CN216016758U - 一种单相异步电动机的调压调速控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单相异步电动机的调压调速控制系统，涉及调压调速控制技术领域，包含220V供电模块、控制器主电路、STM32控制器、人机接口模块、通信接口模块、数据存储模块、外部信号检测模块、信号调理模块、过零点检测模块、环境温度检测模块、TRIAC温度检测模块和风机；本实用新型控制器主电路为单相交流220V供电，控制电路选用STM32F103实现对人机接口、通信接口、数据存储等模块的控制；以及对风机温度、TRIAC温度、环境温度的实时监测，STM32控制器通过采集外部检测信号、ui过零点信号，经处理后输出触发脉冲信号，在每半个周期内通过改变双向晶闸管TRIAC的触发角对电压作相位控制，改变输出电压的有效值，实现低压调速。

Description

一种单相异步电动机的调压调速控制系统

技术领域

本实用新型涉及调压调速控制技术领域，尤其涉及一种单相异步电动机的调压调速控制系统。

背景技术

单相异步电动机具有结构简单、价格低、性能良好、操作方便等特点，被广泛地应用于工业、农业和日常生活中。

目前异步电机的调速方法主要采用变频调速和调压调速两种，其中调压调速线路简单、成本低廉、没有谐波干扰现象，在异步电动机调速控制方面已逐步体现出优势。另外，为了实现电动机的调速控制，与常规模拟调速方法相比较，字控制具有控制精度高、柔性化和模块化程度高等特点，对外部环境复杂、对产品性能要求高的场景，如风机的通风、 排尘和冷 却，适用性更好。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供一种单相异步电动机的调压调速控制系统，其通过采集外部检测信号、ui过零点信号，经处理后输出触发脉冲信号，在每半个周期内通过改变双向晶闸管TRIAC的触发角对电压作相位控制，改变输出电压的有效值，实现低压调速。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种单相异步电动机的调压调速控制系统，包含220V供电模块、控制器主电路、STM32控制器、人机接口模块、通信接口模块、数据存储模块、外部信号检测模块、信号调理模块、过零点检测模块、环境温度检测模块、TRIAC温度检测模块和风机；

所述220V供电模块依次经过控制器主电路和风机连接STM32控制器，STM32控制器与控制器主电路连接，所述人机接口模块、通信接口模块、数据存储模块、外部信号检测模块、信号调理模块、过零点检测模块、环境温度检测模块和TRIAC温度检测模块分别与STM32控制器的相应端口连接；

所述控制器主电路包含第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2、电感L、光耦U、双向晶闸管TRIAC、第一压敏电阻RV1、第二压敏电阻RV2、电压ui端、电压uo端、电压+3.3V端、电压OUT1端；

其中，电压ui端分别连接第一电阻R1的一端、电感L的一端，第一电阻R1的另一端分别连接第二电阻R2的一端和第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端连接第二电容C2的一端并接地，电感L的另一端分别连接第一压敏电阻RV1的一端和双向晶闸管TRIAC的触发端a点，双向晶闸管TRIAC的输出端连接电压uo端，第一压敏电阻RV1的另一端连接第二电容C2的另一端，双向晶闸管TRIAC的触发端b点连接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端连接第二压敏电阻RV2的一端，第二电阻R2的另一端连接第二压敏电阻RV2的另一端，

第二电阻R2的另一端通过光耦U连接第三电阻R3的另一端，电压+3.3V端连接第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端通过光耦U连接电压OUT1端。

作为本实用新型一种单相异步电动机的调压调速控制系统的进一步优选方案，所述所述过零点检测模块包含电压ui端、变压器T1、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10，运算放大器LM339、电容C3、电容C4、三极管Q1、稳压二极管VD、电压+12V端、电压INTO端；

其中，电压ui端的一端连接变压器T1的a端，电压ui端的另一端连接变压器T1的b端，变压器T1的c端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接运算放大器LM339的5端口，变压器T1的d端分别连接运算放大器LM339的4端口和运算放大器LM339的12端口并接地，运算放大器LM339的3端口分别连接电压+12V端、电阻R6的一端，运算放大器LM339的2端口分别连接电阻R6的另一端和电容C3的一端，电容C3的另一端分别连接电阻R7的一端、电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极分别连接电阻R9的一端、电容C4的一端、稳压二极管VD的负极、电阻R10的一端和电压INTO端，电阻R9的另一端接地，电阻R7的另一端分别连接电容C4的另一端、稳压二极管VD的正极、电阻R10的另一端，三极管Q1的发射极接地。

作为本实用新型一种单相异步电动机的调压调速控制系统的进一步优选方案，所述STM32控制器的芯片型号为STM32F103。

作为本实用新型一种单相异步电动机的调压调速控制系统的进一步优选方案，所述双向晶闸管TRIAC采用TPDV1225。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本实用新型控制器主电路为单相交流220V供电，控制电路选用STM32F103实现对人机接口、通信接口、数据存储等模块的控制；以及对风机温度、TRIAC温度、环境温度的实时监测，STM32控制器通过采集外部检测信号、ui过零点信号，经处理后输出触发脉冲信号，在每半个周期内通过改变双向晶闸管TRIAC的触发角对电压作相位控制，改变输出电压的有效值，实现低压调速；

2、本实用新型控制器主电路在双向晶闸管TRIAC两端并联RC电路，其中电阻R1和电容C1、电容C2用于吸收晶闸管关端产生的电压尖峰，同时限制对双向晶闸管TRIAC两端施加的电压上升率，第一压敏电阻RV1、第二压敏电阻RV2分别与双向晶闸管TRIAC、光耦U并联起到过压保护的作用，为了提高系统的可靠性，本实用新型提出了必要的双向晶闸管TRIAC保护电路；

3、本实用新型过零检测电路当电源电压ui小于0时，电压比较器LM339的5脚电压小于0V时，此时c点电压为低电平，三极管Q1截止，STM32F103的外部中断INTO处于高电平。当电压ui经过零点后，电压ui大于零，5脚电压大于0V，c点电压跳变到高电平，经过电容C3、电阻R7组成的微分电路，在d点产生正尖脉冲使三极管Q1导通，INTO下拉至低电平形成下降沿。STM32对瞬间产生的下降沿进行捕捉，完成对电源电压正半波过零点的快速、精准检测。

附图说明

图1是本实用新型整体的结构原理图；

图2是本实用新型控制器主电路的电路图；

图3是本实用新型过零检测电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

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，而不是全部的实施例。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的范围。

一种单相异步电动机的调压调速控制系统，其特征在于：包含220V供电模块、控制器主电路、STM32控制器、人机接口模块、通信接口模块、数据存储模块、外部信号检测模块、信号调理模块、过零点检测模块、环境温度检测模块、TRIAC温度检测模块和风机；

所述220V供电模块依次经过控制器主电路和风机连接STM32控制器，STM32控制器与控制器主电路连接，所述人机接口模块、通信接口模块、数据存储模块、外部信号检测模块、信号调理模块、过零点检测模块、环境温度检测模块和TRIAC温度检测模块分别与STM32控制器的相应端口连接。

控制器主电路主电路为单相交流220V供电，控制电路选用STM32F103实现对人机接口、通信接口、数据存储等模块的控制；以及对风机温度、TRIAC温度、环境温度的实时监测，

STM32控制器通过采集外部检测信号、ui过零点信号，经处理后输出触发脉冲信号，在每半个周期内通过改变双向晶闸管TRIAC的触发角对电压作相位控制，改变输出电压的有效值，实现低压调速。

控制器主电路，采用双向晶闸管TRIAC和电感L串联。触发电路通过光耦与控制电路隔离，如图3所示，STM32控制器发出的触发信号将OUT1点的电平拉低，电压ui端通过第一电阻R1、第二电阻R2、光耦U、第三电阻R3接到触发端b点，双向晶闸管TRIAC导通；当OUT1为高电平时，光耦U不通，双向晶闸管TRIAC没有触发信号；

本实用新型中，双向晶闸管TRIAC为最关键器件，所述双向晶闸管TRIAC采用TPDV1225，

主电路串联电感L 用于拟制双向晶闸管TRIAC开通时的过电流。为了提高系统的可靠性，本实用新型提出了必要的双向晶闸管TRIAC保护电路，如图2所示，所述控制器主电路包含第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2、电感L、光耦U、双向晶闸管TRIAC、第一压敏电阻RV1、第二压敏电阻RV2、电压ui端、电压uo端、电压+3.3V端、电压OUT1端；

其中，电压ui端分别连接第一电阻R1的一端、电感L的一端，第一电阻R1的另一端分别连接第二电阻R2的一端和第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端连接第二电容C2的一端并接地，电感L的另一端分别连接第一压敏电阻RV1的一端和双向晶闸管TRIAC的触发端a点，双向晶闸管TRIAC的输出端连接电压uo端，第一压敏电阻RV1的另一端连接第二电容C2的另一端，双向晶闸管TRIAC的触发端b点连接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端连接第二压敏电阻RV2的一端，第二电阻R2的另一端连接第二压敏电阻RV2的另一端，

第二电阻R2的另一端通过光耦U连接第三电阻R3的另一端，电压+3.3V端连接第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端通过光耦U连接电压OUT1端。

本实用新型在双向晶闸管TRIAC两端并联RC电路，其中电阻R1和电容C1、电容C2用于吸收晶闸管关端产生的电压尖峰，同时限制对双向晶闸管TRIAC两端施加的电压上升率。第一压敏电阻RV1、第二压敏电阻RV2分别与双向晶闸管TRIAC、光耦U并联起到过压保护的作用。

过零检测电路的精准度将直接影响电路调速效果，如图3所示，所述所述过零点检测模块包含电压ui端、变压器T1、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10，运算放大器LM339、电容C3、电容C4、三极管Q1、稳压二极管VD、电压+12V端、电压INTO端；

其中，电压ui端的一端连接变压器T1的a端，电压ui端的另一端连接变压器T1的b端，变压器T1的c端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接运算放大器LM339的5端口，变压器T1的d端分别连接运算放大器LM339的4端口和运算放大器LM339的12端口并接地，运算放大器LM339的3端口分别连接电压+12V端、电阻R6的一端，运算放大器LM339的2端口分别连接电阻R6的另一端和电容C3的一端，电容C3的另一端分别连接电阻R7的一端、电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极分别连接电阻R9的一端、电容C4的一端、稳压二极管VD的负极、电阻R10的一端和电压INTO端，电阻R9的另一端接地，电阻R7的另一端分别连接电容C4的另一端、稳压二极管VD的正极、电阻R10的另一端，三极管Q1的发射极接地。

当电源电压ui小于0时，电压比较器LM339的5脚电压小于0V时，此时c点电压为低电平，三极管Q1截止，STM32F103的外部中断INTO处于高电平。当电压ui经过零点后，电压ui大于零，5脚电压大于0V，c点电压跳变到高电平，经过电容C3、电阻R7组成的微分电路，在d点产生正尖脉冲使三极管Q1导通，INTO下拉至低电平形成下降沿。STM32对瞬间产生的下降沿进行捕捉，完成对电源电压正半波过零点的快速、精准检测。

以上只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本实用新型权利要求保护范围的限制。

Claims (4)

1.一种单相异步电动机的调压调速控制系统，其特征在于：包含220V供电模块、控制器主电路、STM32控制器、人机接口模块、通信接口模块、数据存储模块、外部信号检测模块、信号调理模块、过零点检测模块、环境温度检测模块、TRIAC温度检测模块和风机；

所述220V供电模块依次经过控制器主电路和风机连接STM32控制器，STM32控制器与控制器主电路连接，所述人机接口模块、通信接口模块、数据存储模块、外部信号检测模块、信号调理模块、过零点检测模块、环境温度检测模块和TRIAC温度检测模块分别与STM32控制器的相应端口连接；

所述控制器主电路包含第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2、电感L、光耦U、双向晶闸管TRIAC、第一压敏电阻RV1、第二压敏电阻RV2、电压ui端、电压uo端、电压+3.3V端、电压OUT1端；

其中，电压ui端分别连接第一电阻R1的一端、电感L的一端，第一电阻R1的另一端分别连接第二电阻R2的一端和第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端连接第二电容C2的一端并接地，电感L的另一端分别连接第一压敏电阻RV1的一端和双向晶闸管TRIAC的触发端a点，双向晶闸管TRIAC的输出端连接电压uo端，第一压敏电阻RV1的另一端连接第二电容C2的另一端，双向晶闸管TRIAC的触发端b点连接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端连接第二压敏电阻RV2的一端，第二电阻R2的另一端连接第二压敏电阻RV2的另一端，

第二电阻R2的另一端通过光耦U连接第三电阻R3的另一端，电压+3.3V端连接第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端通过光耦U连接电压OUT1端。

2.根据权利要求1所述的一种单相异步电动机的调压调速控制系统，其特征在于：所述过零点检测模块包含电压ui端、变压器T1、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10，运算放大器LM339、电容C3、电容C4、三极管Q1、稳压二极管VD、电压+12V端、电压INTO端；

其中，电压ui端的一端连接变压器T1的a端，电压ui端的另一端连接变压器T1的b端，变压器T1的c端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接运算放大器LM339的5端口，变压器T1的d端分别连接运算放大器LM339的4端口和运算放大器LM339的12端口并接地，运算放大器LM339的3端口分别连接电压+12V端、电阻R6的一端，运算放大器LM339的2端口分别连接电阻R6的另一端和电容C3的一端，电容C3的另一端分别连接电阻R7的一端、电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极分别连接电阻R9的一端、电容C4的一端、稳压二极管VD的负极、电阻R10的一端和电压INTO端，电阻R9的另一端接地，电阻R7的另一端分别连接电容C4的另一端、稳压二极管VD的正极、电阻R10的另一端，三极管Q1的发射极接地。

3.根据权利要求1所述的一种单相异步电动机的调压调速控制系统，其特征在于：所述STM32控制器的芯片型号为STM32F103。

4.根据权利要求1所述的一种单相异步电动机的调压调速控制系统，其特征在于：所述双向晶闸管TRIAC采用TPDV1225。

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