專利名稱：單相交流電動機無級調速電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及單相交流電動機調速電路，尤其涉及一種單相交流電動機的無級調速
電路。
背景技術：
目前，在單相交流電動機應用中，經常需要對電動機的轉速進行控制，因此出現了 多種單相交流電動機調速電路。目前常見的單相交流電動機調速電路大致有以下幾種有 檔位的串聯電感調速、串聯電容調速、串聯電阻調速、電機抽頭調速，轉速連續(xù)可調的變頻 調速、可控硅調速等。 單相交流電動機的串聯電感調速應用在早期的家用吊扇，其缺點是需要體積較大 的電感，會導致功率因數的降低，并且不易實現無級調速。串聯電容調速也有一定的應用， 如專利號為02276206. X的文件中就涉及了一種串聯電容調速的方法，其問題在于需要多 個耐高壓的大容量無極性電容，體積較大，且無法實現無級調速。串聯電阻調速會導致電阻 高溫發(fā)熱，功率損失大，因而應用較少。電機抽頭調速在家用電扇中得到廣泛應用，其問題 在于很難實現低轉速和無級調速。變頻調速的電路復雜，成本較高?？煽毓枵{速有兩種形 式專利號為94242180. 9的文件中所述的調速方法存在噪音大、電機運行不平穩(wěn)的問題； 專利號94240762. 8的文件中所述的調速方法存在噪音大、易產生干擾的問題，因而不適于 家用電器。

發(fā)明內容本發(fā)明的目的是提供一種能使電動機平穩(wěn)運行、無噪音、易控制、低成本、體積小 的單相交流電動機無級調速電路。 本發(fā)明采用下述技術方案一種單相交流電動機無級調速電路，其特征在于包 括產生超音頻信號的脈沖信號產生電路、單相交流電開關電路與電動機感性電流泄放電 路，脈沖信號產生電路的脈沖信號輸出端與單相交流電開關電路的驅動信號輸入端連接， 單相交流電開關電路的一個輸入端用于與所要控制的單相交流電動機連接，電動機感性電 流泄放電路用于連接在電動機的兩端。 所述的單相交流電開關電路包括二極管橋式整流電路和直流電子開關，直流電子 開關的兩端分別與二極管橋式整流電路的正極輸出端和負極輸出端連接；直流電子開關的 驅動端與脈沖信號產生電路的脈沖信號輸出端連接。 所述的直流電子開關為場效應管，直流電子開關的漏級與源級分別與二極管橋式 整流電路的正極輸出端和負極輸出端連接；直流電子開關的源級還串聯有一電阻，此電阻 的另一端和直流電子開關的漏級端之間連接有一電容。 所述的直流電子開關還可以為NPN型晶體管，直流電子開關的發(fā)射極與集電極分 別與二極管橋式整流電路的正極輸出端和負極輸出端連接；所述直流電子開關的發(fā)射極還 串聯有一電阻，此電阻的另一端和直流電子開關的集電極之間連接有一電容。[0009] 所述的電動機感性電流泄放電路包括第一單向電子開關電路和第二單向電子開 關電路，第一單向電子開關電路和第二單向電子開關電路中的偏置電路用來與電動機串 聯，主體電路用來與電動機并聯。 所述主體電路包括NPN型晶體管與二極管，二極管的負極連接三極管的集電極后 用于并聯在電動機的兩端，其中第一單向電子開關電路的主體電路中晶體管的發(fā)射極用于 連接電動機第一端，第二單向電子開關電路的主體電路中晶體管的發(fā)射極用于連接電動機 第二端；所述偏置電路包括齊納二極管、電容和限流電阻，限流電阻一端連接主體電路中的 晶體管的基極，另一端連接并聯的電容和齊納二極管，其中第一單向電子開關電路的偏置 電路中齊納二極管的正極用于與電動機第一端連接，第二單向電子開關電路的偏置電路中 齊納二極管的正極用于與電動機第二端連接。 電動機感性電流泄放電路還可以實現為第一單向電子開關電路包括第一主體電 路、第二單向電子開關電路包括第二主體電路，第一單向電子開關電路與第二單向電子開 關電路均包括公用偏置電路；所述第一主體電路包括第一晶體管與第一二極管，第一二極 管的負極連接第一晶體管的集電極后用于并聯在電動機的兩端，其中第一晶體管的發(fā)射極 用于連接電動機第一端；所述第二主體電路包括第二晶體管與第二二極管，第二二極管的 正極連接第二晶體管的集電極后并聯在電動機的兩端，其中第二晶體管的發(fā)射極用于連接 電動機第一端；所述偏置電路包括電容、第一電阻和第二電阻，電容第一端串接在電動機第 一端，第一電阻和第二電阻的一端分別與第一晶體管的基極和第二晶體管的基極連接，另 一端與電容的第二端連接。 本發(fā)明單相交流電動機無級調速電路可以通過調整脈沖信號產生電路輸出的脈 沖信號的占空比，從而通過調整通過電動機的電流來控制電動機的轉速，可以實現無級調 速；并且調速范圍大，可以方便地實現遙控調速，手動調速，程控調速。通過電動機感性電流 泄放電路對電動機的感性電流進行泄放，避免了電動機的感性電流產生高壓損壞電路其他 部分，耐用性好，可靠性高；由于采用超音頻的開關頻率，所以電動機運行當中不會產生震 動和噪音，電動機運行平穩(wěn)并且無干擾。本發(fā)明采用較少的普通電子元件，因而成本較低， 不僅體積小，而且容易實現，適用于家用電器的使用。

圖1為本發(fā)明的電路框圖； 圖2為本發(fā)明中單相交流電開關電路的原理圖； 圖3為本發(fā)明實施例一的電路原理圖； 圖4為本發(fā)明實施例二的電路原理圖。
具體實施方式實施例一 如圖1所示，本發(fā)明單相交流電動機無級調速電路包括用來產生超音 頻脈沖信號的脈沖信號產生電路、單相交流電開關電路和電動機感性電流泄放電路，脈沖 信號產生電路的脈沖信號輸出端與單相交流電開關電路的驅動信號輸入端連接，單相交流 電開關電路的一個輸入端(A端)與所要控制的單相交流電動機連接，電動機感性電流泄放 電路連接在電動機的兩端。本實施例中所述的脈沖信號產生電路由單片機及其附屬電路構成，為現有技術。脈沖信號產生電路產生超音頻的脈沖信號，其輸出的脈沖信號的占空比可 根據需要調整。通過調整輸出脈沖信號的占空比控制單相交流電開關電路的導通時間和關 斷時間的比例。單相交流電開關電路和所要控制的單相交流電動機串聯，用來調節(jié)驅動電 動機的電流，達到控制電動機的轉速的目的。在單相交流電開關電路導通期間，電動機感性 電流泄放電路不導通，在單相交流電開關電路關斷期間，電動機感性電流泄放電路導通，為 電動機的感性電流提供泄放通路。 如圖2所示，單相交流電開關電路包括由二極管D3、D4、D5、D6組成的二極管橋式 整流電路和直流電子開關Q3(NPN晶體管)，晶體管Q3的發(fā)射極和集電極分別與二極管橋 式整流電路的正極端和負極端連接；晶體管Q3的基極與脈沖信號產生電路的脈沖信號輸 出端連接。A、B兩端為單相交流電開關電路的接入點。當晶體管Q3的基極所接的脈沖信 號為高電平時，晶體管Q3導通，此時電流可以由A端流入，經二極管D4、晶體管Q3、二極管 D5從B端流出，也可以由B端流入，經二極管D6、晶體管Q3、二極管D3從A端流出，從而形 成交流通路。當晶體管Q3的基極所接的脈沖信號為低電平時，晶體管Q3關斷，則上述交流 通路被關斷。為了減小單相交流電開關電路導通和關斷時產生的高次諧波，晶體管Q3的發(fā) 射極還串聯有電阻R3，電阻R3的另一端連接電容C3，電容C3的另一端連接晶體管Q3的集 電極。當單相交流電開關電路關斷時，由于電容C3充電，外部電流不會立刻截止；當單相交 流電開關電路導通時，由于電容C3通過晶體管Q3、電阻R3放電，外部電流不會立刻達到最 大，從而達到消減高次諧波的目的。 如圖3所示，電動機感性電流泄放電路包括對稱連接在電動機M兩端的第一單向 電子開關電路和第二單向電子開關電路，第一單向電子開關電路包括由晶體管Q1(NPN型) 和二極管D1構成的主體電路與齊納二極管Z1、電容C1和限流電阻R1構成的偏置電路；第 二單向電子開關電路包括由晶體管Q2 (NPN型)和二極管D2構成的主體電路與由齊納二極 管Z2、電容C2和限流電阻R2構成的偏置電路。二極管D1的負極連接晶體管Q1的集電極 后并聯在電動機M的兩端，其中晶體管Ql的發(fā)射極連接電動機M的第一端，限流電阻Rl — 端連接晶體管Ql的基極，另一端連接并聯的電容Cl和齊納二極管Zl，其中齊納二極管Zl 的正極與電動機M第一端連接。二極管D2的負極連接晶體管Q2的集電極后并聯在電動機 M的兩端，其中晶體管Q2的發(fā)射極連接電動機M的第二端，限流電阻R2 —端連接晶體管Q2 的基極，另一端連接并聯的電容C2和齊納二極管Z2，其中齊納二極管Z2的正極與電動機M 第二端連接。 如圖3所示，在單相交流電的正半周，即A端為正電壓，B端為負電壓期間，當脈沖 信號產生電路產生的脈沖信號為高電平時，單相交流電開關電路導通，此時電流經齊納二 極管Zl、電動機M、齊納二極管Z2流過，驅動電動機M運行；同時，齊納二極管Zl反向導通， 其兩端產生電壓，電容C1充電，其兩端產生的電壓產生的電流經電阻R1、晶體管Q1基極、發(fā) 射極流過，晶體管Ql導通，二極管Dl阻斷電源電流繞過電動機經電阻Rl、晶體管Ql集電極 流過；同時齊納二極管Z2正向導通，其兩端產生電壓，電容C2充電，晶體管Q2基極被反向 偏置，晶體管Q2截止，電源電流不能繞過電動機M經二極管D2、晶體管Q2流過。當脈沖信 號為低電平時，單相交流電開關電路關斷，此時因電容Cl放電，晶體管Ql繼續(xù)導通，因電容 C2放電，晶體管Q2繼續(xù)截止；此時電動機的感性電流通過二極管Dl、晶體管Ql形成泄放回 路。同樣地，在單相交流電的負半周，即A端為負電壓，B端為正電壓時，電動機的感性電流通過二極管D2、晶體管Q2形成泄放回路。 實施例二 如圖4所示，與實施例一不同的是電動機感性電流泄放電路包括第一 單向電子開關電路與第二單向電子開關電路，第一單向電子開關電路包括第一主體電路、 第二單向電子開關電路包括第二主體電路，第一單向電子開關電路與第二單向電子開關電 路均包括公用偏置電路；第一主體電路包括第一晶體管Ql (NPN型)與第一二極管Dl，第 一二極管D1的負極連接第一晶體管Q1的集電極后并聯在電動機M的兩端，其中第一晶體 管Q1的發(fā)射極連接電動機M第一端；第二主體電路包括第二晶體管Q2(PNP型)與第二二 極管D2，第二二極管D2的正極連接第二晶體管Q2的集電極后并聯在電動機M的兩端，其中 第二晶體管Q2的發(fā)射極連接電動機M第一端。公用偏置電路包括電容C1、第一電阻R1和 第二電阻R2，電容Cl第一端串接在電動機M第一端，第一電阻Rl和第二電阻R2的一端分 別與第一晶體管Q1的基極和第二晶體管Q2的基極連接，另一端與電容C1的第二端連接。 如圖4所示，在單相交流電的正半周，即A端為正電壓，B端為負電壓期間，當脈沖 信號產生電路產生的脈沖信號為高電平時，單相交流電開關電路導通，電流流過電阻R1、晶 體管Ql基極、發(fā)射極、電動機M，驅動電動機運行，此時流過電阻Rl、晶體管Ql基極、發(fā)射極 的電流產生電壓降，電容C1充電。電容C1充電后對晶體管Q1形成正向偏置，保持晶體管 Ql的持續(xù)導通，二極管D1阻止正向電流繞過電動機M，同時偏置電路對晶體管Q2形成反向 偏置，保持晶體管Q2的持續(xù)截止。當脈沖信號產生電路產生的脈沖信號為低電平時，單相 交流電開關電路關斷，此時電動機M的感性電流經二極管Dl、晶體管Ql集電極、發(fā)射極流 過，形成感性電流的泄放回路。在單相交流電的負半周期間，即A端為負電壓，B端為正電 壓時，單相交流開關電路導通時，電流經過電動機M、晶體管Q2發(fā)射極、基極、電阻R2驅動電 動機運行，此時流過晶體管Q2發(fā)射極、基極、電阻R2的電流產生電壓降，電容C1充電。電 容C1充電后對晶體管Q2形成正向偏置，保持晶體管Q2的持續(xù)導通，對晶體管Q1形成反向 偏置，保持晶體管Q1的持續(xù)截止。當單相交流電開關電路關斷時，電動機的感性電流經晶 體管Q2發(fā)射極、集電極、二極管D2流過，形成感性電流的泄放回路。 采用上述電路，也可方便地通過調整脈沖信號的占空比控制電動機轉速。相比圖 3所示電路，此電路更簡單，但需要配對的NPN晶體管和PNP晶體管。 除上述實施方式之外，實施例一與實施例二中所述的單相交流電開關電路中的晶 體管Q3也可以由其它直流電子開關器件替代，例如可以為NM0S管。如圖3所示，實施例一 中所述的電動機感性電流泄放電路中晶體管Ql與晶體管Q2也可以是NM0S管；晶體管Ql 與晶體管Q2可以是PNP型晶體管或PM0S管。當晶體管Ql與晶體管Q2是PNP型晶體管 或PM0S管時，電動機感性電流泄放電路中的二極管D1、D2需要進行反接，即二極管D1的正 極、二極管D2的正極分別與晶體管Q1的集電極、晶體管Q2的集電極連接；齊納二極管Z1、 Z2也需要進行反接，即齊納二極管Zl的負極與電動機M的第一端連接，齊納二極管Z2的負 極與電動機M的第二端連接。實施例一與實施例二中所述的脈沖信號產生電路也可以是用 555集成電路為核心構成，也可以是一專用集成電路，也可以是其它常見的脈沖信號產生電 路。
權利要求一種單相交流電動機無級調速電路，其特征在于包括產生超音頻信號的脈沖信號產生電路、單相交流電開關電路與電動機感性電流泄放電路，脈沖信號產生電路的脈沖信號輸出端與單相交流電開關電路的驅動信號輸入端連接，單相交流電開關電路的一個輸入端用于與所要控制的單相交流電動機連接，電動機感性電流泄放電路用于連接在電動機的兩端。
2. 根據權利要求1所述的單相交流電動機無級調速電路，其特征在于所述的單相交 流電開關電路包括二極管橋式整流電路和直流電子開關，直流電子開關的兩端分別與二極 管橋式整流電路的正極輸出端和負極輸出端連接；直流電子開關的驅動端與脈沖信號產生 電路的脈沖信號輸出端連接。
3. 根據權利要求2所述的單相交流電動機無級調速電路，其特征在于所述的直流電子開關為場效應管，直流電子開關的漏極與源極分別與二極管橋式整流電路的正極輸出端 和負極輸出端連接；直流電子開關的源極還串聯有一電阻，此電阻的另一端和直流電子開 關的漏極端之間連接有一電容。
4. 根據權利要求2所述的單相交流電動機無級調速電路，其特征在于所述的直流電 子開關為NPN型晶體管，直流電子開關的發(fā)射極與集電極分別與二極管橋式整流電路的正 極輸出端和負極輸出端連接；所述直流電子開關的發(fā)射極還串聯有一電阻，此電阻的另一 端和直流電子開關的集電極之間連接有一電容。
5. 根據權利要求1或2或3或4所述的單相交流電動機無級調速電路，其特征在于 所述的電動機感性電流泄放電路包括第一單向電子開關電路和第二單向電子開關電路，第 一單向電子開關電路和第二單向電子開關電路中的偏置電路用來與電動機串聯，主體電路 用來與電動機并聯。
6. 根據權利要求5所述的單相交流電動機無級調速電路，其特征在于所述主體電路 包括晶體管與二極管，二極管的負極連接晶體管的集電極后用于并聯在電動機的兩端，其 中第一單向電子開關電路的主體電路中晶體管的發(fā)射極用于連接電動機第一端，第二單向 電子開關電路的主體電路中晶體管的發(fā)射極用于連接電動機第二端；所述偏置電路包括齊 納二極管、電容和限流電阻，限流電阻一端連接主體電路中的晶體管的基極，另一端連接并 聯的電容和齊納二極管，其中第一單向電子開關電路的偏置電路中齊納二極管的正極用于 與電動機第一端連接，第二單向電子開關電路的偏置電路中齊納二極管的正極用于與電動 機第二端連接。
7. 根據權利要求5所述的單相交流電動機無級調速電路，其特征在于所述第一單向 電子開關電路包括第一主體電路、第二單向電子開關電路包括第二主體電路，第一單向電 子開關電路與第二單向電子開關電路均包括公用偏置電路；所述第一主體電路包括第一晶 體管與第一二極管，第一二極管的負極連接第一晶體管的集電極后用于并聯在電動機的兩端，其中第一晶體管的發(fā)射極用于連接電動機第一端；所述第二主體電路包括第二晶體管 與第二二極管，第二二極管的正極連接第二晶體管的集電極后并聯在電動機的兩端，其中 第二晶體管的發(fā)射極用于連接電動機第一端；所述偏置電路包括電容、第一電阻和第二電 阻，電容第一端串接在電動機第一端，第一電阻和第二電阻的一端分別與第一晶體管的基 極和第二晶體管的基極連接，另一端與電容的第二端連接。
專利摘要本實用新型公開了一種單相交流電動機無級調速電路，包括產生超音頻信號的脈沖信號產生電路、單相交流電開關電路與電動機感性電流泄放電路，脈沖信號產生電路的脈沖信號輸出端與單相交流電開關電路的驅動信號輸入端連接，單相交流電開關電路的一個輸入端用于與所要控制的單相交流電動機連接，電動機感性電流泄放電路用于連接在電動機的兩端。本實用新型單相交流電動機調速電路可以通過調整脈沖信號產生電路輸出的脈沖信號的占空比，從而通過調整通過電動機的電流來控制電動機的轉速，可以實現無級調速；電動機運行當中不會產生震動和噪音，電動機運行平穩(wěn)并且無干擾。本實用新型采用較少的普通電子元件，因而成本較低，不僅體積小，而且容易實現，適用家用電器的使用。
文檔編號H02P25/16GK201528311SQ200920258118
公開日2010年7月14日 申請日期2009年11月16日 優(yōu)先權日2009年11月16日
發(fā)明者孫宏斌 申請人:孫宏斌