CN101707471A

CN101707471A - 单相交流电动机无级调速电路

Info

Publication number: CN101707471A
Application number: CN200910172563A
Authority: CN
Inventors: 孙宏斌
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-11-16
Filing date: 2009-11-16
Publication date: 2010-05-12
Also published as: CN102045022A; CN102045022B

Abstract

本发明公开了一种单相交流电动机无级调速电路，包括产生超音频信号的脉冲信号产生电路、单相交流电开关电路与电动机感性电流泄放电路，脉冲信号产生电路的脉冲信号输出端与单相交流电开关电路的驱动信号输入端连接，单相交流电开关电路的一个输入端用于与所要控制的单相交流电动机连接，电动机感性电流泄放电路用于连接在电动机的两端。本发明单相交流电动机调速电路可以通过调整脉冲信号产生电路输出的脉冲信号的占空比，从而通过调整通过电动机的电流来控制电动机的转速，可以实现无级调速；电动机运行当中不会产生震动和噪音，电动机运行平稳并且无干扰。本发明采用较少的普通电子元件，因而成本较低，不仅体积小，而且容易实现，适用家用电器的使用。

Description

单相交流电动机无级调速电路

技术领域

本发明涉及单相交流电动机调速电路，尤其涉及一种单相交流电动机的无级调速电路。

背景技术

目前，在单相交流电动机应用中，经常需要对电动机的转速进行控制，因此出现了多种单相交流电动机调速电路。目前常见的单相交流电动机调速电路大致有以下几种：有档位的串联电感调速、串联电容调速、串联电阻调速、电机抽头调速，转速连续可调的变频调速、可控硅调速等。

单相交流电动机的串联电感调速应用在早期的家用吊扇，其缺点是需要体积较大的电感，会导致功率因数的降低，并且不易实现无级调速。串联电容调速也有一定的应用，如专利号为02276206.X的文件中就涉及了一种串联电容调速的方法，其问题在于需要多个耐高压的大容量无极性电容，体积较大，且无法实现无级调速。串联电阻调速会导致电阻高温发热，功率损失大，因而应用较少。电机抽头调速在家用电扇中得到广泛应用，其问题在于很难实现低转速和无级调速。变频调速的电路复杂，成本较高。可控硅调速有两种形式：专利号为94242180.9的文件中所述的调速方法存在噪音大、电机运行不平稳的问题；专利号94240762.8的文件中所述的调速方法存在噪音大、易产生干扰的问题，因而不适于家用电器。

发明内容

本发明的目的是提供一种能使电动机平稳运行、无噪音、易控制、低成本、体积小的单相交流电动机无级调速电路。

本发明采用下述技术方案：一种单相交流电动机无级调速电路，其特征在于：包括产生超音频信号的脉冲信号产生电路、单相交流电开关电路与电动机感性电流泄放电路，脉冲信号产生电路的脉冲信号输出端与单相交流电开关电路的驱动信号输入端连接，单相交流电开关电路的一个输入端用于与所要控制的单相交流电动机连接，电动机感性电流泄放电路用于连接在电动机的两端。

所述的单相交流电开关电路包括二极管桥式整流电路和直流电子开关，直流电子开关的两端分别与二极管桥式整流电路的正极输出端和负极输出端连接；直流电子开关的驱动端与脉冲信号产生电路的脉冲信号输出端连接。

所述的直流电子开关为场效应管，直流电子开关的漏级与源级分别与二极管桥式整流电路的正极输出端和负极输出端连接；直流电子开关的源级还串联有一电阻，此电阻的另一端和直流电子开关的漏级端之间连接有一电容。

所述的直流电子开关还可以为NPN型晶体管，直流电子开关的发射极与集电极分别与二极管桥式整流电路的正极输出端和负极输出端连接；所述直流电子开关的发射极还串联有一电阻，此电阻的另一端和直流电子开关的集电极之间连接有一电容。

所述的电动机感性电流泄放电路包括第一单向电子开关电路和第二单向电子开关电路，第一单向电子开关电路和第二单向电子开关电路中的偏置电路用来与电动机串联，主体电路用来与电动机并联。

所述主体电路包括NPN型晶体管与二极管，二极管的负极连接三极管的集电极后用于并联在电动机的两端，其中第一单向电子开关电路的主体电路中晶体管的发射极用于连接电动机第一端，第二单向电子开关电路的主体电路中晶体管的发射极用于连接电动机第二端；所述偏置电路包括齐纳二极管、电容和限流电阻，限流电阻一端连接主体电路中的晶体管的基极，另一端连接并联的电容和齐纳二极管，其中第一单向电子开关电路的偏置电路中齐纳二极管的正极用于与电动机第一端连接，第二单向电子开关电路的偏置电路中齐纳二极管的正极用于与电动机第二端连接。

电动机感性电流泄放电路还可以实现为：第一单向电子开关电路包括第一主体电路、第二单向电子开关电路包括第二主体电路，第一单向电子开关电路与第二单向电子开关电路均包括公用偏置电路；所述第一主体电路包括第一晶体管与第一二极管，第一二极管的负极连接第一晶体管的集电极后用于并联在电动机的两端，其中第一晶体管的发射极用于连接电动机第一端；所述第二主体电路包括第二晶体管与第二二极管，第二二极管的正极连接第二晶体管的集电极后并联在电动机的两端，其中第二晶体管的发射极用于连接电动机第一端；所述偏置电路包括电容、第一电阻和第二电阻，电容第一端串接在电动机第一端，第一电阻和第二电阻的一端分别与第一晶体管的基极和第二晶体管的基极连接，另一端与电容的第二端连接。

本发明单相交流电动机无级调速电路可以通过调整脉冲信号产生电路输出的脉冲信号的占空比，从而通过调整通过电动机的电流来控制电动机的转速，可以实现无级调速；并且调速范围大，可以方便地实现遥控调速，手动调速，程控调速。通过电动机感性电流泄放电路对电动机的感性电流进行泄放，避免了电动机的感性电流产生高压损坏电路其他部分，耐用性好，可靠性高；由于采用超音频的开关频率，所以电动机运行当中不会产生震动和噪音，电动机运行平稳并且无干扰。本发明采用较少的普通电子元件，因而成本较低，不仅体积小，而且容易实现，适用于家用电器的使用。

附图说明

图1为本发明的电路框图；

图2为本发明中单相交流电开关电路的原理图；

图3为本发明实施例一的电路原理图；

图4为本发明实施例二的电路原理图。

具体实施方式

实施例一：如图1所示，本发明单相交流电动机无级调速电路包括用来产生超音频脉冲信号的脉冲信号产生电路、单相交流电开关电路和电动机感性电流泄放电路，脉冲信号产生电路的脉冲信号输出端与单相交流电开关电路的驱动信号输入端连接，单相交流电开关电路的一个输入端(A端)与所要控制的单相交流电动机连接，电动机感性电流泄放电路连接在电动机的两端.本实施例中所述的脉冲信号产生电路由单片机及其附属电路构成，为现有技术.脉冲信号产生电路产生超音频的脉冲信号，其输出的脉冲信号的占空比可根据需要调整.通过调整输出脉冲信号的占空比控制单相交流电开关电路的导通时间和关断时间的比例.单相交流电开关电路和所要控制的单相交流电动机串联，用来调节驱动电动机的电流，达到控制电动机的转速的目的.在单相交流电开关电路导通期间，电动机感性电流泄放电路不导通，在单相交流电开关电路关断期间，电动机感性电流泄放电路导通，为电动机的感性电流提供泄放通路.

如图2所示，单相交流电开关电路包括由二极管D3、D4、D5、D6组成的二极管桥式整流电路和直流电子开关Q3(NPN晶体管)，晶体管Q3的发射极和集电极分别与二极管桥式整流电路的正极端和负极端连接；晶体管Q3的基极与脉冲信号产生电路的脉冲信号输出端连接。A、B两端为单相交流电开关电路的接入点。当晶体管Q3的基极所接的脉冲信号为高电平时，晶体管Q3导通，此时电流可以由A端流入，经二极管D4、晶体管Q3、二极管D5从B端流出，也可以由B端流入，经二极管D6、晶体管Q3、二极管D3从A端流出，从而形成交流通路。当晶体管Q3的基极所接的脉冲信号为低电平时，晶体管Q3关断，则上述交流通路被关断。为了减小单相交流电开关电路导通和关断时产生的高次谐波，晶体管Q3的发射极还串联有电阻R3，电阻R3的另一端连接电容C3，电容C3的另一端连接晶体管Q3的集电极。当单相交流电开关电路关断时，由于电容C3充电，外部电流不会立刻截止；当单相交流电开关电路导通时，由于电容C3通过晶体管Q3、电阻R3放电，外部电流不会立刻达到最大，从而达到消减高次谐波的目的。

如图3所示，电动机感性电流泄放电路包括对称连接在电动机M两端的第一单向电子开关电路和第二单向电子开关电路，第一单向电子开关电路包括由晶体管Q1(NPN型)和二极管D1构成的主体电路与齐纳二极管Z1、电容C1和限流电阻R1构成的偏置电路；第二单向电子开关电路包括由晶体管Q2(NPN型)和二极管D2构成的主体电路与由齐纳二极管Z2、电容C2和限流电阻R2构成的偏置电路。二极管D1的负极连接晶体管Q1的集电极后并联在电动机M的两端，其中晶体管Q1的发射极连接电动机M的第一端，限流电阻R1一端连接晶体管Q1的基极，另一端连接并联的电容C1和齐纳二极管Z1，其中齐纳二极管Z1的正极与电动机M第一端连接。二极管D2的负极连接晶体管Q2的集电极后并联在电动机M的两端，其中晶体管Q2的发射极连接电动机M的第二端，限流电阻R2一端连接晶体管Q2的基极，另一端连接并联的电容C2和齐纳二极管Z2，其中齐纳二极管Z2的正极与电动机M第二端连接。

如图3所示，在单相交流电的正半周，即A端为正电压，B端为负电压期间，当脉冲信号产生电路产生的脉冲信号为高电平时，单相交流电开关电路导通，此时电流经齐纳二极管Z1、电动机M、齐纳二极管Z2流过，驱动电动机M运行；同时，齐纳二极管Z1反向导通，其两端产生电压，电容C1充电，其两端产生的电压产生的电流经电阻R1、晶体管Q1基极、发射极流过，晶体管Q1导通，二极管D1阻断电源电流绕过电动机经电阻R1、晶体管Q1集电极流过；同时齐纳二极管Z2正向导通，其两端产生电压，电容C2充电，晶体管Q2基极被反向偏置，晶体管Q2截止，电源电流不能绕过电动机M经二极管D2、晶体管Q2流过.当脉冲信号为低电平时，单相交流电开关电路关断，此时因电容C1放电，晶体管Q1继续导通，因电容C2放电，晶体管Q2继续截止；此时电动机的感性电流通过二极管D1、晶体管Q1形成泄放回路.同样地，在单相交流电的负半周，即A端为负电压，B端为正电压时，电动机的感性电流通过二极管D2、晶体管Q2形成泄放回路.

实施例二：如图4所示，与实施例一不同的是电动机感性电流泄放电路包括第一单向电子开关电路与第二单向电子开关电路，第一单向电子开关电路包括第一主体电路、第二单向电子开关电路包括第二主体电路，第一单向电子开关电路与第二单向电子开关电路均包括公用偏置电路；第一主体电路包括第一晶体管Q1(NPN型)与第一二极管D1，第一二极管D1的负极连接第一晶体管Q1的集电极后并联在电动机M的两端，其中第一晶体管Q1的发射极连接电动机M第一端；第二主体电路包括第二晶体管Q2(PNP型)与第二二极管D2，第二二极管D2的正极连接第二晶体管Q2的集电极后并联在电动机M的两端，其中第二晶体管Q2的发射极连接电动机M第一端。公用偏置电路包括电容C1、第一电阻R1和第二电阻R2，电容C1第一端串接在电动机M第一端，第一电阻R1和第二电阻R2的一端分别与第一晶体管Q1的基极和第二晶体管Q2的基极连接，另一端与电容C1的第二端连接。

如图4所示，在单相交流电的正半周，即A端为正电压，B端为负电压期间，当脉冲信号产生电路产生的脉冲信号为高电平时，单相交流电开关电路导通，电流流过电阻R1、晶体管Q1基极、发射极、电动机M，驱动电动机运行，此时流过电阻R1、晶体管Q1基极、发射极的电流产生电压降，电容C1充电。电容C1充电后对晶体管Q1形成正向偏置，保持晶体管Q1的持续导通，二极管D1阻止正向电流绕过电动机M，同时偏置电路对晶体管Q2形成反向偏置，保持晶体管Q2的持续截止。当脉冲信号产生电路产生的脉冲信号为低电平时，单相交流电开关电路关断，此时电动机M的感性电流经二极管D1、晶体管Q1集电极、发射极流过，形成感性电流的泄放回路。在单相交流电的负半周期间，即A端为负电压，B端为正电压时，单相交流开关电路导通时，电流经过电动机M、晶体管Q2发射极、基极、电阻R2驱动电动机运行，此时流过晶体管Q2发射极、基极、电阻R2的电流产生电压降，电容C1充电。电容C1充电后对晶体管Q2形成正向偏置，保持晶体管Q2的持续导通，对晶体管Q1形成反向偏置，保持晶体管Q1的持续截止。当单相交流电开关电路关断时，电动机的感性电流经晶体管Q2发射极、集电极、二极管D2流过，形成感性电流的泄放回路。

采用上述电路，也可方便地通过调整脉冲信号的占空比控制电动机转速。相比图3所示电路，此电路更简单，但需要配对的NPN晶体管和PNP晶体管。

除上述实施方式之外，实施例一与实施例二中所述的单相交流电开关电路中的晶体管Q3也可以由其它直流电子开关器件替代，例如可以为NMOS管。如图3所示，实施例一中所述的电动机感性电流泄放电路中晶体管Q1与晶体管Q2也可以是NMOS管；晶体管Q1与晶体管Q2可以是PNP型晶体管或PMOS管。当晶体管Q1与晶体管Q2是PNP型晶体管或PMOS管时，电动机感性电流泄放电路中的二极管D1、D2需要进行反接，即二极管D1的正极、二极管D2的正极分别与晶体管Q1的集电极、晶体管Q2的集电极连接；齐纳二极管Z1、Z2也需要进行反接，即齐纳二极管Z1的负极与电动机M的第一端连接，齐纳二极管Z2的负极与电动机M的第二端连接。实施例一与实施例二中所述的脉冲信号产生电路也可以是用555集成电路为核心构成，也可以是一专用集成电路，也可以是其它常见的脉冲信号产生电路。

Claims

1.一种单相交流电动机无级调速电路，其特征在于：包括产生超音频信号的脉冲信号产生电路、单相交流电开关电路与电动机感性电流泄放电路，脉冲信号产生电路的脉冲信号输出端与单相交流电开关电路的驱动信号输入端连接，单相交流电开关电路的一个输入端用于与所要控制的单相交流电动机连接，电动机感性电流泄放电路用于连接在电动机的两端。

2.根据权利要求1所述的单相交流电动机无级调速电路，其特征在于：所述的单相交流电开关电路包括二极管桥式整流电路和直流电子开关，直流电子开关的两端分别与二极管桥式整流电路的正极输出端和负极输出端连接；直流电子开关的驱动端与脉冲信号产生电路的脉冲信号输出端连接。

3.根据权利要求2所述的单相交流电动机无级调速电路，其特征在于：所述的直流电子开关为场效应管，直流电子开关的漏极与源极分别与二极管桥式整流电路的正极输出端和负极输出端连接；直流电子开关的源极还串联有一电阻，此电阻的另一端和直流电子开关的漏极端之间连接有一电容。

4.根据权利要求2所述的单相交流电动机无级调速电路，其特征在于：所述的直流电子开关为NPN型晶体管，直流电子开关的发射极与集电极分别与二极管桥式整流电路的正极输出端和负极输出端连接；所述直流电子开关的发射极还串联有一电阻，此电阻的另一端和直流电子开关的集电极之间连接有一电容。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的单相交流电动机无级调速电路，其特征在于：所述的电动机感性电流泄放电路包括第一单向电子开关电路和第二单向电子开关电路，第一单向电子开关电路和第二单向电子开关电路中的偏置电路用来与电动机串联，主体电路用来与电动机并联。

6.根据权利要求5所述的单相交流电动机无级调速电路，其特征在于：所述主体电路包括晶体管与二极管，二极管的负极连接晶体管的集电极后用于并联在电动机的两端，其中第一单向电子开关电路的主体电路中晶体管的发射极用于连接电动机第一端，第二单向电子开关电路的主体电路中晶体管的发射极用于连接电动机第二端；所述偏置电路包括齐纳二极管、电容和限流电阻，限流电阻一端连接主体电路中的晶体管的基极，另一端连接并联的电容和齐纳二极管，其中第一单向电子开关电路的偏置电路中齐纳二极管的正极用于与电动机第一端连接，第二单向电子开关电路的偏置电路中齐纳二极管的正极用于与电动机第二端连接。

7.根据权利要求5所述的单相交流电动机无级调速电路，其特征在于：所述第一单向电子开关电路包括第一主体电路、第二单向电子开关电路包括第二主体电路，第一单向电子开关电路与第二单向电子开关电路均包括公用偏置电路；所述第一主体电路包括第一晶体管与第一二极管，第一二极管的负极连接第一晶体管的集电极后用于并联在电动机的两端，其中第一晶体管的发射极用于连接电动机第一端；所述第二主体电路包括第二晶体管与第二二极管，第二二极管的正极连接第二晶体管的集电极后并联在电动机的两端，其中第二晶体管的发射极用于连接电动机第一端；所述偏置电路包括电容、第一电阻和第二电阻，电容第一端串接在电动机第一端，第一电阻和第二电阻的一端分别与第一晶体管的基极和第二晶体管的基极连接，另一端与电容的第二端连接。