CN2610562Y - 双速电机调速装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种双速电机调速装置，一种双速电机调速装置，包括调速控制芯片、输出端与其相连的电源模块，其特征是：还包括输入端与速度选择按钮相连的设定速度模块、用于调节加速时间的设定斜波斜率模块、输入端与测速传感器相连的测速模块、可控硅触发模块，调速控制芯片分别与设定速度模块、设定斜波斜率模块、测速模块的输出端相连，并与可控硅触发模块的输入端相连。本实用新型用简单的硬件实现了电机的速度设定、加速时间设定和稳速，由于所述各模块均可以用廉价而可靠的元件实现，从而使得本装置性能良好，成本低。

Description

双速电机调速装置

技术领域：

本实用新型涉及一种双速电机调速装置。

背景技术：

双速电机是一种高效，低噪音，速度稳定的电机。与此相对应的串激电机结构简单，调速方便，价钱便宜，但噪音巨大，目前在越来越注重低噪音的家电中所占份额越来越少。因为双速电机具有良好低噪音性能，所以应用也相应越来越广泛，与其相配套的调速电路的研发也就迫在眉睫。

目前，国内尚没有在双速电机调速方面有很好的解决方案，已经开发好的控制电路在实际应用中也是问题不断，缺乏稳定性和可靠性。国外在双速电机调速中基本上在使用中采用单片机调速的方式，因实际使用中，负载变化大，因此控制算法复杂，价格昂贵，目前每块调速板的进口价格在人民币两百元左右。

发明内容：

本实用新型的目的就是为了解决现有调速装置要么成本高，要么性能差的问题，提供一种双速电机调速装置，性能良好，且成本低。

本实用新型实现上述目的的方案是：一种双速电机调速装置，包括调速控制芯片、输出端与其相连的电源模块，其特征是：还包括输入端与速度选择按钮相连的设定速度模块、用于调节加速时间的设定斜波斜率模块、输入端与测速传感器相连的测速模块、可控硅触发模块，调速控制芯片分别与设定速度模块、设定斜波斜率模块、测速模块的输出端相连，并与可控硅触发模块的输入端相连。

采用以上方案的有益效果：本实用新型用简单的硬件实现了电机的速度设定、加速时间设定和稳速，由于所述各模块均可以用廉价而可靠的元件实现，从而使得本装置性能良好，成本低。例如，用本方案的一个实施例的成本仅为人民币二十元，几乎只有进口的1/10，且该产品的可靠性已经经过实验运行得到验证。

附图说明：

图1是本实用新型实施例电路方框示意图。

图2是本实用新型实施例电路原理示意图。

图3是斜波发生器外部电容充电示意图。

图4是低速加速和高速加速示意图。

具体实施方式：

下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。

本实用新型的基本原理是利用调节可控硅的的导通角调节输入电压从而达到调速目的，采用的是闭环调速，即通过速度传感器(如霍尔传感器等磁性传感器)测量电机实际转速与设定速度之差来调节可控硅导通角。即通过测速模块测定电机即时的实际速度，与设定速度模块设定速度相比较，如果两者不等，便根据设定斜波斜率模块设定的斜率调节可控硅的导通角。

如图1所示，本双速电机调速装置包括调速控制芯片10、输出端与其相连的电源模块2，其特征是：还包括输入端与速度选择按钮相连的设定速度模块3、用于调节加速时间的设定斜波斜率模块4、输入端与测速传感器相连的测速模块5、可控硅触发模块6，调速控制芯片10分别与设定速度模块3、设定斜波斜率模块4、测速模块5的输出端相连，并与可控硅触发模块6的输入端相连。

所述调速控制芯片10可选择TDA1085C等。本实施例中，调速控制芯片10内部可设一个斜波发生器，其输入端分别与设定速度模块3、设定斜波斜率模块4相连，输出端与可控硅触发模块6的输入端相连。

为了增加可靠性，本装置还包括电压电流同步模块1，其输入端与调速控制芯片10相连。如图2所示，所述电压电流同步模块1包括第十八、十九电阻R18、R19，第六、七二极管D6、D7，市电火线和零线分别经第十八、十九电阻R18、R19接到调速控制芯片的电压电流相位监视脚；调速控制芯片的两个电压电流相位监视脚之间通过反向并联的第六、七二极管D6、D7相连。即：火线经R19至IC第2脚，零线经R18至IC第1脚，其中D6，D7用于钳位。如果电流，电压同步，则因为电机是感性负载，相位差为90度算同步。IC第1，2脚即是监视相位是否同步，如果不同步，则关闭触发脚。目前国内滚筒洗衣机调速板烧板的一个重要原因是一旦系统不稳定，无法工作甚至烧板的一个重要原因即在于无D6，D7钳位。

如图2所示，所述电源模块2包括电一二电阻R1、R2，第一二极管D1，第一电容E1；市电依次通过第一电阻R1、第一二极管D1整流、第一电容E1后输出到所有有源器件。强电通过R1降压，D1整流，E1滤波。其中大功率水泥电阻R1 5.6K/7W是非常关键的一个原件，其功率需要大于5W，否则极易烧坏。这也是目前不成熟板的重大缺陷。

如图2所示，所述设定速度模块3包括第八、十一、十二、十三电阻R8、R11、R12、R13，第二二极管D2，第七电容E7，分成两组或两组以上调速端口；其中，第十二电阻R12为一组，其一端接调速按钮(图中J5)，另一端接调速控制芯片10的一个输入端；第十三电阻R13、第二二极管D2和第七电容E7为一组，三者串联后第十三电阻R13所在的一端接另一个调速按钮(图中J7)，另一端接调速控制芯片10的另一个输入端。通过改变R12，R13的阻值改变设定电压从而可以改变设定电机速度，可以确定高速，低速脱水的比值，如国内可以达到的400RPM，800RPM。同时，如果要求更多的速度，只需增加电路的组数。为了抵抗高速的干挠及停止时的反电动势需增加D2，E7。增加可调电阻RP1而不是固定电阻为了方便调试因不同电机的参数不同而带来的差异。增加钽电容E8是利用其良好的漏电流特性，从而保证电机速度稳定。

如图2所示，所述设定斜波斜率模块4包括第七电阻R7、第十电阻R10，它们的一端分别接至公共电源端，另一端分别接入调速控制芯片10的斜波斜率设定脚。改变R7阻值可以很好调节加速时间。具体数值根据需要试验调试。真正设定速度值是通过IC第7输出来调节。当IC第5设定速度给定，斜波产生器对外部电容C13充电，其充电电压从IC第4脚(实际速度)上升至IC第5脚(设定电压)，见图3，其中横轴t为时间，纵轴V为电压，Vpin4、Vpin5、Vpin7分别是芯片第4、5、7脚的电压。这样加速可以使电机逐步将速度加上去而不会有太大的力矩突变。另外，还可以中断一次加速过程，把加速分为两步加速，低速加速和高速加速，从图4可以看出，其中横轴t为时间，纵轴Speeds为速度，VDS为芯片第6脚的电压即Vpin6，VDf＝2VDF。无论什么情况复位，以上所说的加速将被中断，重新从0向最大速度加速。如果IC第6脚接地，则电机只以一斜波向上加速。为了得到真正的零速度，IC第5脚的电压设计范围是0～80mv，因此在设定速度设置时，确保IC第5的电压不在上述范围内。

如图2所示，所述测速模块5包括第十三电容C13、第三二极管D3、第十四电阻R14，其中第十四电阻R14一端与测速传感器相连(图中J11、J12)，从测速传感器进来的波形经第十四电阻R14限流、第三二极管D3钳位、第十一电容C11滤去干挠后接到调速控制芯片10的速度输入脚。从速度传感器(如霍尔传感器)进来的波形是正弦波，经R14限流后，加上D3钳位，C11滤去干挠，确保电机实际速度能“干净可靠”进入I/O，避免IC死机。

如图2所示，所述可控硅触发模块包括第十七电阻R17、可控硅KS1、保护元件ZR1、第二十电阻R20、第三电容C3，可控硅KS1的控制端接调速控制芯片10的信号输出端，其正、负端分别接于电机输入电源的正负端A、B，保护元件ZR1与可控硅KS1相并联，第二十电阻R20和第三电容C3相串联后也与可控硅KS1相并联。R17的阻值根据所使用的可控硅，芯片电压确定，R20，C3，ZR1目的是为了保护可控硅而设计的，尤其是在高速或关电机时巨大的反电动势冲击很大，反电动势从RC和压敏电阻通过。这也是目前国内烧板的几个原因之一。

独到的结构设计也是本调速板的独特之处，本实用新型散热片固定脚采用倒三角形，安装稳固，这对于洗衣机抵抗振动有其巨大的好处，而散热片顶端有一半圆形开槽非常便于调节可调电阻RP1。

本实用新型优秀的电路设计使得元器件的选用较为容易，也是本板的特色，C9采用高压薄膜电容，E8采用漏电流小的钽电容，C12，C5，C11，C4，C13，C2采用金属聚酯电容，R1采用7W大功率水泥电阻。

因为调速板是以低压控制高电压，大电流，控制信号是毫伏级，负载是～220V，而且高压，低压都是在同一块板上，因此布板尤其重要，需要遵守以下规则：

1.去耦电容必须紧靠IC；

2.霍尔传感器接地端直接接入IC第8脚，因为霍尔传感器产生很强的dΦ/dt信号；

3.地线走线方式要呈星形；

4.强电，弱电隔离。

由上可见，本实用新型采用硬件实现精确调速，该方案使电机速度稳定，超调量小，可在需求时间内从一速度上升或下降至某一设定的速度。调速范围宽，可调速度范围是0～15000RPM，尤其是在大负载，变负载的情况下，该方案相对其他方案的稳定行，可靠性特别明显，基本杜绝烧板等恶性问题。而且该方案还能保护整机系统的稳定性，安全性，特别是在电源波动，停电，霍尔传感器失效时提供有效保护。而其成本仅为人民币二十元，几乎只有进口的1/10。

目前国内滚筒洗衣机使用的调速电路基本上是进口的，价格昂贵，各生产厂家急需本土化方案，以降低成本，这也是为什么国内滚筒洗衣机价格一直居高不下的一个重要原因。以国内滚筒洗衣机年产量100万套计算，如果采用本方案，直接经济效益达2亿。因此效益十分显著。

Claims (10)

1.一种双速电机调速装置，包括调速控制芯片(10)、输出端与其相连的电源模块(2)，其特征是：还包括输入端与速度选择按钮相连的设定速度模块(3)、用于调节加速时间的设定斜波斜率模块(4)、输入端与测速传感器相连的测速模块(5)、可控硅触发模块(6)，调速控制芯片(10)分别与设定速度模块(3)、设定斜波斜率模块(4)、测速模块(5)的输出端相连，并与可控硅触发模块(6)的输入端相连。

2.如权利要求1所述的双速电机调速装置，其特征是：所述调速控制芯片(10)内部有一个斜波发生器，其输入端分别与设定速度模块(3)、设定斜波斜率模块(4)相连，输出端与可控硅触发模块(6)的输入端相连。

3.如权利要求1或2所述的双速电机调速装置，其特征是：还包括电压电流同步模块(1)，其输入端与调速控制芯片(10)相连。

4.如权利要求3所述的双速电机调速装置，其特征是：所述电压电流同步模块(1)包括第十八、十九电阻(R18、R19)，第六、七二极管(D6、D7)，市电火线和零线分别经第十八、十九电阻(R18、R19)接到调速控制芯片的电压电流相位监视脚；调速控制芯片的两个电压电流相位监视脚之间通过反向并联的第六、七二极管(D6、D7)相连。

5.如权利要求1或2所述的双速电机调速装置，其特征是：所述电源模块(2)包括电一二电阻(R1、R2)，第一二极管(D1)，第一电容(E1)；市电依次通过第一电阻(R1)、第一二极管(D1)整流、第一电容(E1)后输出到所有有源器件。

6.如权利要求1或2所述的双速电机调速装置，其特征是：所述设定速度模块(3)包括第八、十一、十二、十三电阻(R8、R11、R12、R13)，第二二极管(D2)，第七电容(E7)，分成两组或两组以上调速端口；其中，第十二电阻(R12)为一组，其一端接调速按钮，另一端接调速控制芯片(10)的一个输入端；第十三电阻(R13)、第二二极管(D2)和第七电容(E7)为一组，三者串联后第十三电阻(R13)所在的一端接另一个调速按钮，另一端接调速控制芯片(10)的另一个输入端。

7.如权利要求1或2所述的双速电机调速装置，其特征是：所述设定斜波斜率模块(4)包括第七电阻(R7)、第十电阻(R10)，它们的一端分别接至公共电源端，另一端分别接入调速控制芯片(10)的斜波斜率设定脚。

8.如权利要求1或2所述的双速电机调速装置，其特征是：所述测速模块(5)包括第十三电容(C13)、第三二极管(D3)、第十四电阻(R14)，其中第十四电阻(R14)一端与测速传感器相连，从测速传感器进来的波形经第十四电阻(R14)限流、第三二极管(D3)钳位、第十一电容(C11)滤去干挠后接到调速控制芯片(10)的速度输入脚。

9.如权利要求1或2所述的双速电机调速装置，其特征是：所述可控硅触发模块包括第十七电阻(R17)、可控硅(KS1)、保护元件(ZR1)、第二十电阻(R20)、第三电容(C3)，可控硅(KS1)的控制端接调速控制芯片(10)的信号输出端，其正、负端分别接于电机输入电源的正负端(A、B)，保护元件(ZR1)与可控硅(KS1)相并联，第二十电阻(R20)和第三电容(C3)相串联后也与可控硅(KS1)相并联。

10.如权利要求1或2所述的双速电机调速装置，其特征是：发热元件固定于散热片中，该散热片固定脚采用倒三角形。

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