专利名称：一种基于三角波的电机调速装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电机调速领域，尤其涉及一种基于三角波的电机调速装置。
背景技术：
在电气时代的今天，电动机在工农业生产与人们日常生活中都起着十分重要的作 用。由于直流电动机具有良好的起动、制动性能，适宜在大范围内平滑调速，因此在许多需 要调速或快速正反向的电力拖动系统中得到了广泛的应用。在各种类型的生产线、自动化 装备和大多数食品、药物、生化产品、轻化产品生产企业在生产过程中都需要使用能调速的 小容量直流电动机。各种智能化、自动化的产品日益走入寻常百姓家，为了实现产品的便 携性、低成品以及对电源的限制，小型直流电机在其中的应用也相当广泛。电动机的调速 性能如何对装备电动机的装置有着直接的决定性影响。因此，电动机的调速技术一直是研 究的热点。对直流电机的速度调节，我们可以采用多种办法。其中脉宽调制(Pulse Width Modulation, PWM)是常用的一种调速方法，其基本原理是用改变电机电枢电压的接通和断 开的时间比(即占空比)来控制电机的速度，在脉宽调速系统中当电机通电时，其速度增 加，电机断电时其速度降低，按照一定的规律改变通断电的时间，就可使电机的速度保持在 一稳定值上。现阶段，PWM脉宽调制调速通常是用各种单片机实现的。
发明内容本实用新型的目的在于，提供一种基于三角波的电机调速装置。该装置可广泛应 用于家用电器，工业仪器，电子玩具，报警装置，自动控制等电路中。为了实现上述任务，本实用新型采用如下技术方案予以实现一种基于三角波的 电机调速装置，包括12V电源、LM324四功放运算放大模块，该LM324四功放运算算放大模 块内含有第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器和第四运算放大器，其特征在 于，所述的第三运算放大器、第一运算放大器和第四运算放大器组成三角波产生电路，在第 四运算放大器的输出端振荡产生三角形波；第一运算放大器和第四运算放大器组成函数信 号发生器，第二运算放大器作比较器，第三运算放大器和电阻R6、电阻R7、可变电阻VRl以 及场效应管组成电机速度调节电路；直流电机、电容C3以及二极管构成负载；二极管两端 设置的电阻R8和发光二极管组成显示模块。本实用新型的其它特点是所述的第三运算放大器通过电阻Rl和电阻R2使第三 运算放大器得到6V电压，然后第三运算放大器作不可控电源使用，分别连接到第一运算放 大器的反相输入端和第四运算放大器的同向输入端。所述的直流电机的型号为R775直流电动机。所述的场效应管的型号为IRF521。本实用新型结构非常简单，价格低廉，需要的器件少，效率高，功耗低。电路运行稳 定可靠，电机速度调节响应快，能够满足实际工程应用的要求。三角波由四功放运算放大模 块LM324产生。具有电源电压范围宽，静态功耗小，价格低廉等优点。
图1为本实用新型的基于三角波的电机调速装置框图；图2为电路原理图，图中； Ula, Ulb, Ulc和Uld为LM324中的四个独立运算放大器。图3为基于三角波的调速原理图；图4为LM324运算放大器管脚连接图；下面结合 附图对本实用新型进一步详细说明。
具体实施方式
直流电动机转速的控制方法可分为两类励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控 制法控制磁通，其控制功率虽然小但低速时受到磁饱和的限制，高速时受到换向火花和换 向器结构强度的限制，而且由于励磁线圈电感较大动态响应较差。所以常用的控制方法是 改变电枢端电压调速的电枢电压控制法。在电枢电压控制法中基于各种单片机的PWM脉宽 调制直流调速技术是常用的一种调速方式，对其介绍的资料也很多。本实用新型创新的利 用LM324四功放运算放大器提供了一种基于三角波的电机调速装置。该装置包括12V电源、LM324四功放运算放大器、场效应管IRF521以及负载R775 直流电动机。其原理框图如图1所示。以LM324四功放运算放大器为控制核心，12V电源给 整个装置供电，LM324四功放运算放大器和外接可变电阻VRl相配合实现对电机的速度调 节，另外还有显示电机工作状况的显示电路部分。参照图2和图4，运算放大器(Ula、Ulb、Ulc和Uld)为LM324的四个独立运算放 大器，其中的标号3、2、1分别是运算放大器Ula的同相输入端、反相输入端、输出端，标号5、 6、7分别为运算放大器Ulb的同相输入端、反相输入端、输出端，标号10、9、8分别为运算放 大器Ulc的同相输入端、反相输入端、输出端，标号12、13、14分别为运算放大器Uld的同相 输入端、反相输入端、输出端，标号4、11分别是LM324的正、负电源端。标号G、S、D分别是 场效应管IRF521的栅极、源极和漏极。参照图2，整个装置共用12V电源供电，电阻Rl和电阻R2为分压电阻，通用型低 功耗集成四运放LM324运算放大器内含有四个独立的高增益、频率补偿的运算放大器Ula、 Ulb、Ulc、Uld，其中运算放大器(Ulc、Ula、Uld)组成三角波产生电路；运算放大器Ulb和电 阻R6、电阻R7、可变电阻VRl以及场效应管IRF521组成速度调节电路；运算放大器Ula和 运算放大器Uld组成一函数信号发生器，在运算放大器Uld的输出端振荡产生三角形波。R775直流电机、电容C3以及二极管Dl为负载模块；二极管Dl两端设置的电阻R8 和发光二极管LEDl为显示模块。运算放大器Ulc通过电阻Rl和电阻R2使运算放大器Ulc得到6V电压，然后运算 放大器Ulc作不可控电源使用，分别连接到运算放大器Ula的反相输入端和运算放大器Uld 的同向输入端。运算放大器Ulb作比较器，在运算放大器Ulb的输入端6提供一个参考电压，通过 调节可变电阻VRl，参考电压可以变化。运算放大器Ulb的输入端5输入的是三角波电压， 当运算放大器Ulb的输入端5输入的实际电压大于参考电压时，输出正电平，当运算放大器 Ulb的的输入端5输入的实际电压小于参考电压时，输出负电平。场效应管IRF521作为电 子开关串联在直流电机负载回路中，当运算放大器Ulb输出正电平时，场效应管IRF521接
4通直流电机转动，当运算放大器Ulb输出负电平时，直流电机回路断开。电阻R8和发光二 极管LEDl用于显示电路的工作状况。基于三角波调速原理是通过改变电机电枢电压接通时间与通电周期的比值(即 占空比)来控制电机的转速。参照图3，运算放大器Ulb作比较器，其输入端6接参考电压，输入端5接三角波 电压。三角波电压大于参考电压时输出高电平，小于参考电压时输出低电平，从而可得到一 系列脉冲信号。在脉冲作用下，按一个固定的频率来接通和断开电源，就能够实时控制直流 电机的运转速度。当直流电机通电时速度增加；直流电机断电时速度减小。设直流电机直 接接电源时(即占空比为100% )，电机转速为Vm，设占空比为D = t/T，则电机的平均速度 为Ve = Vm*D (1)式中Ve——平均速度；Vm——全速(即直接通电时的速度)；D = t/ T——占空比(0 100% )。由式(1)可见，Vm是直流电机直接通电时的速度(全速)，只跟直流电机本身的特 性相关，直流电机一定时，Vm为一个定值。改变占空比D = t/T，就能得到不同的平均速度， 从而就能够对电机的转速进行实时控制。通过可调电阻改变参考电压即可以改变占空比从 而调节电机的转速。运算放大器Ulc的同相输入端10和12V电源的正极相连，反相输入端9和输出端 8和运算放大器Ula的反相输入端2以及运算放大器Uld的同相输入端12相连接，运算放 大器Ula的同相输入端和运算放大器Ulb的同相输入端相连，运算放大器Ula的输出端和 运算放大器Uld的反相输入端相连，运算放大器Uld的输出端14和运算放大器Ulb的同相 输入端5相连，运算放大器Ulb的反相输入端6和一可变电阻VRl相连，运算放大器Ulb的 输出端7和场效应管IRF521的栅极G相连，负载电动机的正极和12V电源的正极连接，电 动机的负极和场效应管IRF521的漏极D连接，场效应管IRF521的源极S接地。整个装置均用12V的直流电源供电，通过电阻Rl和电阻R2的分压，使运算放大器 Ulc同相输入端10的电压为6V，运算放大器Ulc的输出端8电压也是6V，输出端8分别和运 算放大器Ula的反相输入端2以及运算放大器Uld的同相输入端12连接，运算放大器Ula 和运算放大器Uld组成函数信号发生器产生矩形波和三角形波，Ulb作模拟比较器，得到的 三角形波输入到运算放大器Ulb (此时运算放大器Ulb作为比较器)的同相输入端5，运算 放大器Ulb的反相输入端6连接可变电阻VRl，调节可变电阻VRl，在运算放大器Ulb反相 输入端6可得到大小不同的参考电压，不同的参考电压可改变直流电机电枢电压的接通时 间与通电周期的比值(即占空比)来调节电机的转速。
权利要求一种基于三角波的电机调速装置，包括12V电源、LM324四功放运算放大模块，该LM324四功放运算算放大模块内含有第一运算放大器(U1a)、第二运算放大器(U1b)、第三运算放大器(U1c)和第四运算放大器(U1d)，其特征在于，所述的第三运算放大器(U1c)、第一运算放大器(U1a)和第四运算放大器(U1d)组成三角波产生电路，在第四运算放大器(U1d)的输出端振荡产生三角形波；第一运算放大器(U1a)和第四运算放大器(U1d)组成函数信号发生器，第二运算放大器(U1b)作比较器，第三运算放大器(U1b)和电阻R6、电阻R7、可变电阻VR1以及场效应管组成电机速度调节电路；直流电机、电容(C3)以及二极管(D1)构成负载；二极管(D1)两端设置的电阻(R8)和发光二极管(LED1)组成显示模块。
2.如权利要求1所述的基于三角波的电机调速装置，其特征在于，所述的第三运算放 大器(Ulc)通过电阻Rl和电阻R2使第三运算放大器(Ulc)得到6V电压，然后第三运算放 大器(Ulc)作不可控电源使用，分别连接到第一运算放大器(Ula)的反相输入端和第四运 算放大器(Uld)的同向输入端。
3.如权利要求1所述的基于三角波的电机调速装置，其特征在于，所述的直流电机的 型号为R775直流电动机。
4.如权利要求1所述的基于三角波的电机调速装置，其特征在于，所述的场效应管的 型号为IRF521。
专利摘要本实用新型公开了一种基于三角波的电机调速装置，包括12V电源、LM324四功放运算放大模块，该LM324四功放运算算放大模块内含有第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器和第四运算放大器，其中第三运算放大器、第一运算放大器和第四运算放大器组成三角波产生电路，在第四运算放大器的输出端振荡产生三角形波；第一运算放大器和第四运算放大器组成函数信号发生器，第二运算放大器作比较器，第三运算放大器和电阻R6、电阻R7、可变电阻VR1以及场效应管组成电机速度调节电路；直流电机、电容C3以及二极管构成负载；二极管两端设置的电阻R8和发光二极管组成显示模块。其结构简单，价格低廉，需要的器件少，效率高，功耗低。
文档编号H02P7/29GK201674452SQ20102018729
公开日2010年12月15日 申请日期2010年5月13日 优先权日2010年5月13日
发明者刘伟, 吴初娜, 韩毅 申请人:长安大学