專利名稱：電子溫控式電扇無(wú)級(jí)調(diào)速定時(shí)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種電子溫控式電扇無(wú)級(jí)調(diào)速定時(shí)器，屬于電學(xué)中電源的一種。
現(xiàn)有的電扇調(diào)速，有串接電抗器調(diào)速的，這種調(diào)速器功耗大，(如80W吊扇最低檔運(yùn)行時(shí)耗電約15W左右)，并且不能無(wú)級(jí)調(diào)速，還有在低速檔啟動(dòng)造成電扇壽命縮短的缺點(diǎn)。有的已采用可控硅無(wú)級(jí)調(diào)速，但功能單一，不具備溫控變速和定時(shí)功能。有的雖增加了溫控功能(如專利號(hào)為90215716.7的實(shí)用新型)但還沒(méi)有定時(shí)功能。同時(shí)該方案采用在主回路中串降壓元件的方法來(lái)提供控制電路工作電源，增加了功耗，電路也較復(fù)雜。現(xiàn)有的電扇定時(shí)器，多采用發(fā)條式定時(shí)器。這種定時(shí)器一般定時(shí)時(shí)間為2小時(shí)，不能滿足某些使用者的需要，并且有一定的響聲。有的定時(shí)器采用電子定時(shí)的，但不能做到單線進(jìn)出的接線方式，如更換老式調(diào)速器則要重新配線，有的要多次按按鈕來(lái)設(shè)定時(shí)間，使用不方便，同時(shí)還存在價(jià)格較貴的缺點(diǎn)。
本實(shí)用新型的目的，就是要研制一種耗電低，能無(wú)級(jí)調(diào)速，有溫控變速功能，定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)、無(wú)噪聲、線路簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、使用方便、單線進(jìn)出接線、能避免低電壓?jiǎn)?dòng)的電子溫控式電扇無(wú)級(jí)調(diào)速定時(shí)器。
這種電子溫控式電扇無(wú)級(jí)調(diào)速定時(shí)器，由單線進(jìn)出換相橋式調(diào)壓主回路(S1、V1～V4、V5)、移相觸發(fā)電路(N1、C1、R2、R3、R4、V6)、同步及滯后式比較關(guān)斷電路(N2、R5、R6、R7)、溫度取樣放大調(diào)速控制電路(N3、R8、R9、R10、R11、R12、R13)、定時(shí)控制電路(N4、V7、V8、V9、C2、S2、R14、R15、R16、R18)、脈沖充電時(shí)間限制電路(V10、R17、R19、R20、C3)、控制電源電路(V1～V4、V5、LED、R1、V11)、電源及轉(zhuǎn)速間接指示發(fā)光管(LED)組成。
附圖
為本實(shí)用新型的電路視圖。
上述電路的工作原理和連接關(guān)系如下交流電壓通過(guò)開關(guān)S1經(jīng)整流橋(V1～V4)換相后與單向可控硅(V5)、電扇(M)串聯(lián)形成回路，由可控硅(V5)導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間來(lái)控制電扇(M)的電壓、從而達(dá)到電扇轉(zhuǎn)速變化和停轉(zhuǎn)的目的。
可控硅(V5)導(dǎo)通的時(shí)間受控于移相觸發(fā)電路，當(dāng)該電路中的C1經(jīng)R4充電使運(yùn)放(N1)的(＋端)電壓超過(guò)(－端)電壓時(shí)，N1輸出正脈沖經(jīng)R2、R3分壓后觸發(fā)可控硅(V5)的控制極使其導(dǎo)通并維持到市電電壓過(guò)零時(shí)截止。C1充電的時(shí)間與可控硅(V5)的導(dǎo)通時(shí)間成反比，由運(yùn)放(N1)的(－端)電壓來(lái)決定，改變?cè)撾妷杭纯蛇_(dá)到調(diào)速的目的。這種移相觸發(fā)電路的特點(diǎn)在于利用運(yùn)算放大器當(dāng)觸發(fā)器，解決了用傳統(tǒng)單結(jié)晶體管觸發(fā)電路分壓比不一致而造成的批量生產(chǎn)選管和調(diào)試的困難。
移相觸發(fā)電路的同步和控制電壓來(lái)于同步及滯后式比較關(guān)斷電路。控制電源經(jīng)R6、R7分壓后接到N2(＋端)，當(dāng)此脈動(dòng)電壓過(guò)零后又上升使N2(＋端)電壓超過(guò)N2(－端)電壓時(shí)，N2輸出高電位經(jīng)R4對(duì)C1充電直至V5導(dǎo)通，V5導(dǎo)通后控制電路的工作電源被其短路，C1上電壓經(jīng)V6、N2輸出端放電，到V5過(guò)零關(guān)斷后，控制電源又上升使C1重新充電，如此反復(fù)，使觸發(fā)電路同步。N2除起同步作用外還有滯后式比較關(guān)斷功能，當(dāng)N2(－端)電壓超過(guò)由R5、R6、R7、所設(shè)定的N2(＋端)電壓時(shí)(此電壓決定了電扇的最低工作電壓)，N2輸出低電位使C1放電，從而使V5關(guān)斷，電扇停轉(zhuǎn)。由于R5的正反饋?zhàn)饔?，使關(guān)斷電路具有滯后特性，此滯后特性使電扇能夠在最低工作電壓時(shí)關(guān)斷，而必須高于此電壓才能重新啟動(dòng)，避免了電扇在低電壓下啟動(dòng)所造成的損壞。滯后電壓可由R5設(shè)定。
N1和N2的(－端)同時(shí)受控于由N3和相關(guān)元件組成的溫度取樣放大和調(diào)速控制電路。N3(＋端)電壓由R11與負(fù)溫型熱敏電阻R12和電位器R13串聯(lián)的分壓比決定。該電壓隨著溫度的變化或手動(dòng)調(diào)節(jié)R13而變化，經(jīng)與R9、R10、R8所設(shè)定的N3(－端)電壓比較放大后，經(jīng)N3輸出端送往N1和N2(－端)，與N1和N2(＋端)電壓比較后來(lái)達(dá)到調(diào)速或關(guān)斷的目的。放大倍數(shù)可由負(fù)反饋電阻R8設(shè)定，改變放大倍數(shù)即可改變溫控靈敏度。由于運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)很高，溫控靈敏度也可以做到很高，同時(shí)由于放大倍數(shù)能夠方便的設(shè)定，解決了用普通晶體管放大電路由于放大倍數(shù)不一致而造成批量生產(chǎn)選管和調(diào)試的困難。
由N4和相關(guān)元件組成的定時(shí)控制電路，可以方便的設(shè)定電扇運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間。當(dāng)S2撥到導(dǎo)通位置時(shí)，N4(＋端)為低電位，輸出亦為低電位，V7截止，不影響其他電路工作，電扇可長(zhǎng)期運(yùn)行。當(dāng)S2撥斷開位置時(shí)，定時(shí)電路開始工作，控制電源經(jīng)R17、R18、V9對(duì)C2充電，N4(＋端)電壓逐漸上升，當(dāng)此電壓逐漸上升，當(dāng)此電壓上升超過(guò)由R14、R15、R16所設(shè)定的N4(－端)電壓時(shí)，N4輸出高電位并由于V8的正反饋而保持，V7受正向電壓而導(dǎo)通，經(jīng)過(guò)N3、N2、N1而使V5截止，電扇停轉(zhuǎn)。調(diào)節(jié)電位器R15，C2充電的時(shí)間相應(yīng)改變，從而達(dá)到設(shè)定時(shí)間的目的。V9的作用是阻止C2放電。當(dāng)?shù)谝淮味〞r(shí)結(jié)束后，如想進(jìn)行再次定時(shí)，則將S2撥到導(dǎo)通狀況將C2放電，再將S2撥到斷開位置，就能再次定時(shí)。由于運(yùn)算放大器的輸入阻抗很高，定時(shí)的時(shí)間相應(yīng)也可以做到很長(zhǎng)。
由于定時(shí)控制電路中的C2充電所需的控制電源受V5的控制，V5導(dǎo)通后，該電源被短路，電扇轉(zhuǎn)速快時(shí)，V5的導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)，慢時(shí)則導(dǎo)通時(shí)間短，所以造成了C2的充電時(shí)間隨著電扇轉(zhuǎn)速的快慢而變化，所設(shè)定的定時(shí)時(shí)間會(huì)因轉(zhuǎn)速的快慢而不一致。為了解決這個(gè)問(wèn)題，設(shè)置了由三級(jí)管V10和R17、R19、R20、C3組成的脈沖充電時(shí)間限制電路，既不管控制電路工作電源的供電時(shí)間長(zhǎng)短，C2在半個(gè)周期內(nèi)的充電時(shí)間由R19對(duì)C3充電到V10導(dǎo)通的時(shí)間來(lái)決定，V10導(dǎo)通時(shí)，C2的充電電源被V10短路。C2的充電停止，而C3仍在充電維持V10導(dǎo)通，只到V5導(dǎo)通，控制電源被短路，C3通過(guò)R20和R19放電，V10才由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?。把C3充電到V10導(dǎo)通的時(shí)間，控制在轉(zhuǎn)速最快時(shí)，控制電源能提供的最短供電時(shí)間之內(nèi)，就可保證C2在轉(zhuǎn)速快慢不同時(shí)的充電時(shí)間一致，也就解決了轉(zhuǎn)速快慢變化時(shí)，定時(shí)時(shí)間不一致的問(wèn)題。由于C2工作于脈沖充電狀況，在半個(gè)周期內(nèi)的充電時(shí)間極短，進(jìn)一步延長(zhǎng)了定時(shí)時(shí)間，加上前述的高輸入阻抗運(yùn)算放大器，使小容量的電容達(dá)到長(zhǎng)時(shí)間的定時(shí)成為可能，采用小容量的定時(shí)電容，既降低了成本，又提高了定時(shí)精確度。
控制電路必須要有工作電源，現(xiàn)有電路有用220V市電經(jīng)變壓器降壓或阻容降壓經(jīng)整流后取得的，這達(dá)不到單線進(jìn)出、接線簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。有在主回路中串接降壓元件的方法來(lái)取得的，則帶來(lái)了功耗增加的缺點(diǎn)。有用電池來(lái)提供的，更增加了用戶的麻煩。這些都是不可取的。本機(jī)采用由V1～V4、V5、R1、LED、V11所組成的控制電源，此電路利用可控硅一旦導(dǎo)通后能自行維持的特點(diǎn)，使全部控制電路在其截止期間工作。可控硅V5截止時(shí)，220V市電經(jīng)V1～V4全波整流后，經(jīng)R1和LED，由V11穩(wěn)壓后作為控制電源供給控制電路工作，到可控硅V5經(jīng)控制導(dǎo)通后，此電源被短路。V5自行維持導(dǎo)通至過(guò)零時(shí)截止?？刂齐娐酚帜艿秒娺M(jìn)行工作。由于使用了低功耗的運(yùn)算放大器和低觸發(fā)電流的可控硅，控制電路的工作電流很小，本機(jī)用R1將電流限制在4毫安，則在市電為220V時(shí)，最大功耗為0.88W，由于控制電路只在可控硅截止期間工作，平均功耗就更加小了，發(fā)熱現(xiàn)象也隨之降低，使溫度傳感用熱敏電阻裝于同一機(jī)殼內(nèi)受本機(jī)溫度上升的影響可以忽略。本方案另一優(yōu)點(diǎn)是不用濾波電容，降低了成本。由于控制電路要在V5截止期工作，所以V5的導(dǎo)通角不能做到100％，根據(jù)用500型萬(wàn)用表實(shí)測(cè)，電扇最高電壓比市電電壓低8V左右，對(duì)轉(zhuǎn)速的影響可以忽略。
本機(jī)利用一塊廉價(jià)的集成四運(yùn)算放大器(LM324)進(jìn)行移相觸發(fā)(N1)、同步及滯后式比較關(guān)斷(N2)、溫度取樣放大(N3)、定時(shí)設(shè)定控制(N4)，集觸發(fā)器、比較器、放大器、延時(shí)器的功能于一體的技術(shù)方案?？煽啃员确至⒃娐犯撸杀颈扔闷渌桨复蟠蠼档?。
本機(jī)還有一新穎之處是發(fā)光二極管LED串在R1與V11負(fù)極之間，起單向隔離作用，將其裝于機(jī)殼面板上作電源指示，由于轉(zhuǎn)速快慢使控制電路供電的時(shí)間不同，流過(guò)LED的平均工作電流也不相同，發(fā)光強(qiáng)度也相應(yīng)變化，轉(zhuǎn)速快時(shí)發(fā)光弱，轉(zhuǎn)速慢時(shí)發(fā)光強(qiáng)，所以LED能間接指示轉(zhuǎn)速的快慢，此方法的另一優(yōu)點(diǎn)是作為電源指示燈使用而不增加電源的額外功耗。
這種電子溫控式電扇無(wú)級(jí)調(diào)速定時(shí)器與現(xiàn)有電抗式調(diào)速器，發(fā)條式定時(shí)器以及其他電子調(diào)速器、定時(shí)器相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)。
1、一機(jī)三用功能多既調(diào)速又定時(shí)，并有溫控變速功能。
2、節(jié)能省電傳統(tǒng)電抗式調(diào)速器以80W吊扇為例，低速運(yùn)行時(shí)耗電在15W左右，而本機(jī)耗電不超過(guò)1W，節(jié)電90％以上。
3、單線進(jìn)出，接線簡(jiǎn)單接線方法與傳統(tǒng)電抗調(diào)速器相同，更換時(shí)不需要重新配線。由于單線進(jìn)出，從而也避免了本機(jī)出故障使市電短路的可能。
4、無(wú)級(jí)調(diào)速能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速?gòu)淖罡咚俚轿L(fēng)量級(jí)，比分檔式調(diào)速器具有更大的選擇性。
5、定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)可長(zhǎng)達(dá)4小時(shí)的定時(shí)，比一般發(fā)條式定時(shí)器時(shí)間長(zhǎng)2～4倍。并且能無(wú)級(jí)設(shè)定定時(shí)時(shí)間。
6、自動(dòng)溫控變速和高電壓?jiǎn)?dòng)功能環(huán)境溫度變高，轉(zhuǎn)速加快，溫度變低轉(zhuǎn)速變慢只到接近無(wú)風(fēng)時(shí)自動(dòng)停轉(zhuǎn)，而要到溫度上升到較高時(shí)，才會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，這就是高電壓?jiǎn)?dòng)功能，克服了低速啟動(dòng)電扇時(shí)壽命縮短的缺點(diǎn)。
7、體積小、重量輕體積比傳統(tǒng)電抗調(diào)速器減小50％，重量降低80％，從而使運(yùn)輸和安裝更加輕便。
8、電子定時(shí)器工作時(shí)無(wú)響聲，克服了機(jī)械式定時(shí)器工作時(shí)有響聲的缺點(diǎn)。
9、成本低在相近功能機(jī)型中價(jià)格是最低的。
10、使用方便調(diào)速和定時(shí)均由電位器設(shè)定，使用簡(jiǎn)單方便。
11、線路簡(jiǎn)單、可靠性高采用一塊進(jìn)口集成電路和少量元件組成多種新穎電路，同時(shí)主電路采用換相橋與單向可控硅串聯(lián)的型式，耐壓系數(shù)比有些電子調(diào)速器用雙向可控硅單獨(dú)工作的型式大大提高，同時(shí)由于本機(jī)耗電極低，發(fā)熱量少，相對(duì)提高了整機(jī)可靠性。
為了安全，本機(jī)外殼和旋鈕要用塑料制成，電位器的軸柄必須絕緣良好，采用旋轉(zhuǎn)式帶開關(guān)電位器作調(diào)速控制既可少裝一只開關(guān)，又可做到接通開關(guān)后電扇處于最高電壓?jiǎn)?dòng)狀況?？捎猛评_關(guān)電位器作為定時(shí)開關(guān)和定時(shí)設(shè)定調(diào)節(jié)之用，推進(jìn)為定時(shí)狀態(tài)，拉出為長(zhǎng)期運(yùn)行狀態(tài)。機(jī)殼應(yīng)開孔通風(fēng)，以使機(jī)殼內(nèi)外溫度一致，并將熱敏電阻裝于機(jī)殼最下方，遠(yuǎn)離R1等發(fā)熱部件。
本實(shí)施例的主要元器件可控硅V5(CR1A600V)、整流管V1～V4(1N4007)、開關(guān)管V6～V9(1N4148)、集成四運(yùn)算放大器N1～N4(一只LM324)三極管V10(9014)、穩(wěn)壓管V11(0.5W6.2V)。在上述元器件參數(shù)時(shí)，能控制200W以下的電扇，將主回路元件參數(shù)改變，控制功率還可加大，應(yīng)用更加廣泛。
元器件市場(chǎng)購(gòu)買，機(jī)殼注塑加工。
權(quán)利要求1.一種電子溫控式電扇無(wú)級(jí)調(diào)速定時(shí)器，其特征在于具有單線進(jìn)出換相橋式調(diào)壓主回路(S1、V1～V4、V5)、移相觸發(fā)電路(N1、C1、R2、R3、R4、V6)、同步及滯后式比較關(guān)斷電路(N2、R5、R6、R7)、溫度取樣放大調(diào)速控制電路(N3、R8、R9、R10、R11、R12、R13)、定時(shí)控制電路(N4、V7、V8、V9、C2、S2、R14、R15、R16、R18)、脈沖充電時(shí)間限制電路(V10、R17、R19、R20、C3)、控制電源電路(V1～V4、V5、R1、LED、V11)、電源及轉(zhuǎn)速間接指示發(fā)光管(LED)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子溫控式電扇無(wú)級(jí)調(diào)速定時(shí)器，其特征在于所述的利用一塊集成四運(yùn)算放大器LM324完成移相觸發(fā)(N1)、同步及滯后式比較關(guān)斷(N2)、溫度取樣放大(N3)、定時(shí)設(shè)定控制(N4)的功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子溫控式電扇無(wú)級(jí)調(diào)速定時(shí)器，其特征在于所述的由元件V1～V4、V5、R1、LED、V11組成的控制電源，利用V5截止期提供控制電路工作電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子溫控式電扇無(wú)級(jí)調(diào)速定時(shí)器，其特征在于所述的由元件V10、R17、R19、R20、C3組成的脈沖充電時(shí)間限制電路。用C3的充電時(shí)間來(lái)限制定時(shí)電容C2的充電時(shí)間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子溫控式電扇無(wú)級(jí)調(diào)速定時(shí)器，其特征在于所述的由元件N2、R5、R6、R7組成的同步及滯后式比較關(guān)斷電路。由一只運(yùn)放完成同步及滯后比較關(guān)斷的兩種功能。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子溫控式電扇無(wú)級(jí)調(diào)速定時(shí)器，其特征在于所述的移相觸發(fā)電路(N1、C1、R2、R3、R4、V6)由運(yùn)放N1做觸發(fā)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子溫控式電扇無(wú)級(jí)調(diào)速定時(shí)器，其特征在于所述的由元件N3、R8、R9、R10、R11、R12、R13組成的溫度取樣放大調(diào)速控制電路，由R8決定放大倍數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子溫控式電扇無(wú)級(jí)調(diào)速定時(shí)器，其特征在于所述的由元件N4、V7、V8、V9、C2，S2、R14、R15、R16、R18組成的定時(shí)控制電路，使用小容量的定時(shí)電容C2。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子溫控式電扇無(wú)級(jí)調(diào)速定時(shí)器，其特征在于所述的將發(fā)光二極管LED裝于機(jī)殼面板上作電源及轉(zhuǎn)速間接指示，它串接在R1與V11負(fù)極之間。
專利摘要本實(shí)用新型屬于電學(xué)中電源的一種。是為解決現(xiàn)有電抗式電扇調(diào)速器功耗大，功能單一和在低速檔啟動(dòng)時(shí)電流大，電扇使用壽命縮短的缺點(diǎn)而設(shè)計(jì)的。本設(shè)計(jì)采用單線進(jìn)出的接線方式，能直接替換現(xiàn)有調(diào)速器，比現(xiàn)有電抗式電扇調(diào)速器節(jié)電90％以上，并且增加了自動(dòng)溫控、無(wú)級(jí)調(diào)速，無(wú)級(jí)定時(shí)和高電壓?jiǎn)?dòng)功能，定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)4小時(shí)。采用進(jìn)口集成電路，線路簡(jiǎn)單、可靠性高、使用方便、成本低廉，體積小、重量輕，能適用多種電扇溫控、調(diào)速、定時(shí)的需要。
文檔編號(hào)F04D27/02GK2104965SQ9122075
公開日1992年5月20日 申請(qǐng)日期1991年8月26日 優(yōu)先權(quán)日1991年8月26日
發(fā)明者王佐 申請(qǐng)人:王佐