专利名称：一种直流电机调速控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及直流电机调速控制领域，尤其是一种负载有变化、平稳无极连续 调速的控制器。
背景技术：
直流电机作为一种机电能量转换装置，因其结构简单、易驱动、转矩较大、生产技 术成熟等特征，其应用范围已遍及人们生活的方方面面。无论是在工农业、军工业、服务业 都不乏直流电机的身影。直流电机的使用与人们的生活息息相关，密不可分。然而随着生 产技术的提高，以及人们对生活舒适的更高要求，对直流电机的精准控制要求也越来越高， 在越来越多的情况下要求对直流电机转速进行调节。而直流电机是感性负载，其电流冲击 大，转速随负载变化而变化，其转速的平稳、高效调节一直是应用中的技术难题。目前直流电机的速度调节主要采用以下几种方式1、采用三极管等功率放大元件，利用其比例放大特性，通过改变基极(或其它)驱 动电流(或电压)来调节电机电流，以实现转速调节。这种控制方式因功率放大元件要吸 收大量能量，效率低，发热量大，通常需要散热装置，结构复杂。另外，当电机负载发生变化 时电机转速变化大。2、采用PWM方式，即调节驱动电机的功放管控制信号的频率及其占空比来调节电 机转速。这种调节方式在效率方面相对上一种方式有较大改善，但当控制信号频率较高时 功放管的发热量不可忽视；而且这种调节方式还存在电机的转速不平稳、抖动大的缺点。同 样，当电机负载发生变化时电机转速变化大。上述控制方式均可概括为电流调速方式(PWM方式可看作是通过频率及其占空比 调节电机的平均电流)。
发明内容为了克服现有直流电机的上述缺陷，本实用新型提供了一种直流电机，采用新的 调速方式电压调速方式，具有转速变化平稳，结构简单等优点，解决现有直流电机转速调 节过程中的发热量大、受负载变化的变化大的问题。一种直流电机调速控制器，其特征在于，该控制器包括至少一个功放管；和至少一个储能元件；和至少一个电机电压闭环控制回路。进一步地，所述储能元件优选是电容。所述储能元件优选是电感。所述储能元件也可以是电容与电感的组合。所述电机电压闭环控制回路是由运算放大器电路或比较器电路组成。所述电机电压闭环控制回路是由模数转换电路组成。电压闭环控制回路是由带有模数转换电器的集成微电脑电路组成。本实用新型直流电机的有益效果1、电机一直处于稳定的工作电压下，其转速平稳性能提高。2、当电机的负载发生变化(在其额定负载范围内)时，其工作电流随之变化，转速 变化进一步趋于平稳。3、延长了功放管的完全导通时间和完全关断时间，减少了功放管的通断次数，控 制电路工作效率得到很大程度地提高，功放管的发热量大幅下降。
图1是实施例1直流电机电路图。其中，V+-供电电源正极；地供电电源负 极；Vref-转速调节控制电压；Um-电机MT工作电压。图2是实施例2直流电机电路图。其中，V+-供电电源正极；地ψ -供电电源负极； Vref-转速调节控制电压；Um-电机MT工作电压；COM-A-电机MT的A相控制信号；COM-B-电 机MT的B相控制信号；COM-C-电机MT的C相控制信号。图3是实施例3直流电机电路图。图4是实施例4直流电机电路图。图5A、5B、5C是实施例5直流电机电路图。
具体实施方式
实施例1图1所示为有刷直流电机调速控制器，其电路由功率放大电路(功放管Ql)、储能 电路(电感Li、L2，电容EC1、EC2，续流二极管Dl)、电机电压闭环控制回路(运算放大器 U1A，电阻R1、R2、R3)和电机MT组成。工作原理假设电机工作电压为VRef附近时的转速为所需转速。当VRef施加到电机电压闭 环控制回路中由运算放大器U1A、电阻Rl、电阻R2组成的滞回电压比较器负输入端时，电机 MT的工作电压^!低于滞回电压比较器的下阀值Utl，滞回电压比较器的输出为低电平Φ， 电机电压闭环控制回路通过电阻R3控制功放管Ql导通，供电电源V+向储能电路中的储 能元件电感L1、L2及电容E1、E2充电、补充能量，同时给电机MT供电，电机MT工作电压缓 慢上升；当电机MT工作电压上升到电机电压闭环控制回路中滞回电压比较器的上阀值Uth 时，滞回电压比较器的输出为高电平Vh，电机电压闭环控制回路通过电阻R3控制功放管Ql 关断，供电电源V+停止向储能电路补充能量，并停止给电机MT供电，此时储能电路中的电 容El、E2对电机MT供电，电感Ll和L2经二极管Dl也对电机MT供电，电机MT继续运转， 电机MT两端的电压缓慢下降；当电机MT工作电压下降到电机电压闭环控制回路中滞回电 压比较器的下阀值Utl时，滞回电压比较器的输出为低电平+，电机电压闭环控制回路通过 电阻R3控制功放管Ql导通，供电电源又对电机MT供电并对储能电路中电容E1、E2及电 感Li、L2补充能量。如此功放管Ql反复打开、关断，电机MT将工作在VRef附近的一范围 Utl Uth内。由滞回电压比较器的阀值计算方法可以计算出Utl = (Rl+R2)*Vr/R2，Uth =(R1+R2)* (Vh-Vr)/Rl。调节电阻Rl和R2的比值可以调节Utl和Uth，以使电机MT的转速处于所需转速范围内。因为储能电路中有储能元件电感Ll和L2、电容El和E2，电机MT工作电压变化变 缓，延长了功放管Ql的完全导通的时间和完全关断的时间，减少了功放管Ql的通断次数， 控制电路工作效率得到很大程度地提高，功放管Ql的发热量大幅下降。另外，电机MT—直 处于通电工作状态，工作电压稳定在Utl Uth内，其转速平稳。再有，当电机MT负载发生 变化(在其额定负载范围内)时，因为工作电压稳定，流过电机MT的电流可以跟随负载同 时变化，因此转速变化幅度大幅下降，其转速进一步趋于平稳。由上述工作原理可知调节VRef (转速调节控制电压)即可实现电机MT转速平 稳、高效调节。实施例2图2所示为无刷直流电机调速控制器，其电路由功率放大电路(总功放管Q1、相功 放管QA、QB、QC)、储能电路(电感Li、L2，电容EC1、EC2，续流二极管Dl)、电机电压闭环控 制回路(运算放大器肌々，电阻1 1、1 2、1 3)、和电机肌四部分组成。工作原理工作原理同实施例1有刷直流电机调速控制器。假设电机MT工作电压为VRef附 近时的转速为所需转速。当VRef施加到电机电压闭环控制回路中由运算放大器U1A、电阻 R1、电阻R2组成的滞回电压比较器负输入端时，电机MT的工作电压^!低于滞回电压比较 器的下阀值Utl，滞回电压比较器的输出为低电平+，电机电压闭环控制回路通过电阻R3 控制功放管Ql导通，供电电源V+向储能电路中的电感L1、L2及电容E1、E2充电，并给电机 MT供电，切换电机MT相的控制信号(COM-A、COM-B、C0M-C)，电机MT开始转动，电机MT工作 电压缓慢上升；当电机MT工作电压上升到电机电压闭环控制回路中滞回电压比较器的上 阀值Uth时，滞回电压比较器的输出为高电平Vh，电机电压闭环控制回路通过电阻R3控制 功放管Ql关断，供电电源停止给电机MT供电，储能电路中的电容E1、E2及电感Li、L2、二 极管Dl共同对电机MT供电，电机MT两端仍然有电压，切换电机MT相的控制信号(C0M-A、 COM-B, C0M-C)，电机MT继续运转，电机MT两端的电压缓慢下降；当电机MT工作电压下降 到电机电压闭环控制回路中滞回电压比较器的下阀值Utl时，滞回电压比较器的输出为低 电平+，电机电压闭环控制回路通过电阻R3控制功放管Ql导通，供电电源又对电机MT供 电并向储能电路中的电感L1、L2及电容E1、E2充电。如此功放管Ql反复打开、关断，电机 MT将工作在VRef附近的一范围Utl Uth内。由滞回电压比较器的阀值计算方法可以计 算出 Utl = (Rl+R2)*Vr/R2，Uth = (R1+R2)*(Vh-Vr)/Rl。调节电阻 Rl 和 R2 的比值可以 调节Utl和Uth，以使电机MT的转速处于所需转速范围内。因为有储能电路中的储能元件电感Ll和L2、电容El和E2，电机MT工作电压变化 变缓，延长了功放管Ql的完全导通的时间和完全关断的时间，减少了功放管Ql的通断次 数，控制效率得到很大程度地提高，功放管Ql的发热量大幅下降。另外，电机MT —直处于 有工作电压的状态下，工作电压稳定在Utl Uth内，其转速平稳。再有，当电机MT负载发 生变化(在其额定负载范围内)时，因为工作电压稳定，流过电机MT的电流可以跟随负载 同时变化，因此转速变化幅度大幅下降，其转速进一步趋于平稳。由上述工作原理可知调节VRef (转速调节控制电压)即可实现电机转速平稳、高 效调节。[0039]实施例3如图3所示的直流电机电路图，除了将功放管Ql由P型场效应管或PNP型三极管 更改成N型场效应管或NPN型三极管以外，其它与实施例1相同。工作原理同实施例1。实施例4如图4所示的直流电机电路图，除了将功放管Ql由P型场效应管或PNP型三极管 更改成N型场效应管或NPN型三极管以外，其它与实施例2相同。工作原理同实施例2。实施例5当电机的额定电流较小时，可将实施例1的电路图简化成如图5A、5B或5C所示的 直流电机电路图。工作原理同实施例1。
权利要求1.一种直流电机调速控制器，其特征在于，该控制器包括 至少一个功放管；和至少一个储能元件；和 至少一个电机电压闭环控制回路。
2.如权利要求1所述的直流电机调速控制器，其特征是所述储能元件是电容。
3.如权利要求1所述的直流电机调速控制器，其特征是所述储能元件是电感。
4.如权利要求1所述的直流电机调速控制器，其特征是所述储能元件是电容与电感的组合。
5.如权利要求1所述的直流电机调速控制器，其特征是所述电机电压闭环控制回路是 由运算放大器电路或比较器电路组成。
6.如权利要求1所述的直流电机调速控制器，其特征是所述电机电压闭环控制回路是 由模数转换电路组成。
7.如权利要求1所述的直流电机调速控制器，其特征是所述电机电压闭环控制回路是 由带有模数转换电器的集成微电脑电路组成。
专利摘要本实用新型公开了一种直流电机调速控制器，其特征在于，该控制器包括至少一个功放管；和至少一个储能元件；和至少一个电机电压闭环控制回路。本实用新型直流电机的有益效果电机一直处于稳定的工作电压下，其转速平稳性能提高；当电机的负载发生变化(在其额定负载范围内)时，其工作电流随之变化，转速变化进一步趋于平稳；延长了功放管的完全导通时间和完全关断时间，减少了功放管的通断次数，控制电路工作效率得到很大程度地提高，功放管的发热量大幅下降。
文档编号H02P7/28GK201893745SQ20102065397
公开日2011年7月6日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者李乔 申请人:李乔