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].

Однако такой электропривод имеет дополнительные электрические узлы (триггер, компенсатор, источник опорного напряжения).

Кроме того, запуск электродвигателя осуществляется импульсами (разгон-торможение), что приводит к затягиванию времени запуска, а возникающие при этом большие пусковые токи снижают надежность электропривода.

При этом демпфирующая емкость ухудшает фронты импульсов в режиме стабилизации, что приводит к дополнительному нагреву выходного транзистора и к снижению КПД.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, якорем подключенный через импульсный регулятор, датчик напряжения, подключенный к якорю электродвигателя, и регулятор скорости, вход которого соединен с источником задающего напряжения, дополнительные 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, конденсатор включен между точкой соединения первого и второго резисторов с общей шиной устройства [2].

Недостатками такого электропривода являются низкая стабильность частоты вращения при работе на минимальном напряжении питания и минимальном моменте нагрузки из-за ограниченности порога чувствительности датчика тока и дополнительные потери мощности на датчике тока при работе на максимальном напряжении питания, моменте нагрузки и в режиме запуска.

Это не позволяет регулировать частоту вращения электродвигателя в широком диапазоне.

Предлагаемый электропривод устраняет указанные недостатки.

Электропривод постоянного тока содержит корпус, электродвигатель, подключенный к первому выводу и через импульсный усилитель - ко второму выводу источника питания, компаратор, первый вход которого подключен к первому выводу источника задающего напряжения, а его выход подключен ко входу импульсного усилителя, первый и второй резисторы, первые выводы которых соединены между собой и подключены к первому выводу конденсатора, первый делитель напряжения, первый вывод которого подключен ко второму выводу источника питания, второй вывод подключен к электродвигателю и к второму выводу конденсатора, второй делитель напряжения, первый вывод которого подключен к второму выводу первого делителя, при этом второй вывод второго резистора подключен к выходу импульсного усилителя, второй вывод источника задающего напряжения подключен к средней точке первого делителя напряжения, второй вывод второго делителя напряжения подключен к второму выводу источника питания, а его средняя точка подключена к второму входу компаратора, при этом первый и второй делители напряжения образуют мостовую схему.

В предлагаемом электроприводе постоянного тока корпус включает подвижную и неподвижную части, на которых закреплены обмотки, входящие в состав источника задающего напряжения, а между источником питания и мостовой схемой может быть включен фильтр радиопомех.

На фиг. 1 приведена схема электропривода постоянного тока; на фиг.2 - источник задающего напряжения (вариант) и корпус с обмотками.

Электропривод содержит электродвигатель 1, подключенный к источнику 2 питания через импульсный усилитель 3, компаратор 4, первый вход которого подключен к первому выводу источника 5 задающего напряжения, первый 6 и второй 7 резисторы, первые выводы которых соединены между собой и подключены к первому выводу конденсатора 8, первый делитель 9 напряжения, первый вывод которого подключен к второму выводу источника 2 питания, второй вывод подключен к электродвигателю 1 и к второму выводу конденсатора 8, средняя точка делителя подключена к второму выводу первого резистора 6, второй делитель 10 напряжения, первый вывод которого подключен к общей точке соединения электродвигателя 1 и второго вывода конденсатора 8, второй вывод второго резистора 7 подключен к выходу импульсного усилителя 3, второй вывод источника 5 задающего напряжения подключен к средней точке первого делителя 9 напряжения, второй вывод второго делителя 10 напряжения подключен к второму выводу источника питания, а его средняя точка подключена к второму выводу компаратора 4. Первый и второй делители 9 и 10 напряжения образуют мостовую схему 11, резисторы 6 и 7 и конденсатор 8 образуют RS-фильтр 12. На схеме также показан диод 13 защиты.

Электропривод содержит корпус 14 с подвижной 15 и неподвижной 16 частями, на которых закреплены обмотки 17 генератора 18 импульсов и обмотки 19 детектора 20. Генератор 18 импульсов и детектор 20 с обмотками 17 и 19 образуют источник задающего напряжения 5.

Между источником 2 питания и мостовой схемой 11 может быть включен фильтр радиопомех (на чертеже не показан).

Электропривод работает следующим образом.

На входах компаратора 4, включенного в измерительную диагональ (точки а и б) мостовой схемы 11, происходит сравнение двух напряжений:
U_к = U_аб - U_з, где U_к - напряжение на входе компаратора;
U_аб - напряжение в измерительной диагонали мостовой схемы;
U_з - напряжение задающего источника.

Напряжение в диагонали мостовой схемы пропорционально частоте вращения электродвигателя, которое подается на мостовую схему через RС-фильтр 12.

Если напряжение задающего источника 5 больше напряжения в измерительной диагонали | U_з| > |U_аб| , компаратор 4 открыт, открыт выходной транзистор импульсного усилителя 3, и электродвигатель 1 включается под напряжение источника 2 питания. Как только среднее значение напряжения электродвигателя, выделенное RC-фильтром, превысит напряжение задающего источника 5, компаратор 4 закроется, и закроется выходной транзистор импульсного усилителя 3. Электродвигатель 1 выходит на заданную источником 5 задающего напряжения частоту вращения.

Стабилизация частоты вращения электродвигателя осуществляется изменением среднего значения напряжения, поступаемого на электродвигатель. Частота переключений определяется постоянной времени RC-фильтра 12 и зоной чувствительности компаратора 4. Среднее значение напряжения на электродвигателе 1 определяется соотношением длительности включенного и выключенного состояния импульсного усилителя 3.

Соответственно происходит нарастание и спад тока электродвигателя. Скорость нарастания и спада определяется постоянной времени якорной цепи электродвигателя. При изменении нагрузки на валу электродвигателя изменяется ток, протекающий через электродвигатель, изменяется потенциал точки а мостовой схемы 11, изменяется напряжение в измерительной диагонали U_аб. Это приводит к мгновенному переключению компаратора 4, импульсного усилителя 3, к изменению частоты переключения и к изменению среднего значения напряжения на электродвигателе 1.

Регулирование частоты вращения электродвигателя 1 осуществляется изменением напряжения задающего источника 5.

Изменение напряжения задающего источника 5 осуществляется изменением напряжения наводимого в обмотке 19 обмоткой 17 за счет изменения расстояния между обмотками.

Обмотка 17 генератора импульсов 18, жестко закреплена на неподвижной части корпуса 14, а обмотка 19 детектора 20 закреплена на подвижной части 15 или наоборот.

Верхнему положению подвижной части 15 корпуса 14 соответствует минимальное напряжение задающего источника 5 и минимальная частота вращения электродвигателя 1, минимальному расстоянию между обмотками 17 и 19 соответствует максимальное напряжение на выходе источника 5 задающего напряжения и максимальная частота вращения электродвигателя 1.

Изменение расстояния между обмотками осуществляется нажатием на подвижную часть 15 корпуса 14, при этом открывается компаратор 4 и выходной транзистор импульсного усилителя 3. Вал электродвигателя 1 начинает вращаться. По мере усиления нажатия на подвижную часть 15 уменьшается расстояние между обмотками 17 и 19, увеличивается напряжение на выходе задающего источника 5 и частота вращения электродвигателя 1.

Диод 13 служит для защиты транзисторов импульсного усилителя 3 от импульсов ЭДС электродвигателя.

Фильтр радиопомех (на чертеже не показан) служит для снижения пульсаций тока, возникающих при работе коллекторных электродвигателей.

Таким образом, используя в электроприводе постоянного тока электрически уравновешенную мостовую схему, на вход которой подключен источник питания, а в измерительную диагональ - компаратор, на входах которого происходит сравнение напряжения, снимаемого с электродвигателя, и напряжения задающего источника, позволило повысить стабильность частоты вращения электродвигателя при работе на минимальном напряжении питания и моменте нагрузки, снизить потери мощности при работе на максимальном напряжении питания и максимальном моменте нагрузки и расширить диапазон регулирования частоты вращения, не усложняя устройство в целом.

В настоящее время изготовлены десять экспериментальных образцов предлагаемого электропривода. Проведенные испытания подтвердили работоспособность предлагаемого решения.

Использование: для регулирования и стабилизации частоты вращения электродвигателей постоянного тока. Сущность: электропривод содержит корпус, электродвигатель, подключенный к первому выводу и через импульсивный усилитель к второму выводу источника питания, компаратор, первый вход которого подключен к первому выводу источника задающего напряжения, а его выход подключен к входу импульсивного усилителя, первый и второй резисторы, первые выводы которых соединены между собой и подключены к первому выводу конденсатора, первый делитель напряжения, первый вывод которого подключен к второму выводу источника питания, второй вывод подключен к электродвигателю и к второму выводу конденсатора, средняя точка подключена к второму выводу первого резистора, второй делитель напряжения, первый вывод которого подключен к второму выводу первого делителя напряжения. Новым является то, что второй вывод второго резистора подключен к выходу импульсивного усилителя, второй вывод источника задающего напряжения подключен к средней точке первого делителя напряжения, второй вывод второго делителя напряжения подключен к второму выводу источника питания, а его средняя точка подключена к второму входу компаратора, при этом первый и второй делители напряжения образуют мостовую схему. Предусмотрена возможность выполнения корпуса в виде педали, на подвижной части которой находится обмотка, входящая в состав источника задающего напряжения. Между источником питания и мостовой схемой включен филбтр радиопомех. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий корпус, электродвигатель, подключенный к первому выводу и через импульсный усилитель - к второму выводу источника питания, компаратор, первый вход которого подключен к первому выводу источника задающего напряжения, а его выход подключен к входу импульсного усилителя, первый и второй резисторы, первые выводы которых соединены между собой и подключены к первому выводу конденсатора, первый делитель напряжения, первый вывод которого подключен к второму выводу источника питания, второй вывод подключен к электродвигателю и второму выводу конденсатора, средняя точка подключена к второму выводу первого резистора, второй делитель напряжения, первый вывод которого подключен к второму выводу первого делителя напряжения, отличающийся тем, что второй вывод второго резистора подключен к выходу импульсного усилителя, второй вывод источника задающего напряжения подключен к средней точке первого делителя напряжения, второй вывод второго делителя напряжения подключен к второму выводу источника питания, а его средняя точка подключена к второму входу компаратора, при этом первый и второй делители напряжения образуют мостовую схему. 2. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что корпус включает подвижную и неподвижную части, на которых находятся обмотки, входящие в состав источника задающего напряжения. 3. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что между источником питания и мостовой схемой включен фильтр радиопомех.