专利名称：一种直流电动机脉宽调速与电制动装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及直流电动机的无级调速和电制动，主要用于直流电机在电力拖动时的速度调节与电气制动，如电动自行车、无轨电车、电气机车和其他使用直流电机场合。
背景技术：
在现有技术中的直流电动机在电力拖动时多采用可控硅的相控斩波或逆导斩波调速方式，不仅调速稳定性较差，而且当输入电源电压较低时容易失控；同时多采用机械刹车方式，靠刹车摩擦片与刹车轮之间的强烈磨擦来实现制动，不仅刹车片与刹车轮磨损大，而且在高速刹车时往往产生较大的刹车噪音。
发明内容
本实用新型针对上述不足，而提供一种脉宽调制式无级平稳调速和无接触式电制动的直流电机调速和电制动装置。
通过以下方式和构思来实现本实用新型的上述目的该直流电动机脉宽调速与电制动装置，包括直流电动机的转子绕组和励磁绕组、功率器件、直流接触器、直流开关、电容器、三个二极管、二个电阻器等，其特征是电机转子绕组的负端与励磁绕组之间接有二极管(7)，电机转子绕组的正端与励磁绕组和二极管(7)的接点之间接有直流接触器，电机励磁绕组的另一端与输入电源N端之间接有功率器件，功率器件和励磁绕组间的接点与电机转子绕组的正端之间接有二极管(9)、与电阻(5)和二极管(6)的接点之间接有电阻(8)，电阻(5)的另一端与电机转子绕组的负端相接，二极管(6)的另一端与输入电源的N端相接，在电机转子绕组的正端与输入电源P端之间还接有直流开关、与输入电源N端之间接有电容器等。当直流开关闭合时，直流接触器不能吸合，输入直流电从P端经直流开关、电机转子、二极管(7)、励磁绕组、功率器件至输入直流电的N端，通过调节功率器件导通脉冲的宽度比例，就可控制流过直流电机转子和励磁绕组的电流大小，实现电机平滑调速的目的。当电机需要制动时，断开直流开关，闭合直流接触器，因电机尚在高速转动，电机转子在励磁绕组的剩磁作用下，产生发电效应，即电流从电机转子正端流经直流接触器、励磁绕组、二个电阻器回到转子负端，励磁绕组在该电流作用下产生更大的磁场，使转子发电电流更大，该电流经二个电阻，使转子在阻尼磁场作用下产生一定的制动作用；此时，再控制功率器件导通，本来经电阻器的电流就会被功率器件和一个二极管旁路，流过电机转子的电流更大，从而产生更大的阻尼力，这样，通过调节功率器件导通脉冲的宽度比例，就可调节转子阻尼力的大小，实现可控电制动的目的。
本实用新型的优点在于电机速度是通过功率器件导通脉冲的宽度比例来调节的，功率器件工作在导通或截止状态，不仅效率高，而且速度调节非常平滑；电机是调速还是制动只需通过直流开关和直流接触器的通断转换即可实现；电机制动时，是电机转子本身受到电磁阻尼力实现电制动，大大减少了摩擦刹车机件的摩损。因此，这种直流电机脉宽调速与电制动装置是一种高效、平滑调速与无接触式电制动相结合的先进装置，非常适合于采用直流电动机需频繁调速或刹车的场合，如无轨电车、电动自行车、电气机车、传送带、机械设备等的速度调节与制动。
附图给出了该实用新型的电气原理图，
以下结合附图进一步说明如下附图是本实用新型的结构原理图，包括直流开关1、电容器2、直流接触器3、电机转子绕组4、电阻器5、二极管6、二极管7、电阻器8、二极管9、励磁绕组10、功率器件11等。电机转子绕组4的负端与励磁绕组10之间接有二极管7，电机转子绕组4的正端与励磁绕组10和二极管7的接点之间跨接有直流接触器3，励磁绕组10的另一端与输入电源N端之间接有功率器件11，功率器件11和励磁绕组10间的接点上还汇接了电阻8、二极管9正端，二极管9的负端与电机转子绕组4的正端、直流接触器3、电容器2、直流开关1汇接在一起，电阻8的另一端与二极管6的负端、电阻5汇接在一起，电阻5的另一端与电机转子绕组4的负端、二极管7的正端汇接，二极管6的负端与输入电源的N端、功率器件11、电容器2相汇接。
具体实施方式
如上所述的电路，直流开关1与直流接触器3在逻辑上是不能同时闭合的，但可同时断开。当直流开关1闭合而直流接触器3断开时，电机处于运行状态输入直流电经P端进入电机转子4、二极管7、电机励磁绕组10、功率器件11至输入直流电源的负端，功率器件11的导通脉冲宽度比是可任意调节的，导通脉宽比越小，流过电机转子4和励磁绕组10的电流越小，电机的转速就越慢；逐步加大功率器件11的导通脉冲宽度比，流过电机的电流也逐步增大，电机转速也随之逐步加大。反之，转速就逐步减小，平滑地调节导通脉宽比，电机的速度就会平滑变化，实现平稳调速的目的。因为功率器件11的工作状态只有导通或截止，导通时，流过功率器件11的电流虽然很大，但功率器件11两端的电压是非常低的；当功率器件11截止时，虽然加在功率器件11两端的电压很高，但流过的电流为零，所以在功率器件11上的损耗是很小的。当直流开关1断开而且电机由于惯性仍在高速转动时如闭合直流接触器3，电机就会进入电制动状态电机转子绕组4在高速转动，由于剩磁的存在，转子绕组4就不可避免的会切割剩磁的磁力线而产生电势，该电势的正负端与电机的正负端正好一致，该电势产生的电流经转子绕组4的正端、直流接触器3、电机励磁绕组10、电阻8、电阻5回到转子绕组4的负端，即形成一电流环路；该电流流过励磁绕组10，会产生与剩磁方向相同的磁场，该磁场又进一步激励转子4产生更大的磁力线切割，转子4就感应出更大的电势，产生更大的电流，如此产生的正反馈使电机转子4迅速处于较强的磁场之中并在较大电流的阻尼作用下产生较强的制动力；此时，如果功率器件11导通，电阻8被功率器件11和二极管6旁路，电机转子4产生的反电势将经功率器件11和二极管6只降落在电阻5上，从而可产生更大的电流，该电流随功率器件11的脉宽导通比的加大而加大，这样，通过调节功率器件11的导通脉宽比就可控制电制动力的大小，实现可控电制动的目的。
权利要求1.一种直流电动机脉宽调速与电制动装置，包括直流开关(1)、电容器(2)、直流接触器(3)、电机转子电枢绕组(4)、电阻器(5)、二极管(6)、二极管(7)、电阻器(8)、二极管(9)、励磁绕组(10)、功率器件(11)等，其特征是电机转子绕组(4)的负端与励磁绕组(10)之间接有二极管(7)，电机转子绕组(4)的正端与励磁绕组(10)和二极管(7)负端的接点之间跨接有直流接触器(3)，励磁绕组(10)的另一端与输入电源N端之间接有功率器件(11)，功率器件(11)和励磁绕组(10)之间的接点上还汇接了电阻器(8)、二极管(9)的正端，二极管(9)的负端与电机转子绕组(4)的正端、直流接触器(3)、电容器(2)、直流开关(1)汇接在一起，电阻器(8)的另一端与二极管(6)的负端、电阻器(5)汇接在一起，电阻器(5)的另一端与电机转子绕组(4)的负端、二极管(7)的正端汇接，二极管(6)的正端与输入电源的N端、功率器件(11)、电容器(2)相汇接。
2.根据权利要求1所述的电动机电制动与脉宽调速装置，其特征还在于所述的功率器件(11)包括IGBT、功率场效应管等，在该器件的两端并接有二极管；功率器件(11)工作在导通或截止状态，通过控制开通脉冲的宽度比例实现电机的调速或制动力调节。
专利摘要一种直流电动机脉宽调速与电制动装置，主要用于在电力拖动领域中直流电机的速度调节与电气制动。该装置包括电机转子绕组(4)和励磁绕组(10)、功率器件(11)、直流接触器(3)、直流开关(1)、电容器(2)和三个二极管、二个电阻器等。其特征是电机转子绕组与励磁绕组之间接有二极管(7)等。通过控制直流开关(1)和直流接触器(3)的分别接通与断开来确定电机处于调速或电制动状态；通过控制功率器件(11)的导通脉冲宽度来调节电机的运行速度或制动力大小；是一种平稳调速与无接触式电制动相结合的电气控制装置。适用于电动自行车、无轨电车、电气机车、传送带和机械设备流水线等需平稳调速或频繁刹车的场合。
文档编号H02P3/08GK2704967SQ20042000886
公开日2005年6月15日 申请日期2004年3月18日 优先权日2004年3月18日
发明者李善根, 王循跃 申请人:王循跃, 李善根