直流电机调速电路

作者：云南 董晓畅

附图所示电路为永磁式直流电机调速电路。锯齿波电压经IC1（LM358双运放集成电路的l/2单元）进行比较，输出方波信号，推动VT3对开关管VT4进行控制。调节电位器RP可以改变给定电压，从而调节输出方波的占空比（宽度），以改变开关管的开关时间，达到调节电机速度的目的。

直流电机无级调速电路

品直流电机无级调速电路板很贵，我在维修一台包装机时得到一块直流电机调速板，经测绘并制作成功，现奉献给大家。

这块电路板电路简单，成本不高，制作容易，电路作简单分析：220V交流电经变压器T降压，P2整流，V5稳压得到9V直流电压，为四运放集成芯片LM324提供工作电源。P1整流输出是提供直流电机励磁电源。P4整流由可控硅控制得到0－200V的直流，接电机电枢，实现电机无级调速。R1，C2是阻容元件，保护V1可控硅。R3是串在电枢电路中作电流取样，当电机过载时，R3上电压增大，经D1整流，C3稳压，W1调节后进入LM324的12脚，与13脚比较从14脚输出到1脚，触发V7可控硅，D4 LED红色发光管亮，6脚电压拉高使V1可控硅不能触发，保护电机。电机过载电流大小由W1调节。市电过零检测，移相控制是由R5、R6降压，P3整流，经4N35隔离得到一个脉动直流进入14脚，从8脚到5脚输出是脉冲波，调节W2电位器即调节6脚的电压大小，可以改变脉冲的宽度，脉冲的中心与交流电过零时刻重合，使得双向可控硅很好地过零导通，D4是过载指示，D3是工作指示，W2是电机速度无级调节电位器。电路制作好后只要元件合格，不用调整就可使用。我从100W－1000W电机都试过，运行可靠，调节方便，性能优良。

可控硅触发为电机调速

一般书刊介绍的大功率可控硅触发电路都比较复杂，而且有些元件难以购买。笔者仅花几元钱制作的触发电路已成功触发100A以上的可控硅模块，用于工业淬火炉上调节380V电压，又装一套用于大功率鼓风机作无级调速用，效果非常好。本电路也可用作调节220V交流供电的用电器。

电路见图。将两只单向可控硅SCRl、SCR2反向并联．再将控制板与本触发电路连接，就组成了一个简单实用的大功率无级调速电路。这个电路的独特之处在于可控硅控制极不需外加电源，只要将负载与本电路串联后接通电源，两个控制极与各自的阴极之间便有5V~8V脉动直流电压产生，调节电位器R2即可改变两只可控硅的导通角，增大R2的阻值到一定程度,便可使两个主可控硅阻断，因此R2还可起开关的作用。该电路的另一个特点是两只主可控硅交替导通，一个的正向压降就是另一个的反向压降，因此不存在反向击穿问题。但当外加电压瞬时超过阻断电压时，SCR1、SCR2会误导通，导通程度由电位器R2决定。SCR3与周围元件构成普通移相触发电路，其原理这里从略。

SCR1、SCR2笔者选用的是封装好的可控硅模块(110A／1000V)，SCR3选用BTl36，即600V的双向可控硅。本电路如用于感性负载，应增加R4，C3阻容吸收电路及压敏电阻RV作过压保护，防止负载断开和接通瞬间产生很高的感应电压损坏可控硅。

LM324四运放组成的PWM直流电机调速

PWM可以用于灯光亮度调节及直流电机的速度控制。在这里讨论的电路可以为通用设备提供几安培的驱动能力。改变一些跳线可以方便的用于12或24V的场合。这个装置可以控制汽车尾灯的亮度，及电脑电源用的直流风扇。

(原文件名:pwm1.gif)

Parts 零件清单

U1: LM324N quad op-amp

U2: 78L12 12 volt regulator

Q1: IRF521 N channel MOSFET

D1: 1N4004 silicon diode

LED1 Red LED

C1: 0.01uF ceramic disc capacitor, 25V

C2-C5: 0.1uF ceramic disk capacitor, 50V

R1-R4: 100K 1/4W resistor

R5: 47K 1/4W resistor

R6-R7: 3.3K 1/4W resistor

R8: 2.7K 1/4W resistor

R9: 470 ohm 1/4W resistor

VR1: 10K linear potentiometer

F1: 3 Amp, 28V DC fast blow fuse

S1: toggle switch, 5 Amps

中文注释的电路图：

(原文件名:pwm.JPG)

(原文件名:SNAG-0045.jpg)

脉宽调制的全称为：Pulse Width Modulator，简称PWM。由于它的特殊性能，常被用作直流回路中灯具调光或直流电动机调速。这里将要介绍的就是利用脉宽调制(PWM)原理制作的马达控制器(见图1)。有关电路已经在汽车仪表照明、车灯照明调光和计算机电源散热风扇方面得到应用。该装置可用于12v或24v直流电路中，两者间只需稍做变动。它主要是通过改变输出方波的占空比，使得负载上的平均接通时间从0-100％变化，以达到调整负载亮度/速度的目的。

技术指标：PWM频率400Hz；PWM功率消耗1.5mA(12V电源、无负载和LED)；输出容量3A(采用IRF521 FET)；工作电压12V或24V。

一、PWM简介

利用脉宽调制(PWM)方式实现调光/调速的好处是电源的能量能得到充分利用，电路的效率高。例如：当输出为50％的方波时，脉宽调制(PWM)电路消耗的电源能量也为50％，即几乎所有的能量都转换为负载功率输出。而采用常见的电阻降压调速时，要使负载获得电源最大输出功率50％的功率，电源必须提供71％以上的输出功率，这其中21％消耗在电阻的压降及热耗上。有时电路的转换效率是非常重要的。

此外，采用脉宽调制(PWM)方式可以使负载在工作时得到满电源电压，这样有利于克服电机内在的线圈电阻而使电机产生更大的力矩。

当然，采用脉宽调制(PWM)方式实现调光/调速也有一些不利方面，如电路构成会稍许复杂，而且有可能会产生一些射频干扰(RFI)，要避免这个问题，在设计时可以考虑负载与控制器尽可能放在一起，以免它们之间的连线过长，必要时还可以考虑在电源处增加滤波器等方法。

二、工作原理

它主要由U1（LM324）和Q1组成。

图1中，由U1a、U1d组成振荡器电路，提供频率约为400Hz的方波/三角形波。U1c产生6V的参考电压作为振荡器电路的虚拟地。这是为了振荡器电路能在单电源情况下也能工作而不需要用正负双电源。U1b这里接成比较器的形式，它的反相输入端(6脚)接入电阻R6、R7和VR1，用来提供比较器的参考电压。这个电压与U1d的输出端(14脚)的三角形波电压进行比较。当该波形电压高于U1b的6脚电压．U1b的7脚输出为高电平；反之，当该波形电压低于U1b的6脚电压，U1b的7脚输出为低电平。由此我们可知，改变U1b的6脚电位使其与输入三角形波电压进行比较。就可增加或减小输出方波的宽度，实现脉宽调制(PWM)。电阻R6、R7用于控制VR1的结束点，保证在调节VR1时可以实现输出为全开(全速或全亮)或全关(停转或全灭)，其实际的阻值可能会根据实际电路不同有所改变。

图1中，Q1为N沟道场效应管，这里用作功率开关管(电流放大)，来驱动负载部分。前面电路提供的不同宽度的方波信号通过栅极(G)来控制Q1的通断。LED1的亮度变化可以用来指示电路输出的脉冲宽度。C3可以改善电路输出波形和减轻电路的射频干扰(RFI)。D1是用来防止电机的反电动势损坏Q1。

当使用24v的电源电压时，图1电路通过U2将24V转换成12V供控制电路使用。而Q1可以直接在21v电源上，对于Q1来讲这与接在12v电源上没有什么区别。参考图1，改变J1、J2的接法可使电路工作在不同电源电压(12V或24V)下。当通过Q1的电流不超过1A时，Q1可不用散热器。但如果Q1工作时电流超过1A时，需加装散热器。如果需要更大的电流（大于3A），可采用IRFZ34N等替换Q1。

TL494直流马达PWM调速电路

TL494直流马达PWM调速电路，电路很简单，接线不错不用调试就可以正常工作

NE555风扇周波调速电路

夏天要来了，电风扇又得派上用场。这里介绍一个电风扇模拟阵风周波调速电路，可以为将我们家里的老式风扇增加一个实用功能，也算是一个迎接夏天到来的准备吧。下面介绍其工作原理。

电路见图1a。电路中NE555接成占空比可调的方波发生器，调节RW可改变占空比。在NE555的3脚输出高电平期间，过零通断型光电耦合器MOC3061初级得到约10mA正向工作电流，使内部硅化镓红外线发射二极管发射红外光，将过零检测器中光敏双向开关于市电过零时导通，接通电风扇电机电源，风扇运转送风。在NE555的3脚输出低电平期间，双向开关关断，风扇停转。

MOC3061本身具有一定驱动能力，可不加功率驱动元件而直接利用MOC3061的内部双向开关来控制电风扇电机的运转。RW为占空比调节电位器，亦即电风扇单位时间内（本电路数据约为20秒）送风时间的调节，改变C2的取值或RW的取值可改变控制周期。

图1b电路为MOC3061的典型功率扩展电路，在控制功率较大的电机时，应考虑使用功率扩展电路。制作时，可参考图示参数选择器件。由于电源采用电容压降方式，请自制时注意安全，人体不能直接触摸电路板。

可控硅电机调速电路

本文介绍一种简易电机调速电路，不用机械齿轮转化来变速，改善了机械设备使用的效率。

此简易电子调速电路适用于220V市电的单相电动机，电机额定电流在6.5A以内，功率在1kW左右，适用于家庭电风扇、吊扇电机及其它单相电机，若电路加以修改，则可作调光、电磁振动调压、电风扇温度自动变速器等用途。其电路如图1所示。

硅二极管VD1~VD4构成一个桥式全波整流电路，电桥与电机串联在电路中，电桥对可控硅VS提供全波整流电压。当VS接通时，电桥呈现本电机串联的低阻电路。当图1中A点为负半周时，电流经电机、VD1、VS、R1、VD3构成回路，当B 点为正半周时电流经VD2、VS、R1、VD4、电机M构成回路，电机端得到的是交变电流。电机两端的电压大小主要决定于可控硅VS的导通程度，只要改变可控硅的导通角，就可以改变VS的压降，电机两端的电压也变化，达到调压调速的目的，电机端电压Um=U1-UVD1-Uvs-UR1-UVD3，上式中，UVD1、UVD3的压降均很小，而反馈UR1也不大，故电机端电压就简化为Um=U1-Uvs。

可控硅VS的触发脉冲靠一只简单的单结晶体管VS电路产生，电容器C2通过电阻R4、R5充电到稳压管DW的稳定电压UZ，当C2充电到单结晶体管的峰点电压时，单结晶体管就触发，输出脉冲而使可控硅导通。在单结晶体管发射极电压充分衰减后，单结晶体管就断开，VS一经接通，那么a、b两点之间的电压就下降到稳压管DW的稳定电压UZ以下，电容器C2再充电就依赖于点a到b点间的电压，因稳压管的电压已经降低到它的导通区域以外，点a到b点的电压取决于电动机的电流、R1和VS导通时的电压降。这样，当VS 导通时，电容器C2的充电电流取决于电动机的电流，在这种情况下便得到了反馈，这就使得电动机在低速时转矩所受损失的问题得到补救。

反馈电阻R1的数值经过实验得出，因此，VS在导通周期的时间内，电容C2便不能充电到足以再对单结晶体管触发的高压，然而，电容C2会充电到电动机电流所决定的某一数值。如果在某一导通周期电动机的电流增加，则C2上的电压也增加，故在下一周期开始时，C2就不需那么长的时间才能充电到单晶体的峰点电压。这种情况下，触发角就被减少了（导通角更大），加到电机上的方根电压就成比例增加，致使有效转矩增加。二极管VD5和电容器C1防止在导通期中由于触发单结晶体所造成的反馈，反馈电阻R1的取值具体如附表所示。

R2为限流电阻，它应保证稳定DW1 在稳压范围，稳定电流在10~20mA 左右，它并保证了脉冲移相角，当R2增大，移相角减小，电机两端的电压调节范围减少。

R4应保证电机两端电压的上限值，当R4增大时，输出到电机的电压上限下降。

R3是作单结晶体管温度补偿之用，当R3增大时，温度特性就要好一些，本电路也适用于可逆电机调速之用，负载端电压调节范围从35~215V连续可调。若负载为电机或电磁振动线圈，它不要求对转矩进行补偿，则电路可以进一步简化，电路如图2所示，其工作原理同图1，输出电压主调节范围是35~215V，R1的作用是保证VS输出脉冲的幅度，R1增大，则输出脉冲也增加，若作调光，则可将负载改作灯泡即可。

若负载电压最大值不需要很高，则可将桥式整流电路改为半波整流，其输出至负载的电压调节范围为30～100V，其工作原理同前。电原理图如图3所示。风扇调速电路如图4所示，电路采用了热敏电阻，当环境温度上升或下降时，其电阻值发生变化，导致VT2的不断变化，使可控硅导通角前后移动，改变电扇两端的电压，风扇电机的转速即随之变化。当环境温度上升时，电风扇转速高，反之则低。

选用元件时，二极管VD1~VD4耐压要高于400V，额定电流大于0.4A；可控硅VS耐压大于500V，额定电流为1A；单结晶体管BT35分压比η大于0.5；三极管3CG14的β大于80。

电路装好后，把风扇接在电路中，调整RP使风扇正好停转，然后用一把电烙铁靠近热敏电阻，热敏电阻变高时，风扇转速变快。电烙铁离开热敏电阻，温度降低，转速应变慢，工作时RP应调到适当位置。

过零调功（可用于风扇调速电热毯调温等）

本文介绍的这种过零调功电路虽然简单，却能可靠的工作。它适合于各类电热器具的调功，串激式电机的调功等。可供电气工作人员参考。

该装置的电路工作原理如图1所示，它是由电源电路、交流电过零检测电路、十进制计数器/脉冲分配器及双向可控硅等组成。220V市电经电源变压器T降压后，由二极管VD1、VD2构成的全波整流电路整流，由C滤波后供给整机电路工作。经二极管VD3、VD4全波整流后，得到的脉动直流电压经R1后加到运算放大器IC1的反相输入端。当脉动电压过零（也就是交流电压过零）时，IC1便出现过零脉冲。

IC2用于对过零脉冲进行计数和脉冲分配，从而产生可控硅触发信号。S是功率调节开关，通过S改变IC2计数方式来调节交流负载的功率。例如，当S位于“3”档时，IC2进行四进制计数，每输入4个过零脉冲仅产生2个触发脉冲去触发双向可控硅导通，因而该档为半功率档。图中给出了4档，由于IC2具有10个输出端，将这些输出端适当的组合，就可以获得不同的功率档。VT接成一个大电流开关，可对不同通流量的可控硅VS进行大电流触发，从而使之可靠地工作。

其中IC1采用通用运算放大器集成电路（如LM324N、T1082等）。IC2采用CD4O17。VT采用3DK4或其它中功率开关三极管均可，β≥100。VS应根据负载的电流来选择，其耐压不低于600V，感性负载其耐压值还可提高。T采用2～3W的电源变压器，次级电压力9V。S为调功选择开关，可选用瓷质波段开关。其它元器件无特殊要求，可按图示数值选用。

TL494直流电机调速电路

下图为使用TL494搭建的PWM直流电机调速电路.电路看起来复杂些,使用两只场效应管并联驱动输出,可驱动功率较大的电机.

CD40106直流马达转速控制器

对于一个5V脉冲列来说，占空比0％的脉冲，其平均直流电压为0；25％占空比脉冲列的平均直流电压为1.25V；50％占空比的为2.5v。如果占空比为75％．则平均直流电压为3.75v…．以此类推。任何脉冲列的最大占空比可以是100％，这相当于直流波形。所以通过改变脉冲列的脉冲宽度，就可以改变直流马达的平均直流电压和转速。

附图是用于磁带录音机和玩具中的小型直流马达转速控制的电路图。图中反相器N1连接成多谐振荡器，其频率或周期固定，但占空比可变。用可变电阻VR1改变脉冲宽度。反相器N2就单纯作为缓冲器，驱动器在正半周时驱动晶体管T1。因此直流驱动脉冲的平均幅度或马达M的转速就与VR1中心触片的设定位置成正比关系。电容C2可以使电路工作稳定。

通过改变VR1，占空比可以从0％变到100％，马达转速也就可从“停止”状态平稳、连续地变到“全速”状态。二极管D1和D2可使定时电容C1在充电和放电期间有不同的定时电阻值。

脉冲列的脉冲周期或休止周期可从下式近似算出：脉冲周期或休止周期(秒)=0.4×C1(法拉)×VR1(Ω)。固定的频率由下式给出：频率=2.466／(VR1×C1)=250Hz．式中VR1=100kΩ，C1=0.1uF。

如果采用不同的VR1和C1.则建议VR1应大于50kΩ，但小于2MΩ；C1应大于100pF，但小于1uF。