CN2323511Y - 小功率直流电机调速及保护装置 - Google Patents

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刘连新
金刚
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本实用新型提供一种小功率直流电机调速及保护装置,包括整机电源、电压给定电路、控制电路、驱动电路、电压负反馈、限流保护电路和短路保护电路,电压给定电路电路输出的电压信号经控制电路、驱动电路输出给电机。该装置在驱动电路中采用IGBT管构成斩波控制器,电路简单,同时具有独特的限流、堵转、短路保护功能,确保受控电机在恶劣的工作状态下也能可靠运行。

Description

小功率直流电机调速及保护装置
本实用新型提供一种小功率直流电机调速及保护装置，属于直流电机调速技术领域。
传统的直流电机调速控制装置多数采用可控硅，通过控制可控硅的导通角改变输出电压的大小，以达到调速的目的。该控制方式对电网的污染较严重，而且输出电压受电网电压的波动影响较大，特别是在低速区的特性很差，往往会造成电机的低速爬行现象。近年来出现了一些采用脉宽调制PWM技术的调速装置，其主开关器件采用双极型功率三极管或功率MOSFET管，虽然克服了可控硅调速的缺点，取得了较好的控制效果，但由于双极型功率三极管是电流控制器件，需要复杂的基极驱动电路，开关损耗较高；而功率MOSFET管虽然是电压型控制器件，由于其通态导通电阻较大，使其应用受到限制。并且多数调速装置未对电机的堵转、换向器与碳刷之间的环火及输出短路等严重故障采取可靠的保护措施，使得控制装置在恶劣的工作环境下难以保证可靠运行。
本实用新型的目的是提供一种体积小、成本低、电路简单、性能可靠的小功率直流电机调速及保护装置。
本实用新型的目的是这样实现的：
包括整机电源、电压给定电路、控制电路、驱动电路、电压负反馈、限流保护电路和短路保护电路，其特征在于：电压给定电路电路输出的电压信号经控制电路、驱动电路输出给电机，驱动电路输出的电压信号经短路保护电路输出给驱动电路，驱动电路输出的电流信号经限流保护电路输出给控制电路。
所述的小功率直流电机调速及保护装置，驱动电路包括IGBT管T1和三极管T2，其中IGBT管T1的C极、E极两端并接一只快速恢复二极管D1，其G极、E极两端并接肖特基稳压管二极管DW1，且E极经电阻R14接装置的公共地端，G极接三极管T2的发射极。
所述的小功率直流电机调速及保护装置，限流保护电路包括过流保护电路和堵转保护电路，其中过流保护电路包括电压比较器IC3、D触发器IC4和三极管T3，堵转保护电路包括脉宽调制器IC1和电阻R14，且脉宽调制器IC1的电流信号输入端4脚经电阻R14接地，其信号输出端11脚分别接D触发器IC4的时钟端CLK和三极管T3的集电极，D触发器IC4的输入端R接电压比较器IC3的输出端1脚，D触发器IC4的输出端 Q接三极管T3的基极。
所述的小功率直流电机调速及保护装置，短路保护电路主要由运算放大器IC2、二极管T4和阻R10、可调电阻W2组成的分压电路组成，由电阻R10和可调电阻组成的分压电路提供一基准电压接IC2的6脚，IC2的5脚接IC2的1脚，IC2的7脚接二极管T4的负极，二极管T4的正极接T1管的G极。电阻R14与电机的连接点A点为本装置的公共地端。
所述的小功率直流电机调速及保护装置，控制电路包括脉宽调制器IC1、运算放大器IC2和由电阻R6可调电阻W1及电阻R15、R8组成的分压电路，其中电压负反馈信号取自电阻R15、R8组成的分压电路，接运算放大器IC2的输入端2脚，其输出端1脚接脉宽调制器IC1的输入端1脚，电压给定电路信号取自电阻R6、W1组成的分压电路，接脉宽调制器IC1的输入端2脚。
所述的小功率直流电机调速及保护装置，电阻R14与电机的连接点A点为本装置的公共地端。
本实用新型小功率直流电机调速及保护装置的工作原理是：输入的交流电源分为两路，一路经变压、整流、滤波、稳压后提供控制电路及保护电路的电源，另一路经整流、滤波后作为主电源通过IGBT管输出给电机。在控制电路中，给定电路电压信号由电阻R6和可调电阻W1分压产生，供给脉宽调制器IC1的2脚，电压负反馈信号取自电阻R15、电阻R8组成的分压电路，经电阻R16接运算放大器IC2的2脚，由IC1的1脚输出信号送至脉宽调制器IC1的1脚，脉宽调制器IC1的11脚输出一定电路占空比的脉冲信号，经三极管T2放大后驱动IGBT管，其中电压负反馈信号用以稳定电路输出电压。调整可调电阻W1即可调节输出电压的占空比，实现调速目的。在IGBT管的每个导通周期内，由电阻R14检测的电流信号与电阻R11、可调电阻W3组成的给定电路信号比较，当发生过电流时，由电压比较器IC3输出一负脉冲触发D触发器IC4,D触发器IC4的输出端输出高电平，使三极管T3导通封锁了脉宽调制器IC1的11脚输出的触发脉冲，从而及时关断了IGBT管以限制最大电流输出；当电机发生堵转时，电阻R14检测的电流信号增大，该信号送至脉宽调制器IC1的4脚，当该信号超过一定电路值后由脉宽调制器IC1自动减小输出脉冲的占空比，使输出电压迅速下降；当电机的换向器与碳刷间出现环火或输出端直接短路时，由电阻R15、电阻R8、电阻R16检测出输出电压的突变信号，经运算放大器IC2处理后由其7脚输出一低电平使T4管导通，将IGBT管的基极电压拉为低电平，从而使IGBT管迅速截止。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：
1、驱动电路采用IGBT管代替以往的可控硅、功率三极管或功率MOSFET管，由于IGBT管融合了双极型功率三极管及功率MOSFET管的优点，是一种电压控制型功率器件，其具有正方形的开关安全工作区(SOA)，高的雪崩耐量和高的dv/dt耐量，以及具有高的峰值电流容量，低的正向电压特性及低的通态损耗，由此制成的调速及保护装置体积小、成本低、电路简单、可靠性高；
2、采用脉宽调制PWM技术，开关频率高，在整个电压输出范围内输出电压均可平滑调节；
3、具有独特的限流保护、堵转保护、短路保护措施，确保受控电机在恶劣的工作状态下也能正常运行。
图1是本实用新型的工作原理框图；
图2是本实用新型实施例的电路图；
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
输入的交流电源分为两路，一路经变压器B1变压、整流桥Q2整流、电容C4滤波后由稳压器T5稳压和电容C5滤波后分别接脉宽调制器IC1、运算放大器IC2、电压比较器IC3和D触发器IC4，为其提供直流电源，另一路经整流桥Q1整流、滤波电容C3滤波后作为主电源通过IGBT管T1输出给电机M1，电机M1的一端接地，另一端经电感BT1接滤波电容C3的负极，滤波电容C3的负极与T1管的E极间并接一只续流二极管D2,IGBT管T1的C极、E极并接二极管D1，其G极、E极之间接稳压管DW1，且其E极经电阻R14接地，其G极依次经电阻R13、二极管T4接运算放大器IC2的7脚、经电阻R13接三极管T2的发射极，三极管T2的发射极经电阻R17接地，其集电极接电源，其基极分别接三极管T3的集电极、经电阻R5接脉宽调制器IC1的11脚。D触发器IC4的输出端 Q经电阻R4接三极管T3的基极，其信号输入端R接电压比较器IC3的输出端1脚，电压比较器IC3的2脚依次经电阻R12接脉宽调制器IC1的4脚和IGBT管T1的E极，接收由R14采样的电流信号，电压比较器IC3的3脚依次经可调电阻W3、电阻R11接脉宽调制器IC1的16脚，脉宽调制器IC1的16脚还依次经电阻R6和可调电阻W1接其2脚、依次经电阻R10和可调电阻W2接运算放大器IC2的6脚，运算放大器IC2的2脚经电阻R16接收分压电路R15、R8输出的电压反馈信号，该信号经其1脚输出给脉宽调制器IC1的1脚，脉宽调制器IC1的2脚经电阻R6、可调电阻W1接收给定电路电压信号，其输出的脉冲信号经其11脚接三极管T3的集电极和三极管T2的基极，由其放大后驱动IGBT管T1，脉宽调制器IC1的6脚、7脚分别经电容C1、电阻R1接地，由其决定电路脉宽调制器IC1的振荡频率，电阻R2和电容C2构成脉宽调制器IC1的软启动电路，电阻R3为其负载电阻，电阻R4、R5为限流电阻，电阻R7、R9为运算放大器IC2的反馈电阻，R18为电压比较器IC3的负载电阻。

Claims (6)

1、一种小功率直流电机调速及保护装置，包括整机电源、电压给定电路、控制电路、驱动电路、电压负反馈、限流保护电路和短路保护电路，其特征在于：电压给定电路电路输出的电压信号经控制电路、驱动电路输出给电机，驱动电路输出的电压信号经短路保护电路输出给驱动电路，驱动电路输出的电流信号经限流保护电路输出给控制电路。
2、如权利要求1所述的小功率直流电机调速及保护装置，其特征在于：驱动电路包括IGBT管T1和三极管T2，其中IGBT管T1的C极、E极两端并接一只快速恢复二极管D1，其G极、E极两端并接肖特基稳压管二极管DW1，且E极经电阻R14接装置的公共地端，G极接三极管T2的发射极。
3、如权利要求1所述的小功率直流电机调速及保护装置，其特征在于：限流保护电路包括过流保护电路和堵转保护电路，其中过流保护电路包括电压比较器IC3、D触发器IC4和三极管T3，堵转保护电路包括脉宽调制器IC1和电阻R14，且脉宽调制器IC1的电流信号输入端4脚经电阻R14接地，其信号输出端11脚分别接D触发器IC4的时钟端CLK和三极管T3的集电极，D触发器IC4的输入端R接电压比较器IC3的输出端1脚，D触发器IC4的输出端Q接三极管T3的基极。
4、如权利要求1所述的小功率直流电机调速及保护装置，其特征在于：短路保护电路主要由运算放大器IC2、二极管T4和电阻R10、可调电阻W2组成的分压电路组成，由电阻R10和可调电阻组成的分压电路提供一基准电压接IC2的6脚，IC2的5脚接IC2的1脚，IC2的7脚接二极管T4的负极，二极管T4的正极接T1管的G极。电阻R14与电机的连接点A点为本装置的公共地端。
5、如权利要求1所述的小功率直流电机调速及保护装置，其特征在于：控制电路包括脉宽调制器IC1、运算放大器IC2和由电阻R6可调电阻W1及电阻R15、R8组成的分压电路，其中电压负反馈信号取自电阻R15、R8组成的分压电路，接运算放大器IC2的输入端2脚，其输出端1脚接脉宽调制器IC1的输入端1脚，电压给定电路信号取自电阻R6、W1组成的分压电路，接脉宽调制器IC1的输入端2脚。
6、如权利要求1所述的小功率直流电机调速及保护装置，其特征在于：电阻R14与电机的连接点A点为本装置的公共地端。
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