CN213027861U - 一种电机调速板及电机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电机调速板，包括控制器、驱动电路和开关电路，控制器接收到关于电机调速的外部控制信号后，输出控制信号给驱动电路，驱动电路通过控制开关电路中开关管的导通时间和截止时间从而完成斩波，电机获取到开关电路的开关信号后根据占空比的大小完成调速。上述方案相对于现有技术而言，在调速电路中去除了滤波电感和滤波电容，同时去除了滤波部分的功率损耗，降低了系统额外热功耗，提高了系统调速效率。同时，因为无需使用大电流电感进行滤波，所以降低了调速系统的硬件成本。此外，本实用新型还公开了一种电机系统，包括以上提到的电机调速板，相适应的可以实现上述有益效果。

Description

一种电机调速板及电机系统

技术领域

本实用新型涉及电力电子设备技术领域，特别是涉及一种电机调速板及电机系统。

背景技术

直流有刷电机具有良好的启动和调速性能，常应用于对启动和调速有较高要求的场合，如大型可逆式轧钢机、龙门刨床、电力机车、造纸和印刷机械、船舶机械、大型精密机床和大型起重机等生产机械中。

传统的直流有刷电机通过调节供电电压实现调速，检测到电机的旋转速度后，采用一个将电源从高压降到低压的方式控制转速。图1为现有技术提供的直流有刷电机调速系统拓扑图，如图1所示，现有技术中给大功率电机调速时需要在电路中加入大电感L0、电容C0等滤波器件，然而电感L0会有感抗和阻抗，导致系统额外热功耗增加，使得能耗较高。此外，增加一个大电感L0配合斩波电路实现调速，使得调速系统的成本较高。

鉴于上述现有技术，寻求一种能够降低系统能耗同时降低调速成本的直流有刷电机调速板是本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电机调速板，能够在电机调速时降低系统额外热功耗，提高系统调速效率。此外，本实用新型还提供一种电机系统，包括上述电机调速板。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种电机调速板，包括：用于接收外部控制信号的控制器10、与所述控制器10连接的驱动电路11以及与所述驱动电路11连接的开关电路12；所述驱动电路11用于根据所述控制器10的控制信号调节所述开关电路12的输出信号，所述开关电路12用于为电机13提供占空比信号，所述开关电路12包含有开关管以输出所述占空比信号。

优选地，所述驱动电路11至少包括驱动芯片、第一电阻、第二电阻、第一电容和第二电容；

所述驱动芯片经所述第一电阻与所述控制器10的输出端连接，所述驱动芯片经所述第二电阻与所述开关电路12的输入端连接，所述第一电容的第一端与所述供电电源连接，所述第一电容的第二端接地，所述驱动芯片经所述第二电容接地。

优选地，所述开关电路12至少包括第一开关管和第三电阻；

所述第一开关管的控制端与所述驱动电路11的输出端连接，所述第一开关管的第一端与所述电机13的负极连接，所述第一开关管的第二端经所述第三电阻接地。

优选地，所述开关电路12还包括第一二极管，所述第一二极管的第一端与所述供电电源连接，所述第一二极管的第二端与所述第一开关管的第一端连接。

优选地，所述开关电路12还包括第一稳压管，所述第一稳压管的第一端与所述第一开关管的控制端连接，所述第一稳压管的第二端与所述第一开关管的第二端连接。

优选地，所述开关电路12还包括第四电阻，所述第四电阻与所述第一稳压管并联连接。

优选地，还包括吸收电路，所述吸收电路具体包括第五电阻和第三电容；

所述第三电容的第一端与所述电机13的负极连接，所述第三电容的第二端与所述第五电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端与所述供电电源连接。

优选地，还包括保险管，所述保险管的第一端与所述电机13的正极连接，所述保险管的第二端与所述供电电源连接。

优选地，还包括采集所述风机运行数据的数据采集电路，所述数据采集电路与所述控制器10连接，用于反馈系统工作状态；所述数据采集电路具体包括电压采集电路、电流采集电路和温度采集电路。

为解决上述技术问题，本实用新型还提供一种电机系统，包括电机13，还包括所述的电机调速板。

本实用新型所提供的电机调速板，包括控制器、驱动电路和开关电路，控制器接收到关于电机调速的外部控制信号后，输出控制信号给驱动电路，驱动电路通过控制开关电路中开关管的导通时间和截止时间从而完成斩波，电机获取到开关电路的开关信号后根据占空比的大小完成调速。上述方案相对于现有技术而言，在调速电路中去除了滤波电感和滤波电容，同时去除了滤波部分的功率损耗，降低了系统额外热功耗，提高了系统调速效率。同时，因为无需使用大电流电感进行滤波，所以降低了调速系统的硬件成本。

此外，本实用新型所提供的电机系统，包括以上提到的电机调速板，相适应的可以实现上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的直流有刷电机调速系统拓扑图；

图2为本实用新型实施例提供的一种电机调速板的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种电机调速板的驱动电路原理图；

图4为本实用新型实施例提供的另一种电机调速板的驱动电路原理图；

图5为本实用新型实施例提供的一种电机调速板的开关电路原理图；

图6为本实用新型实施例提供的一种电机调速板的吸收电路原理图；

附图标记如下：

10为控制器，11为驱动电路，12为开关电路，13为电机。

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，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护范围。

本实用新型的核心是提供一种电机调速板，能够在电机调速时降低系统热功耗，提高系统调速效率。此外，本实用新型还提供一种电机系统，包括上述电机调速板。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

需要说明的是，本实用新型所提供的电机调速板总功率为3KW，额定电流110A，最多可带12路电机13调速。以下说明中，仅以一个电机13为例进行说明。

图2为本实用新型实施例提供的一种电机调速板的结构示意图，下面对图2所示的电机调速板的结构进行说明。

本实用新型实施例所提供的电机调速板包括用于接收外部控制信号的控制器10、与控制器10连接的驱动电路11以及与驱动电路11连接的开关电路12；驱动电路11用于根据控制器10的控制信号调节开关电路12的输出信号，开关电路12用于为电机13提供占空比信号，开关电路12包含有开关管以输出占空比信号。

本实用新型实施例所提供的电机调速板在实际应用时，技术人员根据实际工程需求对控制器10输入调节电机13转速的外部控制信号，控制器10接收到关于电机13调速的外部控制信号后，输出对应的控制信号给驱动电路11，驱动电路11通过控制开关电路12中开关管的导通时间和截止时间从而完成斩波，电机13获取到开关电路12的开关信号后根据占空比的大小完成调速。

需要说明的是，本实施例中并没有对控制器10的主控芯片的型号有限制，根据实际情况可以是任意能够实现本实用新型相关功能的芯片，例如MCS-51或STM32系列单片机。

综上，本实用新型所提供的电机调速板，相对于现有技术而言，在调速电路中去除了滤波电感和滤波电容，同时去除了滤波部分的功率损耗，降低了系统额外热功耗，提高了系统调速效率。同时，因为无需使用大电流电感进行滤波，所以降低了调速系统的硬件成本。

图3为本实用新型实施例提供的一种电机调速板的驱动电路原理图。如图3所示，在上述实施例的基础上，作为一种优选地实施例，驱动电路11至少包括驱动芯片、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电C1容和第二电容C2；

驱动芯片经第一电阻R1与控制器10的输出端连接，驱动芯片经第二电阻R2与开关电路12的输入端连接，第一电容C1的第一端与供电电源连接，第一电容C1的第二端接地，驱动芯片经第二电容C2接地。

在具体实施中，第一电阻R1起限流作用，为驱动芯片提供一个低电平的初始状态；第二电阻R2为限流作用，在电路中起保护作用；第一电容C1为滤波电容，对VCC进行滤波，第二电容C2起延时作用。

图4为本实用新型实施例提供的另一种电机调速板的驱动电路原理图。如图4所示，在上述实施例的基础上，作为一种优选地实施例，驱动电路11还包括第十一电阻R11、第十三电阻R13和第四电容C4；

驱动芯片经第一电阻R1与控制器10的输出端连接，第十一电阻R11为下拉电阻，驱动芯片经第十一电阻R11接地，第一电容C1的第一端与供电电源连接，第一电容C1的第二端接地，第二电容C2与第一电容C1并联连接，第二电阻R2与第十三电阻R13的公共端与开关电路12的输入端连接，驱动芯片经第二电容C2接地。

需要说明的是，本实用新型实施例并没有对驱动芯片的型号有限制，根据实际情况可以是任意能够实现本实用新型相关功能的芯片，例如TLP350、PC923等要求相对比较简单，成本比较低的芯片。

本实用新型实施例所提供的电机调速板的驱动电路，结构简单，无需额外的大型器件，能够在实现良好的驱动效果的同时降低调速系统的硬件成本。

图5为本实用新型实施例提供的一种电机调速板的开关电路原理图。如图5所示，开关电路12至少包括第一开关管Q1和第三电阻R3；

第一开关管Q1的控制端G1与驱动电路11的输出端连接，第一开关管Q1的第一端S1与电机13的负极连接，第一开关管Q1的第二端P1经第三电阻R3接地。

优选地，开关电路12具体包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第三电阻R3和第十二电阻R12；

第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3的控制端与驱动电路11的输出端连接，第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3的第一端与电机13的负极FANA2连接，第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3的第二端经第三电阻R3接地，第十二电阻R12与第三电阻R3并联连接。

在具体实施中，第一开关管Q1的控制端G1、第二开关管Q2的控制端G2和第三开关管Q3的控制端G3分别与驱动电路11的输出端连接，第一开关管Q1的第一端S1、第二开关管Q2的第一端S2和第三开关管Q3的第一端S3分别连接到电机13的负极FANA2，通过控制开关管的导通时间和截止时间来调节电机13转速。例如，开关管的占空比下降10％，则电机13转速下调10％。

需要说明的是，本实施例中，开关电路12具体包括三个开关管，在其它实施例中，开关管的数量还可以更多或者更少，开关管的数量取决于流经电流的大小，根据电流的不同对开关管的数量进行不同的配置。

作为一种优选地实施例，开关电路12还包括第一二极管D1，第一二极管D1的第一端与供电电源连接，第一二极管D1的第二端与第一开关管Q1、的第一端连接。

优选地，开关电路12还包括第二二极管D2，第二二极管D2与第一二极管D1并联连接。

在具体实施中，当开关管截止时，第一二极管D1和第二二极管D2对电机13起到续流的作用。

需要说明的是，本实施例中，开关电路12具体包括两个二极管，在具体实施中，二极管的数量还可以是一个，或者多个，只要能够实现其相关功能即可，本实用新型不作限定。

作为一种优选地实施例，开关电路12还包括第一稳压管DZ1，第一稳压管DZ1的第一端与第一开关管Q1的控制端G1连接，第一稳压管DZ1的第二端与第一开关管Q1的第二端P1连接。

如图5所示，开关电路12还包括第二稳压管DZ2和第三稳压管DZ3，第二稳压管DZ2的第一端与第二开关管Q2的控制端G2连接，第二稳压管DZ2的第二端与第二开关管Q2的第二端P2连接，第三稳压管DZ3的第一端与第三开关管Q3的控制端G3连接，第三稳压管DZ3的第二端与第三开关管Q3的第二端P3连接。

其中，第一稳压管DZ1、第二稳压管DZ2和第三稳压管DZ3起钳位作用，保护开关管避免其在电压过大时损坏。

作为一种优选地实施例，开关电路12还包括第四电阻R4，第四电阻R4与第一稳压管DZ1并联连接。

如图5所示，开关电路12还包括第八电阻R8和第十电阻R10，第八电阻R8与第二稳压管DZ2并联连接，第十电阻R10与第三稳压管DZ3并联连接。

在具体实施中，第四电阻R4、第八电阻R8和第十电阻R10为下拉电阻，电流(第四电阻R4、第八电阻R8和第十电阻R10的两端产生压降使得第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3的控制端的输入电压为高电平)经过第四电阻R4、第八电阻R8和第十电阻R10分别给第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3内置的电容充电，用于为开关管的控制端提供初始电平。

此外，开关电路12还包括第六电阻R6、第七电阻R7和第九电阻R9，其功能与第四电阻R4、第八电阻R8和第十电阻R10一致，可进一步调整第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3的上升沿和下降沿的斜率，在电路中起保护作用。

图6为本实用新型实施例提供的一种电机调速板的吸收电路原理图，如图6所示，本实用新型所提供的电机调速板还包括吸收电路，吸收电路具体包括第五电阻R5和第三电容C3；

第三电容C3的第一端与电机13的负极FANA2连接，第三电容C3的第二端与第五电阻R5的第一端连接，第五电阻R5的第二端与供电电源连接。

本实用新型所提供的吸收电路，吸收开关管开关瞬间的尖峰电压，增强了电机调速板整体电路结构的稳定性。

此外，图6所示的第五电容C5和第十四电阻R14同样构成吸收电路，具有上述实施例相同的有益效果。

如图6所示，本实用新型所提供的电机调速板还包括保险管F1，保险管F1的第一端与电机的正极J1连接，保险管F1的第二端与供电电源连接，用于防止电机过流损坏。

在上述实施例的基础上，作为一种优选地实施例，还包括采集风机运行数据的数据采集电路，数据采集电路与控制器连接，用于反馈系统工作状态；数据采集电路具体包括电压采集电路、电流采集电路和温度采集电路。具体的，电压采集电路、电流采集电路和温度采集电路可以是传感器。

在具体实施中，电压采集电路主要是做过欠压告警，电流采集电路做过流保护以及电机堵转保护，温度采集电路用于过温保护。

此外，本实用新型还提供一种电机系统，包括电机13，还包括以上实施例提到的电机调速板。

由于已经在上文中对于电机调速板进行详细说明，故本实施例不再赘述。

本实用新型所提供的电机系统，包括电机13和电机调速板。电机调速板相对于现有技术而言，在调速电路中去除了滤波电感和滤波电容，同时去除了滤波部分的功率损耗，降低了系统额外热功耗，提高了系统调速效率。同时，因为无需使用大电流电感进行滤波，所以降低了调速系统的硬件成本。

以上对本实用新型所提供的电机调速板及电机系统进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种电机调速板，其特征在于，包括：用于接收外部控制信号的控制器(10)、与所述控制器(10)连接的驱动电路(11)以及与所述驱动电路(11)连接的开关电路(12)；所述驱动电路(11)用于根据所述控制器(10)的控制信号调节所述开关电路(12)的输出信号，所述开关电路(12)用于为电机(13)提供占空比信号，所述开关电路(12)包含有开关管以输出所述占空比信号。

2.如权利要求1所述的电机调速板，其特征在于，所述驱动电路(11)至少包括驱动芯片、第一电阻、第二电阻、第一电容和第二电容；

所述驱动芯片经所述第一电阻与所述控制器(10)的输出端连接，所述驱动芯片经所述第二电阻与所述开关电路(12)的输入端连接，所述第一电容的第一端与供电电源连接，所述第一电容的第二端接地，所述驱动芯片经所述第二电容接地。

3.如权利要求2所述的电机调速板，其特征在于，所述开关电路(12)至少包括第一开关管和第三电阻；

所述第一开关管的控制端与所述驱动电路(11)的输出端连接，所述第一开关管的第一端与所述电机(13)的负极连接，所述第一开关管的第二端经所述第三电阻接地。

4.如权利要求3所述的电机调速板，其特征在于，所述开关电路(12)还包括第一二极管，所述第一二极管的第一端与所述供电电源连接，所述第一二极管的第二端与所述第一开关管的第一端连接。

5.如权利要求4所述的电机调速板，其特征在于，所述开关电路(12)还包括第一稳压管，所述第一稳压管的第一端与所述第一开关管的控制端连接，所述第一稳压管的第二端与所述第一开关管的第二端连接。

6.如权利要求5所述的电机调速板，其特征在于，所述开关电路(12)还包括第四电阻，所述第四电阻与所述第一稳压管并联连接。

7.如权利要求3所述的电机调速板，其特征在于，还包括吸收电路，所述吸收电路具体包括第五电阻和第三电容；

所述第三电容的第一端与所述电机(13)的负极连接，所述第三电容的第二端与所述第五电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端与所述供电电源连接。

8.如权利要求2所述的电机调速板，其特征在于，还包括保险管，所述保险管的第一端与所述电机(13)的正极连接，所述保险管的第二端与所述供电电源连接。

9.如权利要求1所述的电机调速板，其特征在于，还包括采集所述电机(13)运行数据的数据采集电路，所述数据采集电路与所述控制器(10)连接，用于反馈系统工作状态；所述数据采集电路具体包括电压采集电路、电流采集电路和温度采集电路。

10.一种电机系统，包括电机(13)，其特征在于，还包括如权利要求1至9任一项所述的电机调速板。

Images