[發明專利]單相交流電機無級調速控制電路

在審

• 申請號: 202010767444.3
• 申請日: 2020-08-03
• 公開（公告）號: CN111900910A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 鄧開軍
• 申請（專利權）人: 浙江奧科半導體有限公司
• 主分類號: H02P23/20
• 分類號: H02P23/20;H02P25/04
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 姚娟英;鄧青玲

本發明涉及一種單相交流電機無級調速控制電路，其特征在于：包括四個整流二極管、三個場效應管、電流檢測電阻以及交流負、正半周同步信號和調制脈沖調速信號；第一、第二整流二極管的負極、第三、第四整流二極管的正極分別與交流電源的兩輸出端電連接，第一、第二整流二極管的正極均接地，第三、第四整流二極管的負極分別與兩個場效應管的漏極電連接，第一、第二場效應管的源極均連接第三場效應管的漏極，第三場效應管的源極連接電流檢測電阻后接地；單相交流電機的兩端連接在兩個場效應管的漏極之間，交流負、正半周同步信號分別與第一、第二場效應管的柵極電連接，調制脈沖調速信號與第三場效應管的柵極連接。本發明線路架構簡單、成本低。

技術領域

本發明涉及一種交流電機調速控制電路，特別是涉及一種單相交流電機無級調速控制電路。

背景技術

目前市面上單相交流電機是由一主線圈L1、一副線圈L2與一啟動電容C構成線路基本架構，俗稱交流感應電機或是鼠籠電機。單相交流電機經常應用在電風扇、水冷扇、空清凈化機等小家電產品上，作為一般小家電產品最常用的動力驅動電機，其具有壽命長、扭力大、成本低的優點。對單相交流電機的無級調速控制一直是工程師努力的目標。

目前，市面上對單相交流電機的調速方法及其對應優缺點主要體現如下：

第一種，通過線圈抽頭法進行三段調速，主要電路原理參考附圖1所示。其利用增加交流電機內的線圈匝數，取出接頭連接機械開關，用增加線圈匝數所增加的阻抗進行有限度的三段變速。這種調速方式的優點在于不需要電子控制板，成本低。其缺點主要有：①只能做有限度的三段或是四段變速，無法做到無級調速；②因是使用增加線圈阻抗方式進行調速，線圈損耗大，易產生電機發熱及效率差之缺點。

第二種，相位控制法的無級調速，主要電路原理及單相交流電機的波形圖參考附圖 2所示。利用對交流電源零位信號的檢測，由單片機送出帶有零位檢測的驅動信號，然后利用雙向可控硅對電源相位進行切割控制，以達到對單相交流電機的無級調速。這種調速方式的優點在于可做到無級調速，且電子控制板成本較低。其缺點主要有：①交流電機在低轉速運轉時易產生電磁切割聲音，噪音大；②因是改變輸入電源的相位以獲取平均電流的改變，進而改變電機速度，致使產品很難通過EMC/EMI安規認證。

第三種，周波數控制法的無級調速，主要電路原理參考附圖3所示。利用對交流電源零位信號的檢測，再經單片機送出帶有零位檢測的驅動信號，在一定時間內通過正負半周的數量，對雙向可控硅進行開關控制以達到對交流電機的無級調速。這種調速方式的優點在于可做到無級調速，且電子控制板成本較低。其缺點主要有：①交流電機在周波數開與關動作下運轉，電機易產生振動噪音；②因是在固定時間內通過正負半周的數量改變電機的運轉速度方式，易造成電機扇葉不平衡。

第四種，H橋的無級調速方法，主要電路原理參考附圖4所示。此方法是傳統的先將交流電源經DB1整流橋進行全波整流后，再經高壓電容C1將交流電整成直流電或是脈動直流電對電機供電，再利用零位檢測檢出交流電源零位信號送入單片機，由單片機送出帶有零位檢測的驅動錯位信號PWM1與PWM2，對稱的對由四個場效應管Q1-Q4所組成的H橋進行錯位的快速開關，進而由調制脈沖PWM1與PWM2的寬度控制實現對交流電機的無級調速。這種調速方式的優點在于可做到高精度的無級調速。其缺點主要有：①將交流電轉成純直流或是脈動直流電后，再經由單片機控制輸出與H橋所形成的上下臂驅動再次轉成類旋波或是方波輸出，易造成轉換損失，電能利用效率差；②由于需要用到高壓電容C1、四個場效應管Q1-Q4、兩個高壓自舉電路以及四個MOS管驅電路，線路架構復雜，成本極高；③線路架構中需要用到高壓電容C1，而高壓電容C1的體積較大，線路整體架構的體積也隨之較大；④將交流電轉成純直流或是脈動直流電后再次轉成類旋波或是旋波輸出，此處調制脈沖PWM1與PWM2需要錯位對稱輸出，軟件控制程序復雜，易造成電機換相死區將MOS管燒毀；⑤因是直流或是脈動直流供電，其輸出波型為六步方波或是類旋波，電機噪音大。

發明內容