TWI694672B - 通用電動機之速度控制系統 - Google Patents
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Abstract
一種通用電動機之速度控制系統，其係電性相接一通用電動機，並包含有一速度偵測單元以及一控制器，該控制器係具有一緩啟動單元、一速度控制單元以及一堵住保護單元，該緩啟動單元使該通用電動機的轉速可以平穩上升，該速度控制單元係以閉迴路方式控制並補償該通用電動機的轉速，達無段調速的效果，且在低速使用時，具有與高轉速時近似的切削能力，該堵住保護單元可在機台堵住時自動斷電進行保護。
Description
本發明係與一種速度控制系統有關，特別是指一種通用電動機之速度控制系統。
按，習用通用電動機的轉子與定子皆繞置電樞，藉由碳刷與換向器將兩者連結，使其達到運轉時自動換向的效果，只需輸入一般的家用交流電源即可使電動機運轉，因俱備價格便宜與控制簡單的特點，廣泛的運用在手工具與小型家用工具。為了縮減電動機的體積，一般市面上皆以高轉速的電動機本體搭配減速齒輪箱做運用，其在高速運轉產生的巨大噪音與轉速容易受到電壓浮動而變化等缺失。且通用電動機採簡易的調速裝置，無法達到定速控制，且因其控制方式是限制交流電壓的導通角，在低速時電動機的轉矩也跟著降低，不適合運用在高負載的環境中。通用電動機在啟動瞬間將產生很大的啟動電流，馬達本體也會發生劇烈震動，嚴重影響了機台的壽命與穩定性。故仍有諸多缺失，實非一良善之設計而亟待加以改良，是以，本案創作人在觀察到上述缺點後，認為習用通用電動機具實有改進之必要，而遂有本發明之產生。
本發明之目的係在提供一種通用電動機之速度控制系統，係使通用電動機的轉速在啟動時可以平穩上升，可自動修正轉速差，具有無段調速的穩定性效果，且在低速使用時，具有與高轉速時近似的切削能力。
為達上述目的，本發明所提供之通用電動機之速度控制系統，其係電性相接一通用電動機，並包含有：一速度偵測單元，其係設於該通用電動機；以及一控制器，其係與該通用電動機以及該速度偵測單元電性相接，該控制器係具有一緩啟動單元、一速度控制單元以及一堵住保護單元，該緩啟動單元係具有一啟動旗標初始模組以及一啟動旗標清除模組，該啟動旗標初始模組係具有一啟動旗標以及一獨立之加速權重，該速度控制單元係具有一轉速命令輸入模組、一計算模組以及一補償模組，該堵住保護單元係與該速度偵測單元電性相接。
本發明所提供之通用電動機之速度控制系統，當該通用電動機於起始時，該啟動旗標初始模組會將該啟動旗標以及該加速權重初始化，該加速權重係為獨立的加速數值，而使該通用電動機的轉速可以平穩上升，當該通用電動機的轉速提升到設定的基準值時，該啟動旗標清除模組即會清除該啟動旗標，並切斷該緩啟動單元，進入該速度控制單元的速度調整流程，利用該轉速命令輸入模組下達一轉速命令，以控制該通用電動機的運轉速度，該計算模組係依據該速度偵測單元回授的訊號頻率計算出該通用電動機的之實際轉速，並將實際轉速減去該轉速命令計算出一轉速差，判斷導通角所需的修正量，該補償模組係依據修正量補償的導通角數值，藉以達到調整速度的效果，通用電動機運轉時，當該堵住保護單元依據該速度偵測單元回授的訊號頻率計算出該通用電動機的之實際轉速過低或停止時，該堵住保護單元會送出一保護訊號，以透過該電磁開關切斷該電源達到保護作用，藉此，該緩啟動單元使該通用電動機的轉速可以平穩上
升，改善啟動該機台的劇烈震盪情形，再由該速度控制單元自動修正轉速差，具有無段調速的穩定性效果，在低速使用時，具有與高轉速時近似的切削能力，當該機台堵住時，該堵住保護單元可自動斷電進行保護，增加機台的安全性與使用壽命。
100:通用電動機之速度控制系統
10:通用電動機
11:機台
12:電磁開關
13:電源
20:速度偵測單元
30:控制器
31:緩啟動單元
311:啟動旗標初始模組
312:啟動旗標清除模組
313:啟動旗標
32:速度控制單元
321:交流零交越偵測模組
322:轉速命令輸入模組
323:計算模組
324:補償模組
33:堵住保護單元
第1圖係本發明之較佳實施例之系統方塊圖。
第2圖係本發明之機台立體圖。
第3圖係本發明之較佳實施例緩啟動之步驟流程圖。
第4圖係本發明之較佳實施例速度控制之步驟流程圖。
第5圖係本發明之較佳實施例偵測交流零交越位置之示意圖。
第6圖係本發明之較佳實施例補償模組控制啟閉時間之示意圖。
第7圖係本發明之較佳實施例補償模組控制啟閉時間之示意圖。
請參閱第1圖、第2圖以及第3圖所示，係本發明之較佳實施例之系統方塊圖以及機台立體圖，其係揭露有一種通用電動機之速度控制系統100，其電性相接一通用電動機10，該通用電動機10係可裝設於一機台11，該機台11係以一電磁開關12電性連接一電源13，該通用電動機之速度控制系統100係包含有：
一速度偵測單元20，其係設於該通用電動機10內，該速度偵測單元20係為霍爾元件。
一控制器30，其係與該通用電動機10以及該速度偵測單元20電性相接，該控制器係具有一緩啟動單元31、一速度控制單元32以及一堵住保護單元33。
該緩啟動單元31係具有一啟動旗標初始模組311以及一啟動旗標清除模組312，該啟動旗標初始模組311係具有一啟動旗標313以及一獨立之加速權重，請配合參閱第3圖所示，當該通用電動機10於起始時，該啟動旗標初始模組311會將該啟動旗標313以及該加速權重初始化，該加速權重係為獨立的加速數值，而使該通用電動機10的轉速可以平穩上升，當該通用電動機10的轉速提升到設定的基準值時，該啟動旗標清除模組312即會清除該啟動旗標313，並切斷該緩啟動單元31，進入該速度控制單元32的速度調整流程。
該速度控制單元32係具有電性相接之一交流零交越偵測模組321、一轉速命令輸入模組322、一計算模組以323及一補償模組324，請配合參閱第4圖所示，該交流零交越偵測模組321係以硬體電路來偵測交流電源的零交越點位置P，如第5圖所示，於本發明實施例中，係利用電阻與稽納二極體組成電路，將交流弦波電壓信號轉成與交流同步的直流方波數位信號，即可提供交流零交越點位置P給該速度控制單元32使用，作為速度控制的基準點，該轉速命令輸入模組322係使用可變電阻以類比訊號的方式下達一轉速命令，例如為調速旋鈕，以控制該通用電動機10的運轉速度，該計算模組323係依據該速度偵測單元20回授的訊號頻率計算出該通用電動機10的之實際轉速，並將實際轉速減去該轉速命令計算出一轉速差，利用轉速差計算轉速補償，本發明實施例中，當實際轉速大於轉速命令時，係將該轉速差帶入下列方程式中，以計算所需補償的導通角θ值以
及維持該轉速所需的截止時間(Delay值)，其中，u為轉速控制輸出訊號，K p 為比例增益，K i 為積分增益，e為轉速差，t係為時間，而τ為積分變數，該補償模組324係將所需補償的導通角以及截止時間利用TRIAC(雙向可控硅)控制啟閉時間，將完整的交流電壓的弦波波形截止掉一部分，例如第6圖和第7圖所示，係為該計算模組323以計算該通用電動機10維持轉速所需的導通角和截止時間，隨著測得的轉速回授信號，對截止時間做調整修正，即為轉速補償，使提供給電動機的整體電壓下降，達到降速的效果，以進行控制，當實際轉速小於轉速命令時，該補償模組324係可提升該通用電動機10的運轉速度，以符合該轉速命令。藉此，本發明該速度控制單元以閉迴路速度控制之方式，隨著測得的轉速回授信號，對截止時間做調整修正，即為轉速補償，達到調整轉速的效果。
方程式u(t)=K p e(t)+K i ∫ 0 t e(τ)dτ。
該堵住保護單元33，其係與該速度偵測單元20以及該電磁開關12電性相接，當該堵住保護單元33依據該速度偵測單元20回授的訊號頻率計算出該通用電動機10的之實際轉速過低或停止時，該堵住保護單元33會送出一保護訊號，以透過該電磁開關12切斷該電源13達到保護作用。
為供進一步瞭解本發明構造特徵、運用技術手段及所預期達成之功效，茲將本發明使用方式加以敘述，相信當可由此而對本發明有更深入且具體之瞭解，如下所述：請繼續參閱第2圖和第3圖所示，本發明實施例中，該機台11係為圓鋸機，該通用電動機10係為交流有刷電動機，該機台11啟動時，該啟動旗標初始模組311會將該啟動旗標313以及該加速權重初始化，該加速權重係為獨立的加速數值，而使該通用電動機10的轉速可以平穩上升，該速度偵測單元20依
據回授的訊號頻率計算出該通用電動機10的實際轉速，該啟動旗標初始模組311會判斷該通用電動機10的之實際轉速使否到達基準值，未達基準值時，則該啟動旗標初始模組311會維持該啟動旗標313，繼續以該加速權重提升該通用電動機10的轉速，當該通用電動機10的轉速提升到設定的基準值時，該啟動旗標清除模組312即會清除該啟動旗標313，並切斷該緩啟動單元31，以進入該速度控制單元32的速度控制流程。本發明實際使用時，量測電流峰值降低至28 A，相對於未安裝該緩啟動單元31時的電流峰值為83 A，故約減低2/3的啟動電流，而改善啟動該機台的劇烈震盪情形。
請繼續參閱第4圖和第5圖所示，接著進行速度控制流程，該速度控制單元32首先會利用該交流零交越偵測模組321以硬體電路來偵測交流零交越位置P，作為速度控制的基準點，之後使用者可從該轉速命令輸入模組322下達該轉速命令，該計算模組323再依據該速度偵測單元32回授計算出該通用電動機10的之實際轉速，並將實際轉速減去該轉速命令計算出該轉速差，即可利用方程式u(t)計算該導通角以及截止時間所需補償的修正數值，最後利用該補償模組324控制啟閉時間達到調整速度的效果。藉此，本發明係採閉迴路速度控制，故可自動修正轉速差，轉速誤差維持在50rpm內，而可在2000rpm至4000rpm內具有無段調速的穩定性效果。且本發明在低速使用時，例如鋸片因接觸負載而降低轉速後，該補償模組324可將扭力提高至與高轉速時近似的切削能力，藉此，使低轉速兼具低噪音、省電以及具備與高速狀態下近似的切削能力，且低轉速狀態可將鋸片更換為砂輪片以用於打磨使用，達到一機兩用的通用性。
最後本發明在該機台11運轉過程中以木材堵住鋸片，實際測試該堵住保護單元33，該機台11測得異常後將送出該保護訊號以利用該電磁開關12自動
進行斷電保護，使用者排除異常後再手動開啟該機台11電源，該機台11仍可正常使用，藉此增加安全性及使用壽命。
茲，再將本發明之特徵及其可達成之預期功效陳述如下：本發明所提供之通用電動機之速度控制系統，先由該緩啟動單元31使該通用電動機10的轉速可以平穩上升，改善啟動該機台10的劇烈震盪情形，再由該速度控制單元32自動修正轉速差，在低速使用時，具有與高轉速時近似的切削能力，亦可更換為砂輪片用於打磨，增加該機台11的穩定性與通用性，最後當該機台11堵住時，該堵住保護單元33可自動斷電進行保護，增加機台的安全性與使用壽命。
綜上所述，本發明在同類產品中實有其極佳之進步實用性，同時遍查國內外關於此類結構之技術資料，文獻中亦未發現有相同的構造存在在先，是以，本發明實已具備發明專利要件，爰依法提出申請。
惟，以上所述者，僅係本發明之一較佳可行實施例而已，故舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效結構變化，理應包含在本發明之專利範圍內。
100:通用電動機之速度控制系統
10:通用電動機
12:電磁開關
20:速度偵測單元
30:控制器
31:緩啟動單元
311:啟動旗標初始模組
312:啟動旗標清除模組
313:啟動旗標
32:速度控制單元
321:交流零交越偵測模組
322:轉速命令輸入模組
323:計算模組
324:補償模組
33:堵住保護單元
Claims (6)
- 一種通用電動機之速度控制系統，其係電性相接一通用電動機，並包含有：一速度偵測單元，其係設於該通用電動機；一控制器，其係與該通用電動機以及該速度偵測單元電性相接，該控制器係具有一緩啟動單元、一速度控制單元以及一堵住保護單元，該緩啟動單元係具有一啟動旗標初始模組以及一啟動旗標清除模組，該啟動旗標初始模組係具有一啟動旗標以及一獨立之加速權重，當該通用電動機的轉速提升到設定的基準值時，該啟動旗標清除模組即會清除該啟動旗標，該速度控制單元係具有一轉速命令輸入模組、一計算模組以及一補償模組，該計算模組係依據該速度偵測單元回授的訊號頻率計算出該通用電動機的之實際轉速，並將實際轉速減去一轉速命令計算出一轉速差，判斷導通角所需的修正量，該補償模組係補償的修正量的數值，該堵住保護單元係與該速度偵測單元以及一電磁開關電性相接，當該堵住保護單元依據該速度偵測單元回授的訊號頻率計算出該通用電動機的之實際轉速過低或停止時，該堵住保護單元會送出一保護訊號，以透過該電磁開關切斷該通用電動機之電源。
- 依據申請專利範圍第1項所述之通用電動機之速度控制系統，其中，該速度控制單元係具有一交流零交越偵測模組，該交流零交越偵測模組係偵測交流電源的零交越點位置，作為速度控制的基準點。
- 依據申請專利範圍第2項所述之通用電動機之速度控制系統，其中，該計算模組將該轉速差帶入方程式u(t)=K p e(t)+K i ∫ 0 t e(τ)dτ中，其中，u為轉速控制輸出訊號，K p 為比例增益，K i 為積分增益，e為轉速差，t係為時間，而τ為積分變數，以計算所需補償的導通角數值，判斷導通角所需的修正量。
- 依據申請專利範圍第3項所述之通用電動機之速度控制系統，其中，該補償模組係將所需補償的導通角數值利用TRIAC(雙向可控硅)控制啟閉時間。
- 依據申請專利範圍第1項所述之通用電動機之速度控制系統，其中，該速度控制單元係為閉迴路速度控制。
- 依據申請專利範圍第1項所述之通用電動機之速度控制系統，其中，該速度偵測單元係為霍爾元件。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW108106583A TWI694672B (zh) | 2019-02-26 | 2019-02-26 | 通用電動機之速度控制系統 |
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| TW108106583A TWI694672B (zh) | 2019-02-26 | 2019-02-26 | 通用電動機之速度控制系統 |
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| TW202032911A TW202032911A (zh) | 2020-09-01 |
Family
ID=71896236
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW108106583A TWI694672B (zh) | 2019-02-26 | 2019-02-26 | 通用電動機之速度控制系統 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TWI694672B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWM304849U (en) * | 2006-08-21 | 2007-01-11 | Taiwan Rong Fu Ind Co Ltd | Protection circuit for series motor of band saw machine |
| TW201218611A (en) * | 2010-06-16 | 2012-05-01 | Eaton Corp | System and method of speed detection in an AC induction machine |
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2019
- 2019-02-26 TW TW108106583A patent/TWI694672B/zh active
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| TW202032911A (zh) | 2020-09-01 |
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