ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 1995 года по МПК H02P5/165 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования и стабилизации частоты вращения электродвигателя постоянного тока в широком диапазоне.

Известен электропривод постоянного тока, содержащий двигатель, подключенный к источнику питания через управляемый ключ, компаратор, один вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход - с входом усилителя, триггер, демпфирующий элемент и компенсатор, второй вход компаратора через компенсатор соединен с двигателем, демпфирующий элемент шунтирует управляемый ключ, управляющий вход которого через триггер соединен с выходом усилителя (1)
Недостатком такого электропривода является наличие дополнительных электрических узлов - триггера, компенсатора. Запуск электродвигателя осуществляется импульсами (разгон - торможение), что приводит к затягиванию времени запуска, а возникающие при этом большие пусковые токи снижают надежность электропривода. Демпфирующая емкость ухудшает фронты импульсов в режиме стабилизации, что приводит к дополнительному нагреву выходного транзистора и к снижению КПД. Кроме того, стабилизация частоты вращения при изменении момента нагрузки осуществляется только по изменению ЭДС электродвигателя, что не позволяет получить высокую стабильность при таком методе стабилизации без применения дополнительных мер.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, якорем подключенный через импульсный регулятор и датчик тока к источнику питания, датчик напряжения, подключенный к якорю электродвигателя, и регулятор скорости, вход которого соединен с источником задающего напряжения, дополнительно три резистора и конденсатор, а регулятор скорости выполнен в виде компаратора, выход которого соединен с входом импульсного регулятора, а вход через последовательно включенные первый и второй резисторы подсоединен к выходу датчика напряжения и через третий резистор - к выходу датчика тока, а конденсатор включен между точкой соединения первого и второго резисторов и общей шиной устройства (2).

Недостатками такого электропривода являются наличие источника задающего напряжения, низкая стабильность частоты вращения при минимальном напряжении питания и минимальном моменте нагрузки, а также при использовании маломощных электродвигателей из-за низкой чувствительности в этих режимах датчика тока. При работе электродвигателя на верхнем значении напряжения питания и максимальном моменте нагрузки, а также в режиме пуска такое включение датчика тока приводит к дополнительным потерям мощности.

Предлагаемый электропривод устраняет указанные недостатки.

Электропривод постоянного тока содержит корпус, электродвигатель, подключенный к источнику питания через выходной транзистор импульсного усилителя, вход которого подключен к выходу компаратора, первый и второй резисторы, первые выводы которых соединены между собой и подключены к первому входу компаратора, второй вывод первого резистора подключен к первым выводам третьего резистора и конденсатора, четвертый и пятый резисторы, первые выводы которых соединены между собой, второй вывод четвертого резистора подключен к первому выводу источника питания, а второй вывод пятого резистора подключен к электродвигателю и дополнительно включает шестой резистор и регулируемый источник опорного напряжения, один вход которого подключен к второму выводу источника питания, второй вход подключен к общей точке соединения четвертого и пятого резисторов, а выход подключен к второму входу компаратора, первый вывод шестого резистора подключен к первому входу компаратора, второй вывод подключен к второму выводу конденсатора и к второму выводу источника питания, второй вывод третьего резистора подключен к выходу импульсного усилителя, а второй вывод второго резистора подключен к первому выводу источника питания, при этом второй, четвертый, шестой резисторы и регулируемый источник опорного напряжения образуют мостовую схему. В указанном электроприводе постоянного тока корпус может иметь подвижную часть, механически связанную с регулируемым источником опорного напряжения, а между мостовой схемой и источником питания может быть включен фильтр радиопомех.

На фиг. 1 приведена схема электропривода постоянного тока; на фиг. 2 - корпус с подвижной частью и переменным резистором. Электропривод содержит электродвигатель 1, подключенный к источнику 2 питания через импульсный усилитель 3. Компаратор 4, выход которого подключен к входу импульсного усилителя 3. Первый резистор 5 и второй резистор 6 соединены между собой и подключены к первому входу компаратора 4. Второй вывод резистора 5 соединен с первым выводом третьего резистора 7 и с первым выводом конденсатора 8. Резисторы 5 и 7 и конденсатор 8 образуют RC-фильтр 9, вход которого подключен к электродвигателю 1, а выход - к первому входу компаратора 4. Первые выводы четвертого 10 и пятого 11 резисторов соединены между собой. Второй вывод четвертого резистора 10 подключен к первому выводу источника 2 питания, а второй вывод пятого резистора 11 подключен к электродвигателю 1. Первый вывод шестого резистора 12 подключен к первому входу компаратора 4, второй вывод соединен с вторым выводом конденсатора 8, а их общая точка подключена к второму выводу источника 2 питания. Первый вход регулируемого источника 13 опорного напряжения подключен к второму выводу источника питания, второй вход - к общей точке соединения четвертого 10 и пятого 11 резисторов, а выход подключен к второму входу компаратора 4. Резисторы 6, 10, 12 и регулируемый источник опорного напряжения 13 образуют мостовую схему 14, подключенную к источнику 2 питания, а измерительный выход (точки "а", "б") подключен к входам компаратора 4. Шунтирующий диод 15 подключен к электродвигателю 1.

Электропривод содержит корпус 16 с подвижной частью 17, механически связанной с ползунком 18 переменного резистора 19, входящего в состав источника 13 опорного напряжения, один из вариантов которого приведен на фиг. 1. Между источником питания и мостовой схемой может быть включен фильтр радиопомех (не показан).

Электропривод работает следующим образом.

На входах компаратора 4, включенного в измерительную диагональ (точки "а" и "б") мостовой схемы 14, происходит сравнение двух напряжений: напряжения, снимаемого с регулируемого источника 13 опорного напряжения (точка "б"), и напряжения, снимаемого с электродвигателя 1 через RC-фильтр 9 (точка "а").

Если напряжение регулируемого источника 13 опорного напряжения больше напряжения электродвигателя (U_б > U_а), на выходе компаратора 4 появится напряжение, открывающее импульсный усилитель 3, и к якорю электродвигателя 1 прикладывается напряжение источника питания 2. Как только среднее значение напряжения электродвигателя 1 и выделенное RC-фильтром 9 превысит напряжение регулируемого источника 13 опорного напряжения, на выходе компаратора 4 появляется напряжение, закрывающее импульсный усилитель 3. Напряжение на выходе электродвигателя 1 и RC-фильтре 9 уменьшается. Процесс повторяется. Частота переключений определяется постоянной времени RC-фильтра 9 и зоной чувствительности компаратора 4 и параметрами импульсного усилителя 3. Среднее значение напряжения на электродвигателе 1 определяется соотношением длительности включенного и выключенного состояний импульсного усилителя 3.

Соответственно происходит нарастание и спад тока якоря электродвигателя 1. Скорость нарастания и спада тока определяется постоянной времени якорной цепи электродвигателя.

Стабилизация частоты вращения при изменении момента нагрузки на валу электродвигателя 1 осуществляется следующим образом. При увеличении (уменьшении) момента нагрузки уменьшается (увеличивается) частота вращения электродвигателя, уменьшается (увеличивается) напряжение, снимаемое с RC-фильтра 9. Уменьшается (увеличивается) потенциал точки "а" относительно точки "б" мостовой схемы 14. Увеличивается (уменьшается) напряжение на выходе компаратора 4, прикладываемое к входу импульсного усилителя 3. Входной транзиcтор импульcного уcилителя открываетcя (закрываетcя). Увеличиваетcя (уменьшаетcя) cреднее значение напряжения,приложенное к электродвигателю 1. Чаcтота вращения воccтанавливаетcя в пределах cтатичеcкой ошибки cиcтемы регулирования.

Аналогично проиcходит cтабилизация чаcтоты вращения при изменении напряжения питания. Дополнительная cтабилизация по напряжению питания оcущеcтвляетcя cледующим образом. При увеличении (уменьшении) напряжения иcточника питания 2 увеличиваетcя (уменьшаетcя) потенциал точки "а" делителя напряжения моcтовой cхемы 14. Уменьшитcя (увеличитcя) напряжение на выходе компаратора 4. Уменьшитcя (увеличитcя) наcыщение выходного транзиcтора импульcного уcилителя 3. Уменьшится (увеличится) среднее значение напряжения, приложенного к электродвигателю. Это приведет к уменьшению ошибки по частоте вращения электродвигателя при изменении напряжения источника 2 питания.

Резистор 11 выполняет роль отрицательной обратной связи по частоте вращения, действие которой заключается в следующем. При увеличении (уменьшении) момента нагрузки на валу электродвигателя 1 уменьшается (увеличивается) частота вращения, уменьшается (увеличивается) напряжение электродвигателя 1. Это напряжение через резистор 11 прикладывается к регулируемому источнику 13 опорного напряжения. Если потенциал точки "б" мостовой схемы 14 увеличивается (уменьшается), увеличивается (уменьшается) напряжение на выходе компаратора 4. Если выходной транзистор импульсного усилителя 3 дополнительно откроется (закроется), напряжение на электродвигателе увеличится (уменьшится). Погрешность по частоте вращения уменьшится.

Регулирование частоты вращения электродвигателя от минимального до максимального значения осуществляется изменением выходного напряжения опорного источника 13. Изменение напряжения опорного источника 13 осуществляется с помощью переменного резистора 19. Переменный резистор 19 жестко закреплен на неподвижной части 17 корпуса 16. Ползунок 18 переменного резистора 19 соединен с подвижной частью 17 корпуса 16.

Верхнему положению ползунка 18 переменного резистора 19 соответствует минимальное напряжение опорного источника 13 и минимальная частота вращения электродвигателя 1. Нижнему положению ползунка 18 переменного резистора 19 соответствует максимальное напряжение опорного источника 13 и максимальная частота вращения электродвигателя 1.

При нажатии на подвижную часть 17 корпуса 16 ползунок 18 переменного резистора 19 смещается, увеличивается напряжение опорного источника 13. Если компаратор 4 открывается, открывается выходной транзистор импульсного усилителя 3. Вал электродвигателя 1 начинает вращаться. По мере нажатия на подвижную часть 17 корпуса 16 увеличивается напряжение опорного источника 13 и увеличивается частота вращения электродвигателя 1. Диод 15 служит для защиты транзисторов импульсного усилителя 3 от импульсов ЭДС электродвигателя Пpи работе электродвигателя возникают радиопомехи, для их уменьшения между источником 2 питания и мостовой схемой 14 может быть включен фильтр радиопомех, который на чертеже не показан.

Таким образом, использование в электроприводе электрически уравновешенной мостовой схемы и обратной связи по частоте вращения позволяет повысить стабильность частоты вращения электродвигателя при изменении напряжения питания и момента нагрузки, уменьшить потери мощности и упростить электропривод за счет исключения источника задающего напряжения.

Использование: для регулирования и стабилизации частоты вращения электродвигателя в широком диапазоне. Сущность: электропривод постоянного тока содержит корпус, электродвигатель, подключенный к выводам источника питания через импульсный усилитель, вход которого подключен к выходу компаратора, первый и второй резисторы, первые выводы которых соединены между собой и подключены к первому входу компаратора, второй вывод первого резистора подключен к первым выводам третьего резистора, четвертый и пятый резисторы, первые выводы которых соединены между собой, второй вывод четвертого резистора подключен к минусу источника питания, а второй вывод пятого резистора подключен к электродвигателю. Новым является то, что в него введен шестой резистор и регулируемый источник опорного напряжения, один вход которого подключен к плюсу источника питания, второй вход - к общей точке соединения четвертого и пятого резисторов, а регулируемый выход - к второму входу компаратора, первый выход шестого резистора подключен к первому входу компаратора, второй вывод - к второму выводу конденсатора и к плюсу источника питания, второй вывод третьего резистора подключен к выходу импульсного усилителя, а второй вывод второго резистора - к минусу источника питания, при этом второй, четвертый, шестой резисторы и регулируемый источник опорного напряжения образуют мостовую схему. Кроме того, корпус имеет подвижную часть, механически связанную с выходом регулируемого источника опорного напряжения, а между источником питания и мостовой схемой может быть включен фильтр радиопомех. Такое подключение позволит упростить электропривод, улучшить его весогабаритные показатели и повысить стабильность частоты вращения электродвигателя при изменении напряжения питания. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий корпус, электродвигатель, подключенный к выводам источника питания через импульсный усилитель, вход которого подключен к выходу компаратора, первый и второй резисторы, первые выводы которых соединены между собой и подключены к первому входу компаратора, второй вывод первого резистора подключен к первым выводам третьего резистора и конденсатора, четвертый и пятый резисторы, первые выводы которых соединены между собой, второй вывод четвертого резистора подключен к первому выводу источника питания, а второй вывод пятого резистора - к электродвигателю, отличающийся тем, что в него введены шестой резистор и регулируемый источник опорного напряжения, один вход которого подключен к второму выводу источника питания, второй вход - к общей точке соединения четвертого и пятого резисторов, а выход - к второму входу компаратора, первый вывод шестого резистора подключен к первому входу компаратора, второй вывод - к вторым выводам конденсатора и источника питания, второй вывод третьего резистора подключен к выходу импульсного усилителя, а второй вывод второго резистора - к первому выводу источника питания, при этом второй, четвертый и шестой резисторы и регулируемый источник опорного напряжения образуют мостовую схему. 2. Электропривод по п. 1, отличающийся тем, что его корпус имеет подвижную часть, механически связанную с регулируемым источником опорного напряжения. 3. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что между источником питания и мостовой схемой включен фильтр радиопомех.