[发明专利]单相交流电机无级调速控制电路

说明书

本发明涉及一种单相交流电机无级调速控制电路，其特征在于：包括四个整流二极管、三个场效应管、电流检测电阻以及交流负、正半周同步信号和调制脉冲调速信号；第一、第二整流二极管的负极、第三、第四整流二极管的正极分别与交流电源的两输出端电连接，第一、第二整流二极管的正极均接地，第三、第四整流二极管的负极分别与两个场效应管的漏极电连接，第一、第二场效应管的源极均连接第三场效应管的漏极，第三场效应管的源极连接电流检测电阻后接地；单相交流电机的两端连接在两个场效应管的漏极之间，交流负、正半周同步信号分别与第一、第二场效应管的栅极电连接，调制脉冲调速信号与第三场效应管的栅极连接。本发明线路架构简单、成本低。

技术领域

本发明涉及一种交流电机调速控制电路，特别是涉及一种单相交流电机无级调速控制电路。

背景技术

目前市面上单相交流电机是由一主线圈L1、一副线圈L2与一启动电容C构成线路基本架构，俗称交流感应电机或是鼠笼电机。单相交流电机经常应用在电风扇、水冷扇、空清净化机等小家电产品上，作为一般小家电产品最常用的动力驱动电机，其具有寿命长、扭力大、成本低的优点。对单相交流电机的无级调速控制一直是工程师努力的目标。

目前，市面上对单相交流电机的调速方法及其对应优缺点主要体现如下：

第一种，通过线圈抽头法进行三段调速，主要电路原理参考附图1所示。其利用增加交流电机内的线圈匝数，取出接头连接机械开关，用增加线圈匝数所增加的阻抗进行有限度的三段变速。这种调速方式的优点在于不需要电子控制板，成本低。其缺点主要有：①只能做有限度的三段或是四段变速，无法做到无级调速；②因是使用增加线圈阻抗方式进行调速，线圈损耗大，易产生电机发热及效率差之缺点。

第二种，相位控制法的无级调速，主要电路原理及单相交流电机的波形图参考附图 2所示。利用对交流电源零位信号的检测，由单片机送出带有零位检测的驱动信号，然后利用双向可控硅对电源相位进行切割控制，以达到对单相交流电机的无级调速。这种调速方式的优点在于可做到无级调速，且电子控制板成本较低。其缺点主要有：①交流电机在低转速运转时易产生电磁切割声音，噪音大；②因是改变输入电源的相位以获取平均电流的改变，进而改变电机速度，致使产品很难通过EMC/EMI安规认证。

第三种，周波数控制法的无级调速，主要电路原理参考附图3所示。利用对交流电源零位信号的检测，再经单片机送出带有零位检测的驱动信号，在一定时间内通过正负半周的数量，对双向可控硅进行开关控制以达到对交流电机的无级调速。这种调速方式的优点在于可做到无级调速，且电子控制板成本较低。其缺点主要有：①交流电机在周波数开与关动作下运转，电机易产生振动噪音；②因是在固定时间内通过正负半周的数量改变电机的运转速度方式，易造成电机扇叶不平衡。

第四种，H桥的无级调速方法，主要电路原理参考附图4所示。此方法是传统的先将交流电源经DB1整流桥进行全波整流后，再经高压电容C1将交流电整成直流电或是脉动直流电对电机供电，再利用零位检测检出交流电源零位信号送入单片机，由单片机送出带有零位检测的驱动错位信号PWM1与PWM2，对称的对由四个场效应管Q1-Q4所组成的H桥进行错位的快速开关，进而由调制脉冲PWM1与PWM2的宽度控制实现对交流电机的无级调速。这种调速方式的优点在于可做到高精度的无级调速。其缺点主要有：①将交流电转成纯直流或是脉动直流电后，再经由单片机控制输出与H桥所形成的上下臂驱动再次转成类旋波或是方波输出，易造成转换损失，电能利用效率差；②由于需要用到高压电容C1、四个场效应管Q1-Q4、两个高压自举电路以及四个MOS管驱电路，线路架构复杂，成本极高；③线路架构中需要用到高压电容C1，而高压电容C1的体积较大，线路整体架构的体积也随之较大；④将交流电转成纯直流或是脉动直流电后再次转成类旋波或是旋波输出，此处调制脉冲PWM1与PWM2需要错位对称输出，软件控制程序复杂，易造成电机换相死区将MOS管烧毁；⑤因是直流或是脉动直流供电，其输出波型为六步方波或是类旋波，电机噪音大。

发明内容