直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于直流電機(jī)控制領(lǐng)域，尤其是一種直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著對(duì)直流電機(jī)的研究的不斷深入和直流電機(jī)制造技術(shù)的日益成熟，操作簡(jiǎn)單，控制便捷，性能良好的直流電機(jī)被越來(lái)越多的應(yīng)用到各行各業(yè)中，同交流電機(jī)相比直流電機(jī)具有調(diào)速平滑，快捷，調(diào)速范圍廣的特點(diǎn)，由此對(duì)直流電機(jī)的調(diào)速及正反轉(zhuǎn)電路的研究越來(lái)越多的受到人們的關(guān)注。
[0003]現(xiàn)有的直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速電路，功能單一而且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，現(xiàn)有大多數(shù)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的電路只能使直流電機(jī)單方向調(diào)速或只能使直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)不能調(diào)速，現(xiàn)有能實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速的電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用可控開關(guān)器件較多，效率低，難控制，成本較高。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、可靠性高的直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速電路。
[0005]本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0006]第二電容的一端與第一電感和第二電感相連，所述第一電感的另一端連接直流電源的正極，所述第二電感的一端與第一電容的一端相互相連，并且連接到第一開關(guān)管的輸入端，第一電容的另一端與直流電源的負(fù)極相連;所述第二電容的另一端與第三電感相互相連，并連接到所述第一開關(guān)管的輸出端，所述第三電感的另一端與電源的負(fù)極相連;第二開關(guān)管的輸入端連接在所述第一電感和所述第二電感之間，第三電容的一端和直流電機(jī)的一端相互，并與所述第二開關(guān)管的輸出端相連，所述第三電容的另一端與所述直流電機(jī)的另一端相互相連，并與直流電源的負(fù)極相連;直流電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與速度傳感器相連，速度傳感器的輸出與STM32的正交編碼器相連;位移傳感器與STM32微控器的A/D轉(zhuǎn)換器相連;物體傳感器的輸出端與STM3 2微控器的GP1 口相連;STM3 2微控器的PTOl端口與驅(qū)動(dòng)電路的輸入端相連。
[0007]優(yōu)選的:所述第一電容，所述第二電容為電解電容。
[0008]優(yōu)選的:所述第三電容為無(wú)極性電解電容。
[0009]優(yōu)選的:所述第一開關(guān)管，所述第二開關(guān)管均為N溝道增強(qiáng)型MOS管。
[0010]優(yōu)選的:所述第一開關(guān)管，所述第二開關(guān)管均包含體二極管。
[0011]本實(shí)用新型提供了一種直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速電路，所述第一開關(guān)管，所述第二開關(guān)的控制信號(hào)是互補(bǔ)信號(hào)，即在所述第一開關(guān)管的控制信號(hào)是低電平時(shí)所述第二開關(guān)管的控制信號(hào)是高電平，通過改變開關(guān)管控制信號(hào)的占空比使加在直流電機(jī)上的電壓的大小及極性發(fā)生改變，從而改變直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速。
【附圖說明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型電機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為第一開關(guān)管Ql導(dǎo)通第二開關(guān)管Q2截止主電路等效圖。
[0014]圖3為第一開關(guān)管Ql截止第二開關(guān)管Q2導(dǎo)通主電路等效圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面將結(jié)合本使用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。
[0016]本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速電路，包括主電路和控制電路。
[0017]具體的，所述主電路包括。
[0018]—端與直流電源正極相連的第一電感LI;第一電感LI的另一端與第二電感L2的一端相互連接，并與第二電容C2的一端相連;第二電感L2的另一端與第一電容Cl相互連接連，并與第一開關(guān)管Ql的輸入端相連，第一電容Cl的另一端與直流電源的負(fù)極相連;第二電容C2的另一端與第三電感L3相互連接，并與第一開關(guān)管Ql的輸出端相互連接，第三電感L3的另一端與直流電源的負(fù)極相連;第二開關(guān)管Q2的輸入端連接在第一電感LI與第二電容C2之間，第二開關(guān)管Q2的輸出端與第三電容C3相互連接，并與電動(dòng)機(jī)M相連接;第三電容C3的另一端與直流電機(jī)M的另一端相互連接，并與直流電源的負(fù)極相連。
[0019]本新型直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速電路根據(jù)第一開關(guān)管Ql和第二開關(guān)管Q2的導(dǎo)通和截止可分為兩個(gè)工作狀態(tài)。
[0020]當(dāng)Ql的控制信號(hào)是高電平，Q2的控制信號(hào)是低電平時(shí)，開關(guān)管Ql導(dǎo)通，開關(guān)管Q2截止，此時(shí)的主電路等效如圖2所示，第二電感L2兩端電壓等于第二電容C2兩端的電壓，第一電容Cl兩端的電壓等于第三電感L3兩端電壓，直流電機(jī)M與第三電容C3形成回路。
[0021]當(dāng)Ql的控制信號(hào)是低電平，Q2的控制信號(hào)是高電平時(shí)，開關(guān)管Ql截止，開關(guān)管Q2導(dǎo)通，此時(shí)的主電路等效如圖3所示直流電源與第一電感LI和第二電感L2及第一電容Cl形成一條回路，直流電源與第一電感L21與第二電容C2及第三電感L3形成一條回路，直流電源和第一電感LI及第三電容C3形成回路，直流電機(jī)電壓等于第三電容C3電壓。
[0022]電路正常工作時(shí)第一電感LI和第二電感L2及第三電感L3兩端電壓在一個(gè)周期內(nèi)的積分為0，第一電容Cl和第二電容C2兩端的電壓等于直流電源的電壓；當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)管Ql導(dǎo)通時(shí)加在第一電感LI兩端的電壓為直流電源電壓減去第一電容Cl兩端電壓及第二電容C2兩端電壓的和，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)管截止時(shí)加在第一電感LI兩端的電壓為直流電源的電壓減去第三電容C3的電壓，第一電感LI在一個(gè)周期內(nèi)的加在其兩端的電壓的積分為O。
[0023]電容C3的電壓為I減去控制信號(hào)占空比的兩倍后與I減去I倍的控制信號(hào)的占空比比值乘以輸入電壓，控制信號(hào)的占空比為第一開關(guān)管Ql的控制信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)為高電平的時(shí)間比上周期時(shí)間。
[0024]通過調(diào)節(jié)占空比使輸出電壓的大小及極性發(fā)生變化，從而對(duì)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，開關(guān)管Ql的控制信號(hào)的占空比小于50%時(shí)，第三電容C3兩端電壓的極性與直流電源的的極性相同，直流電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)開關(guān)管Ql的控制信號(hào)的占空比大于50%時(shí)，第三電容C3兩端的電壓的極性與直流電源兩端的電壓的極性相反，直流電機(jī)反轉(zhuǎn)。
[0025]具體的，所述控制電路包括。
[0026]STM32微控機(jī)，本系統(tǒng)采用ARM內(nèi)核的STM32F103ZET6高性能微處理器，是32位單片機(jī)，采用最新的Cortex-M3內(nèi)核，指令周期短，速度快，具有優(yōu)先級(jí)搶占中斷控制器，IM采樣速率的AD模式，GP1刷新速率可設(shè)定等功能，內(nèi)置PffM時(shí)鐘和正交編碼器，適用于工業(yè)控制與一些對(duì)速度性能比較高的場(chǎng)合，STM32F103ZET6完全能一并承擔(dān)起眾多功能器件的驅(qū)動(dòng)與操控工作。STM32F103ZET6也具備低功耗的特點(diǎn)，如果一些功能不使用可以關(guān)閉其時(shí)鐘信號(hào)，而且芯片價(jià)格遠(yuǎn)低于MSP430芯片，綜合考慮采用STM32F103ZET6控制器。
[0027]速度傳感器，速度傳感器直流電機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連，速度傳感器的輸出與STM32的正交編碼器相連，通過正交編碼器可以精確的計(jì)算出直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，STM32微控器與用戶設(shè)置轉(zhuǎn)速參數(shù)比較，當(dāng)因負(fù)載輕重變化引起的直流電機(jī)的轉(zhuǎn)述發(fā)生變化時(shí)，STM32可以通過改變其發(fā)出控制信號(hào)PWM波的占空比使轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定值。
[0028]位移傳感器，直流電動(dòng)值拖動(dòng)負(fù)載時(shí)，有時(shí)需要知道負(fù)載的具體位置，并且常常負(fù)載在不同的位置需要的直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速不同，位移傳感器將位移轉(zhuǎn)換成模擬量輸入到STM32 的 A/D端口。
[0029]物體傳感器，直流電機(jī)在拖動(dòng)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)負(fù)載還未完成設(shè)定的位移時(shí)，前方有物體出現(xiàn)在直流電機(jī)拖動(dòng)路徑上，物體傳感器將檢測(cè)到的出現(xiàn)在直流電機(jī)拖動(dòng)路徑上的物體信號(hào)，傳送給STM32微控器，微控器做出相應(yīng)處理，避免發(fā)生碰撞。
[0030]驅(qū)動(dòng)電路，STM32本身的驅(qū)動(dòng)能力有限，驅(qū)動(dòng)電路將STM32產(chǎn)生的第一開關(guān)管Ql和第二開關(guān)管Q2控制信號(hào)的PWM波進(jìn)行放大等處理后作用在第一開關(guān)管Ql和第二開關(guān)管Q2的控制端。
[0031]按鍵，用戶可通過按鍵來(lái)輸入想要的調(diào)速參數(shù)。
[0032]本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0033]本實(shí)用新型主電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，第一開關(guān)管Ql與第二開關(guān)管Q2的控制信號(hào)是互補(bǔ)信號(hào)，通過改變占空比即可改變輸出電壓的大小及極性，進(jìn)而可對(duì)直流電機(jī)平穩(wěn)連續(xù)的進(jìn)行正反轉(zhuǎn)和速度的調(diào)節(jié)，與其它結(jié)構(gòu)的主電路相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，穩(wěn)定性高;本實(shí)用新型控制電路采用低功耗STM32微控器，產(chǎn)生互補(bǔ)的HVM信號(hào)并通過驅(qū)動(dòng)電路對(duì)第一開關(guān)管Ql和第二開關(guān)管Q2進(jìn)行控制，STM32有內(nèi)置A/D模塊，正交編碼模塊等，位移傳感器和物體傳感器及轉(zhuǎn)速傳感器的輸出方便與STM32直接相連，控制電路結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，降低較低。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速電路，其主電路特征在于，包括: 一端相互連接的第一電感和第二電感，并與第二電容的一端相連，所述第一電感的另一端連接直流電源的正極，所述第二電感的一端與第一電容的一端相互相連，并且連接到第一開關(guān)管的輸入端，第一電容的另一端連接到直流電源的負(fù)極； 所述第二電容的另一端與第三電感相互相連，并連接到所述第一開關(guān)管的輸出端，所述第三電感的另一端與電源的負(fù)極相連； 第二開關(guān)管的輸入端連接在所述第一電感和所述第二電感之間，第三電容與所述第二開關(guān)管的輸出端相連，所述第三電容的另一端與直流電源的負(fù)極相連，直流電機(jī)并聯(lián)在所述第三電容兩端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速電路的主電路，其特征在于，所述第一電容和所述第二電容為電解電容。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速電路的主電路，其特征在于，所述第三電容為無(wú)極性電解電容。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速電路的主電路，其特征在于，所述第一開關(guān)管和第三開關(guān)管均為N溝道增強(qiáng)型MOS管。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速電路的主電路，其特征在于，所述第一開關(guān)管和第三開關(guān)管均包含體二極管。6.—種直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速電路，其控制電路特征在于，包括: 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與速度傳感器相連，速度傳感器的輸出端與STM32的正交編碼器相連； 位移傳感器的輸出端與STM32微控器的A/D轉(zhuǎn)換器相連； 物體傳感器的輸出端與STM32微控器的GP1 口輸入端相連； STM32微控器的PffM端口與驅(qū)動(dòng)電路的輸入端相連。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速電路，包括主電路和控制電路；所述主電路包括：第一電感、第二電感、第三電感、第一電容、第二電容、第三電容、第一開關(guān)管、第二開關(guān)管，其中第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的控制信號(hào)是互補(bǔ)信號(hào)；所述控制電路包括：STM32微控器、位移傳感器、速度傳感器、物體傳感器、驅(qū)動(dòng)電路、輸入按鍵；本電路可對(duì)直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)和平滑調(diào)速；整個(gè)電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能多樣，體積小、重量輕、可靠性高。
【IPC分類】H02P7/29, H02P1/22
【公開號(hào)】CN205195602
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520976835
【發(fā)明人】李輝, 房緒鵬, 莊見偉, 趙志遠(yuǎn), 許玉林
【申請(qǐng)人】山東科技大學(xué)
【公開日】2016年4月27日
【申請(qǐng)日】2015年12月1日