入端；NPN三极管Q2的发射极与PNP三极管Q3的发射极短接后与MIC1557的5脚相连；SS14型号的肖特基二极管D2的阴极直接与NPN三极管Q2的集电极相连；SS14型号的肖特基二极管D3的阳极直接与PNP三极管Q3的集电极相连；肖特基二极管D2的阳极与肖特基二极管D3的阴极短接，同时，还通过电阻R2与MIC1557的1脚连接；MIC1557的1脚通过电容C1接地；MIC1557的3脚、4脚短接后与15V直流电源连接；MIC1557的2脚接地；MIC1557的5脚通过限流电阻R3与IRF540型号的MOS管Q1的G极连接，同时，还通过下拉电阻R4接地；MOS管Q1的S极直接接地；MOS管Q1的D极一路通过顺序串联的电阻R1、电容C2接地，另一路与直流电机连接；直流电机的另一端与直流电源变换模块产生的5V电源连接；SS34型号的肖特基二极管D1并联在直流电机的两端，其中肖特基二极管D1的阳极与直流电机的下端相连，即与MOS管Q1的D极相连。
本实施例中，基于MIC1557和TL431的直流电机调速系统的工作过程是：接通15V直流电源时，F/V转换模块、反馈调节模块和调速控制模块均获得15V电源，同时，直流电源变换模块将15V的输入直流电变换为5V的直流电输出，为速度采集模块、直流电机提供5V电源，此时全电路进入工作状态；速度采集模块利用槽型光耦对直流电机的转速进行采集，并把转速物理量表征为脉冲频率，且直流电机转速越高，脉冲频率也越高；F/V转换模块将速度采集模块传送的脉冲信号转换为线性正相关的电压值并输出；反馈调节模块通过转速电压值与设定的电压基准值进行的比较结果来改变调速控制模块中NPN三极管Q2、PNP三极管Q3的导通情况，直接控制了MIC1557构成的多谐振荡电路的充放电时间，使输出脉冲宽度随之发生变化；占空比发生变化的PWM信号使MOS管Q1的导通情况也发生变化，即使得直流电机两端的电压发生变化，直流电机的转速也随着两端的电压改变而发生变化，完成直流电机的转速改变到设定的转速范围内且相对稳定的目标。若直流电机的转速低于设定的转速范围时，速度采集模块输出的脉冲信号频率也变低，则通过F/V转换模块输出、与脉冲信号频率正相关的转速电压也降低，反馈调节模块输出的高电平控制信号使得NPN三极管Q2在PWM信号低电平部分时导通，多谐振荡电路进入放电工作状态，当MIC1557的1脚电压从32VCC下降为13VCC时，MIC1577的5脚从低电平输出翻转为高电平输出，此时多谐振荡电路本该进入充电状态，但由于二极管的单向导电性，多谐振荡电路继续工作在放电状态，即维持MIC1557的5管脚输出为高电平，调速控制模块从而延长了多谐振荡电路的放电时间，使得PWM控制信号的占空比提高，即达到了提高直流电机转速的目的；反之，若直流电机转速高于设定的转速范围，则本系统通过调节降低PWM控制信号的占空比，完成对直流电机的减速。调速控制模块中的连接在MOS管Q1的G、S之间的下拉电阻R5，在关闭MOS管Q1时，可以使得MOS管中的密勒电容快速放电，从而加快MOS管的关闭速度，达到减少MOS管的开关损耗、提高系统效率的目的。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种直流电机调速系统，其特征在于：包括直流电源变换模块、速度采集模块、F/V转换模块、反馈调节模块和调速控制模块，所述直流电源变换模块、F/V转换模块、反馈调节模块及调速控制模块均由15V直流电源供电，直流电源变换模块将输出15V的直流电变换为5V直流电给速度采集模块供电；速度采集模块与直流电机相连，利用槽型光耦完成对电机转速的监测，并把转速物理量通过脉冲频率来表征；F/V转换模块将速度采集模块传送的脉冲信号转换为线性正相关的电压值并输出给反馈调节模块；反馈调节模块将F/V转换模块输送的电压值与设定的电压基准值进行比较对PWM信号的脉宽进行调节；调速控制模块与直流电机连接，并根据反馈调节模块的控制信号来改变PWM信号的占空比。
2.根据权利要求1所述的一种直流电机调速系统，其特征在于：所述速度采集模块的芯片型号为LM393，电源指示灯LED1的阳极与电容C1的一端连接后接入直流电源变换模块产生的5V电源，LED1的阴极通过电阻R1与电容C1的另一端相连后接地；LM393的3管脚一路通过电阻R5与5V电源连接，另一路通过并联的电容C2、槽型光耦接收部分与地相连；LM393的2管脚通过电阻R2与5V电源连接，并且还通过电阻R3接地；LM393的8管脚与5V电源连接；LM393的4管脚接地；槽型光耦的1脚通过电阻R4与5V电源相连，2脚直接接地；LM393的1脚与5V电源之间串联了开关指示灯LED2、电阻R7，LED2的阳极与5V电源连接，LED2的阴极与电阻R7连接；LM393的1脚通过电阻R6与5V电源连接，1脚还作为速度采集模块的输出信号端；LM393的5脚、6脚、7脚均悬空。
3.根据权利要求1所述的一种直流电机调速系统，其特征在于：所述F/V转换模块的核心芯片型号为TC9400，F/V转换模块的输入端依次通过电阻R5、电容C2与TC9400的11脚相连；TC9400的11脚一路依次通过电阻R6、R8接地，另一路依次通过肖特基二极管D2、电容C3接地，肖特基二极管D2的阴极与11脚相连；肖特基二极管D2的阳极与电阻R6、R8的连接点进行短接，同时还通过电阻R7与15V直流电源相连；TC9400的1脚与地之间通过电阻R9相连；TC9400的7脚与4脚短接接地；TC9400的14脚直接与15V直流电源相连；TC9400的6脚一路通过并联的稳压管D1、电容C1接地，同时，另一路通过电阻R1与15V直流电源相连；TC9400的2脚与6脚之间通过电阻R2连接，同时，2脚还通过电阻R3与电位器R4的2脚连接；电位器R4的1脚与电源相连，3脚接地；TC9400的8脚、9脚、10脚、13脚均悬空处理；TC9400的5脚与3脚之间通过电容C4连接；TC9400的3脚通过并联的电阻R10、电容C5与12脚相连；TC9400的12脚作为F/V转换模块的输出端。
4.根据权利要求1所述的一种直流电机调速系统，其特征在于：所述反馈调节模块的核心芯片型号为TL431ACLP，电位器R3的1脚作为反馈调节模块的输入端；电位器R3的2脚与TL431ACLP的1脚短接；电位器的3脚与TL431ACLP的2脚短接接地；TL431ACLP的3脚一路通过电阻R1与15直流电源连接，同时，还通过电容C1接地，其中电容C1的正极与TL431ACLP的3脚相连；反馈调节模块的输出端与TL431ACLP的3脚之间串联接入限流电阻R2。
5.根据权利要求1所述的一种直流电机调速系统，其特征在于：所述调速控制模块的核心芯片型号为MIC1557，8050型号的NPN三极管Q2的基极与8550型号的PNP三极管Q3的基极短接后作为调速控制模块的输入端；NPN三极管Q2的发射极与PNP三极管Q3的发射极短接后与MIC1557的5脚相连；SS14型号的肖特基二极管D2的阴极直接与NPN三极管Q2的集电极相连；SS14型号的肖特基二极管D3的阳极直接与PNP三极管Q3的集电极相连；肖特基二极管D2的阳极与肖特基二极管D3的阴极短接，同时，还通过电阻R2与MIC1557的1脚连接；MIC1557的1脚通过电容C1接地；MIC1557的3脚、4脚短接后与15V直流电源连接；MIC1557的2脚接地；MIC1557的5脚通过限流电阻R3与IRF540型号的MOS管Q1的G极连接，同时，还通过下拉电阻R4接地；MOS管Q1的S极直接接地；MOS管Q1的D极一路通过顺序串联的电阻R1、电容C2接地，另一路与直流电机连接；直流电机的另一端与直流电源变换模块产生的5V电源连接；SS34型号的肖特基二极管D1并联在直流电机的两端，其中肖特基二极管D1的阳极与直流电机的下端相连，即与MOS管Q1的D极相连。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20200512 Termination date: 20201115 |