专利名称：电瓶车可控硅脉冲调速器的制作方法
技术领域：
本发明所述的电瓶车可控硅脉冲调速器是一种具有集成电路可无级调速的功能齐全的新型调速装置。
目前在现场中所使用的电瓶车调速装置是由分离元件电路所构成，故而具有元器件多、线路复杂，并且元器件体积过大，而且工作不稳定，经常产生过热现象，造成调速器工作失灵。为了克服现有技术所存在的问题，研制一种新型的电瓶车可控硅脉冲调速器，以满足现场工作的需求是十分必要的。
鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是设计一种结构新颖、性能先进、造价低廉、使用方便、工作可靠的电瓶车可控硅脉冲调速器。本发明由行走电路、操作电路、、失控保护电路和触发电路所组成。行走电路中的走行电机采用可控硅脉冲无级调速，从而可满足任何速度的要求。控制电路为集成电路，故而体积小、工作可靠、由于工作时在一连串的信号中，只取第一个脉冲信号，故而使整个结构体积大大减小，并且工作温度低。所以本发明是一种适于实用的新型电瓶车可控硅脉冲调速器。
本发明是一种电瓶车可控硅脉冲调速器，主要由行走主电路、控制电路所组成;其特征在于行走主电路中的走行电机(XD)采用可控硅脉冲无级调速;控制电路含有操作电路、失控保护电路和触发电路;触发电路由受控振荡器、RS触发器、振荡器、微分脉冲放大电路所组成。本发明所述的行走主电路由行走直流串激电动机(XD)、控制电机旋转方向的接触器EC、FC、二极管Z1、Z2、可控硅S1、S2、变压器、电容及连接线路所组成。本发明所述的操作电路由控制开关QK、XK、FK、DSK、QSK1、QSK2、直流密封接触器ZC、FC、电阻、可控硅S3、二极管、反相器、电容及连接线路所组成;实现当走动时或停车时均无电弧发生。本发明所述的失控保护电路由集成电路块IC3A、双向可控硅SJ、继电器J、二极管、反相器IC2、电阻、电容及连接线路所组成;当发生失控时，电路能自动检测，在不大于0.2秒的时间内，迫使接触器跳开、分断电源、强迫停车。本发明所述的触发电路中的受控振荡器、由集成电路块IC1B、二极管、三极管、反相器、电阻、电容及连接线路所组成;本发明所述的触发电路中的振荡器由集成电路块IC1A、电阻、电容所组成。本发明所述的触发电路中的微分脉冲放大电路由三极管、反相器、二极管、电阻、电容所组成。本发明所述的触发电路中采用了RS触发器，可对调速脉冲g1加以控制，在一个周期始终只有一个单脉冲输出，RS触发器由集成电路块IC3B、电阻、电容、二极管所组成。本发明所述的操作电路中具有方向开关互锁电路装置，由方向开关FK、刹车开关XK，二极管D11、电阻R22、集成电路块IC2等组成。
本发明所述电瓶车可控硅脉冲调速器的工作电压为35～45V，可在环境温度为-30℃～40℃的情况下连续工作。其中走行电机采用可控硅脉冲无级调速，走行调速采用定频调宽，周期为10ms，导通从15%可连续调到85%，全速采用可控硅全导通方式。本发明设有方向开关互锁电路，在行走中如误扳方向开关，接触器就无载跳开，无电弧停车。在行走中如踩刹车时，接触器无电弧跳开停车，若松开刹车，不能立即走车，必须松开走车变速踏板后，再踩走车变踏板才能走车，以利安全。本发明采用集成电路，具有结构简单、成本低廉、操作方便，使用可靠、维护简便、体积小、重量轻等特点。所以本发明可广泛的适用于各种不同类型的电瓶车，具有积极的社会效益和良好的经济效益。
本发明共有五张附图，其中附
图1是主电路系统图附图2是主电路工作波形图附图3是触发电路工作波形图附图4是主电路和操作电路系统图附图5是触发电路和失控保护电路系统中A-失控保护电路B-变速踏板控制器C-触发电路本发明的具体实施例如附图所示，本发明由主电路、控制电路所组成，控制电路具有操作电路、失控保护电路和触发电路。触发电路由受控振荡器、RS触发器、振荡器、微分脉冲放大电路所组成。在电路系统中集成电路芯片分别是IC1A、IC1B、IC3A、IC34型号均为556;其集行电路芯片IC2的型号为4049。本发明的具体工作原理如下所述
一、主电路图1是行走主电路，图中XD是行走用直流串激电动机，ZC和FC是四个作于控制电机旋转方向的接触器，Z1是续流用二级管，S1是主可控硅，S2是关断用可控硅，C1是换向电容器，L1和L2绕在一个铁芯上，其极性如图中的黑点所示。
当FC或ZC接触器动作后，电源电压EB通过电机XD加到S1可控硅的阳极与阴极间，此时因S1无控制极触发脉冲，S1不能导通，电动机XD无电流。
如图2，在t1时刻给S2加上一个控制极触发脉冲Vg1，S2导通，便有电流通过电机XD、电感L1和电容C1进行充电，电压极性为右正左负。当电容电压充到接近于电源电压EB时，充电电流越来越小，此电流一旦小于S2的维持电流时，S2关断而恢复阻断状态，这个过程称为予充电。
在t2时刻给S1加上控制极触发脉冲Vg1，S1导通。导通后的可控硅其阳极、阴极间的电压降只有1伏左右，电源电压几乎全加在电动机XD上，电动机通过电流。与此同时，电容C1经S1和Z2以及L2形成一个LC半个周期振荡放电，经过半个周期的振荡，使电容C1的极性改变成左正右负，由于Z2不能通过反向电流，于是停止振荡。在S1首次导通即电动机启动时，L1通过按指数关系上升的电流。由于电感作用，在L2上产生感应电势，如感应电势的方向与振荡电流的方向相同，就可以提高振荡后C1上的电压(左正右负)，如忽略电路的衰减，振荡后的电压应为EB(1+2
)。即本电路具有第一次提升电压的效果，这就给关断主可控硅S1做好准备。
在t3时刻给S2加上控制极触发脉冲Vg2，S2导通，S1则承受反向电压而被关断。由于负载中有电感，电流不能突变，电容C1立即接过负载电流经C2、EB、XD、L1的回路放电，如忽略可控硅S1反向恢复电流的影响，S1承受反向电压的时间可按下式估算。
t反≈ (C·VC)/(ID)式中C为电容C1的容量，VC为S2导通前C1上的电压，ID为S2导通前的负载电流。如S1承受的反压时间大于S1额定关断时间，S1就可靠的被关断。反之，如S1承受时间小于S1的额定关断时间，S1就不能被关断而又导通，即换流失败。从上式可看出S1的反压时间是与VC成正比，VC电压值越高，则S1的关断就越可靠。
如前所述，电容C1从t3时起开始放电，电压过零后又要正向充电，充成右正左负，如果没有电感L1，电容C1充到接近电源电压EB时，S2就会恢复阻断。可是由于有L1的存在，其中储有磁场能，如忽略电路的衰耗，当C1充到EB+IDL1C1]]>时，可控硅S2自行关断。之后电机电流经Z1续流。
在t4时刻给S1加上控制极触发脉冲，S1和二极管Z2同时导通。S1导通后电机得电，Z2导通后又形成L2C1的半周期振荡放电，电容C1的极性又变成左正右负。由于L1和L2的感应作用，使换向电容器C1的电压又有提升，如忽略电路的衰耗，C1的电压值可近似为(IDL1C1)2+(EB+IDL1C1)2]]>在t5时刻给S2加上控制极触发脉冲，S2导通，S1又承受反压而关断，如此反复下去，这就是主电路的工作过程。
本电路的主要特点1、起动前C1要予充电，起动时它有第一次提升电压的效果，提高了起动换流的可靠性。2、在调速过程中，它不但能利用上周期的负载电流而且也能利用本周期的负载电流来提升C1电压，提高了调速换流的可靠性。
二、控制电路控制电路包括有触发电路、失控保护电路和操作电路三个部分。
1、触发电路要实现可控硅脉冲调速，就必须有两个相应的控制极触发脉冲电压Vg1、Vg2，Vg1比Vg2要相对延时一个时间，此延时是能调整的。具体电路见原理图。
振荡源由振荡器完成，振荡器产生的方波电压，由微分电路形成电脉冲，再由脉冲放大器放大，每隔10ms发出一个脉冲电压Vg2去触发可控硅S2。方波电压同时输入到RS触发器和受控振荡器。受控振荡器受变速踏板的控制，不踏变速踏板时，受控振荡器被封锁不产生电脉冲。踩下变速踏板后，与踏板联动的控制器控制受控电路，延迟产生电脉冲，再经脉冲放大器放大后，输出Vg1去触发可控硅S1，这时就进入调速运行状态。当踏板踩到全速位置时，触发脉冲Vg2被控制器封锁，无脉冲输出，于是进入全导通全速阶段。
下面就按原理图介绍具体电路。
电锁开关DSK接通后，由电阻R37、电容C12-13，稳压DW1-2，组成的稳压电路进行稳压，输出稳定的12伏直流电压作为触发电路的电源。
集成电路IC1A、电阻R31、R32、电容C11组成振荡器作为振荡源，在IC1A5脚上的电位波形如图3(a)所示，其振荡周期为10ms。电容C10、C7、C4为集成电路内部稳压电容，电容C9、电阻R30组成微分电路，T1管、电阻R33、R34、R35、R36组成脉冲放大器。当IC1A5脚由低电位跳变到高电位时，电容C9、集成电路IC23脚电位变高，IC22脚电位变低，此时T1管基极到发射极的电路接通，立即有对电容C9充电的脉冲电流通过，经T1管放大，在T1管基电极上得到幅值约为11V、宽度约为150s的脉冲电压，如图3(b)所示。此脉冲电压接到可控硅S2的控制极上，以触发S2。
由IC1B、电容C8、电阻R25、R26及电位器W1组成受控振荡器，此受控振荡器必须与振荡器同步。电阻R27、二极管D16为延时电路。当IC1A5脚由高电位跳变低电位时，电容C8上的电压经电阻R27、二极管D16、IC1A5脚放电，C8上的电压被二极管D16钳位在0.2V左右。当IC1A5脚由低电位跳变到高电位时，二极管D16承受反压而不导通，这时如踩下变速踏板，与踏板连动的可变电位器W1改变阻值，电流经W1、R25、R26向电容C8充电，经过一个延时时间，C8上的电压达到了IC1B13脚的一定电压时，C8上的电压立即经R26、IC1B13脚放电，放电结果使IC1B9脚上输出一个脉冲电压。当电容C8上的电压降到IC1B13脚上的一定电压时，IC1B13脚又恢复到阻断状态。这样重复上述过程，结果在C8上形成了锯齿电压，如图3(c)所示，在IC1B9脚上形成脉冲电压。如图3(d)所示。
T2、电阻R20、R21、R23、R24组成脉冲放大器，当IC1B9脚由高电位跳变到低电位时，T2管基极到发射极电路接通，因此就有脉冲电流通过，经T2管放大，在T2管的集电极上输出幅值约为11V、宽度约为150s的脉冲电压用于触发可控硅S1。集成电路IC3B、电容C6、电阻R28、二极管D14组成RS触发器。当IC3B8脚为低电位时，IC3B9脚为高电位，当IC1B9脚由低电位跳变到高电位时，经电容C6耦合使IC3B12脚变高电位，由于12脚电位变高，同时就把IC3B9脚的高电位拉向低电位，经二极管D16、电阻R27把电容C8上的电压钳位在0.2V左右，使受控振荡器停振，从而保证了IC1B9脚始终只有一个单脉冲输出。
改变与变速踏板连动的电位器W1的阻值就得到调速。
(1)、未踩变速踏板时，电位器W1的电阻值较大，电容C8充不到IC1B13脚的放电电压，T2管无脉冲输出。
(2)、踩下变速踏板，电位器W1的电阻值变小，经8.5ms电容C8才充到IC1B13脚的放电电压，这时有Vg1脉冲电压输出，可控硅S1导通，调速的导通比约为15%，电动机以最低速运行。
(3)、再踩下变速踏板，电位器W1的电阻值变的更小，C8的充电延迟时间变短，调速器的导通比变大，车子加速运行。当电位器的电阻值接近零时，C8的充电延迟时间约为1.5ms，这时调速器的导通比约85%。
(4)、变速踏板踩到全速位置时，全速开关QSK1闭合，使车达到全速。由于QSK1闭合，使二极管D10连接在可控硅S3的阳极上，使集成电路IC25脚电位变低，4脚和7脚电位变高，因IC27脚电位变高，从而使IC26脚电位变低，经二极管D13钳位，使电容C9不能充放电，微分电路失去作用，同时使IC22脚电位升高，T1管截止，无Vg2脉冲输出，使车达到全速。
在全速时，经电阻R2、二极管D1、开关QSK2接点对电容C1进行补充充电，使电容C1的电压不低于电源电压，以利于从全速退回调速时能可靠关断S1。
2、操作电路(1)接通电锁开关DSK，于是有稳定的直流12V电压加在触发回路上，振荡器开始工作，每隔10ms就输出一个Vg2脉冲电压去触发可控硅S2，经R3和QK常闭接点使电容C1予充电到电源电压。另一方面，经R10使C2充电约15V。
(2)先搬方向开关FK到前进或后退位置，再踩变速踏板，这时启动开关QK常开接点闭合，电容C2经C2正极-电阻R8-S3控制极到阴极-QK接点-XK接点-C2负极的回路放电，S3被触发导通。电源正极-J1接点-R37电阻-ZC或FC接触器线圈-方向开关FK-XK接点-S3可控硅-QK接点-电源负极回路，接触器线圈得电吸合。
MZJ-200A型直流密封接触器主要由起动吸合线圈，维持吸合线圈，主触点(常开)，辅助触点(常闭)四个部分组成。接通电源的瞬间，经起动吸合线圈和辅助触点(常闭)通过约5A的电流。接触器吸合动作后，辅助触点就被断开，这时电流就通过起动吸合线圈及维持吸合线圈而保持吸合状态。
(3)再踩变速踏板，电瓶车就进入调速运行或全速运行。由于可控硅S1总是在接触器触点接通之后才导通的，故起动时触点无电弧。
(4)在行走中，如扳方向开关FK，可控硅S3断流而关断，于是无Vg1脉冲电压输出，但这时Vg2脉冲仍正常输出，主可控硅S1被关断后就不再触发导通，故接触器触点跳开时是无载的，无电弧发生，停车。
(5)在行走过程中，如踩刹车，刹车开关XK断开，可控硅S3断流而关断，接触器无载跳开停车。如要再走车，就松开刹车和走车变速踏板，这时电容C2经电阻R10才能充到15V。再踩下走车变速踏板，电容C2放电，可控硅S4被触发导通，接触器吸合而走车。
(6)为安全起见，操作时必须先接通电锁开关和方向开关，后踩起动踏板，接触器才能吸合走车。否则，如先踩变速踏板QK闭合，电容C2放电完毕后，再接通电锁或方向开关，S3因无触发不能导通，接触器不能吸合。
3、失控保护电路可控硅调速器在斩波换流过程中，由于种种原因，例如失去了触发脉冲Vg2，或主硅S1击穿短路，或主硅S1承受反压时间小于S1的额定关断时间等原因，就要造成失控故障，失控是危险的，必须进行保护。在发生失控时，电路能自动检测，在不大于0.2秒的时间内，迫使接触器跳开，分断电源，强迫停车。
失控信号取自主可控硅S1的端电压，用它来控制IC3A5脚电位的跳变。当主可控硅S1阻断期间，电源电压由二极管D7隔离，电源电压经电阻R13、R14、二极管D6使IC29脚电位变高、10脚电位变低，经二极管D4，使电容C3两端电压被钳位在0.2V左右，使可控硅S4不能触发导通，电容C5为可控硅S4误触发保护。
当主可控硅S1导通期间，其电压降很小，经二极管D7、电阻R14、二极管D6使IC29脚电位变低、10脚电位变高，二极管D4反向阻断，于是电容C3经电阻R12、R13充电，在正常调速状态下，主可控硅S1每个工作周期最大导通时间约为8.5ms，当电容C3尚未充电到IC3A1脚的放电电压时，主可控硅已截止，这时电容C3马上经二极管D4、IC210脚、9脚、电阻R15放电。当电路失控时，主硅S1是连续导通的，当主可控硅S1连续导通时间超过20ms即电容C3的充电时间超过20ms时，于是C3经电阻R12、IC3A1脚放电，使IC3A5脚电位变低，电源电压经电阻R16给可控硅S4加上触发电压，使可控硅S4导通。继电器J通电吸合，J1的常闭触点断开，可控硅S3因断流而关断，使接触器线圈断电释放，切断电机回路，强迫停车进行保护。同时指示灯DH熄灭，以示警告，需再开闭一次电锁开关才能重新起车。
全速运行时，QSK1开关闭合，使IC21脚电位变低，12脚电位变高，经二极管D8使IC29脚电位升高，10脚电位变低，再经二极管D4钳位使电容C3不能充电，失控保护电路停止工作。
权利要求
1.一种电瓶车可控硅脉冲调速器，主要由行走主电路、控制电路所组成；其特征在于行走主电路中的走行电机(XD)采用可控硅脉冲无级调速；控制电路含有操作电路、失控保护电路和触发电路；触发电路由受控振荡器、RS触发器、振荡器、微分脉冲放大电路所组成。
2.根据权利要求1所述的电瓶车可控硅脉冲调速器，其特征在于行走主电路由行走直流串激电动机(XD)、控制电机旋转方向的接触器EC、FC、二极管Z1、Z2、可控硅S1、S2、变压器、电容及连接线路所组成。
3.根据权利要求1所述的电瓶车可控硅脉冲调速器，其特征在于操作电路由控制开关QK、XK、FK、DSK、QSK1、QSK2、直流密封接触器ZC、FC、电阻、可控硅S3、二极管、反相器、电容及连接线路所组成;实现当走动时或停车时均无电弧发生。
4.根据权利要求1所述的电瓶车可控硅脉冲调速器，其特征在于失控保护电路块IC3A、双向可控硅SJ、继电器J、二极管、反相器IC2、电阻、电容及连接线路所组成;当发生失控时，电路能自动检测，在不大于0.2秒的时间内，迫使接触器跳开、分断电源、强迫停车。
5.根据权利要求1所述的电瓶车可控硅脉冲调速器，其特征在于触发电路中的受控振荡器、由集成电路块IC1B、二极管、三极管、反相器、电阻、电容及连接线路组成;
6.根据权利要求1所述的电瓶车可控硅脉冲调速器，其特征在于触发电路中的振荡器由集成电路块IC1A、电阻、电容所组成。
7.根据权利要求1所述的电瓶车可控硅脉冲调速器，其特征在于触发电路中的微分脉冲放大电路由三极管、反相器、二极管、电阻、电容所组成。
8.根据权利要求1所述的电瓶车可控硅脉冲调速器，其特征在于触发电路中采用了RS触发器，可对调速脉冲g1加以控制，在一个周期始终只有一个单脉冲输出，RS触发器由集成电路块IC3B、电阻、电容、二极管所组成。
9.根据权利要求1所述的电瓶车可控硅脉冲调速器，其特征在于操作电路中具有方向开关互锁电路装置，由方向开关FK、刹车开关XK，二极管D11、电阻R22、集成电路块IC2等组成。
全文摘要
本发明所述的可控硅脉冲调速器，其结构由行走主电路、操作电路、失控保护电路和触发电路所组成。触发电路含有受控振荡器、振荡器、微分脉冲放大电路。走行电机采用可控硅脉冲无级调速，由于电路采用RS触发器，因此能对调速脉冲加以控制，在一个周期始终只有一个单脉冲输出。本发明采用集成电路，故具有结构简单、成本低廉、操作方便、使用可靠、维护简便、体积小、重量轻等特点。所以本发明可广泛的适用各种不同类型的电瓶车。
文档编号B60L15/20GK1061378SQ9010919
公开日1992年5月27日 申请日期1990年11月12日 优先权日1990年11月12日
发明者赵永才 申请人:赵永才