ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 1995 года по МПК H02P5/418 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока при питании его от сети переменного тока, преимущественно в бытовых устройствах, где требуется плавное регулирование частоты вращения от нуля до максимальной, а также минимальный уровень радиопомех по сети, создаваемых электроприводом.

Известен электропривод постоянного тока, представляющий собой тринисторный регулятор, содержащий коллекторный электродвигатель постоянного тока, шунтирующий диод, силовой ключ, выпрямительный мост, стабилизатор напряжения, генератор импульсов, при этом якорная обмотка электродвигателя подключена через силовой ключ, выполненный на тринисторе, к выходу выпрямительного моста, причем вход силового ключа подключен к выходу генератора импульсов, цепь питания которого соединена с выходом задатчика частоты вращения, представляющего собой фазосдвигающую цепь. Принцип работы электропривода основан на двухполупериодном фазовом управлении тринистором.

Недостатком известного электропривода является ограничение на значение минимальной частоты вращения вала электродвигателя вследствие неустойчивой работы тринисторного ключа при малых углах отсечки управляющего импульса. Кроме того, рассматриваемый электропривод создает высокий уровень радиопомех по сети, так как тринисторный ключ формирует импульсы тока с крутыми фронтами, управлять крутизной которых по цепи управления тринисторным ключом практически невозможно. Это приводит к необходимости установки габаритных и дорогостоящих схем защиты по силовой цепи.

Целью изобретения является расширение диапазона регулирования частоты вращения и снижение уровня радиопомех, создаваемых электроприводом.

Цель достигается тем, что в электроприводе, содержащем коллекторный электродвигатель постоянного тока, якорная обмотка которого шунтирована диодом и через силовой ключ включена в диагональ выпрямительного моста, задатчик частоты вращения, стабилизатор напряжения, дополнительно введены второй выпрямитель мост, компаратор и делитель напряжения, при этом стабилизатор напряжения и делитель напряжения параллельно включены в диагональ второго выпрямительного моста, выход делителя напряжения соединен с инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого подключен к выходу задатчика вращения, а выход компаратора соединен с входом силового ключа, выполненного на транзисторе, непосредственно или через дополнительно введенный фильтр нижней частоты.

На фиг.1 приведена функциональная схема электропривода постоянного тока; на фиг.2 форма электрического сигнала: а) на выходе второго выпрямительного моста и на выходе задатчика частоты вращения U_зд; б) на выходе компаратора; в) на выходе первого выпрямительного моста; г) на электродвигателе.

Электропривод содержит коллекторный электродвигатель 1 постоянного тока, якорная обмотка которого шунтирована диодом 2 и через силовой ключ 3 включена в диагональ выпрямительного моста 4. В диагональ второго выпрямительного моста 5 параллельно включены делитель 6 напряжения и стабилизатор 7 напряжения. Выход делителя 6 напряжения соединен с инвертирующим входом компаратора 8, неинвертирующий вход которого соединен с выходом задатчика 9 частоты вращения. Выход компаратора 8 соединен с входом силового ключа 3 непосредственно или через фильтр 10 нижней частоты.

Электропривод работает следующим образом.

При включении электропривода в сеть переменного тока на компаратор 8 и задатчик 9 частоты вращения поступает постоянное напряжение питания с выхода стабилизатора 7 напряжения. Одновременно на инвертирующий вход компаратора 8 с выхода делителя 6 напряжения подается сетевое выпрямленное напряжение в виде полуволн положительной полярности и амплитудой, не превышающей величины допускаемого входного напряжения компаратора 8, а на неинвертирующий вход компаратора 8 подается постоянное напряжение с выхода задатчика 9 частоты вращения, которое может устанавливаться в пределах от 0 до напряжения питания (см.фиг.2а).

Когда постоянное напряжение на неинвертирующем входе компаратора 8 ниже переменного напряжения на неинвертирующем входе, выходное напряжение компаратора равно нулю, силовой ключ 3 закрыт, цепь питания якорной обмотки электродвигателя 1 разомкнута и вал электродвигателя 1 не вращается. Как только постоянное напряжение на неинвертирующем входе компаратора превысит напряжение на инвертирующем входе, компаратор 8 срабатывает, и на его выходе появляется напряжение положительной полярности (см.фиг.2б); силовой ключ 3 открывается, через якорную обмотку электродвигателя 1 протекает ток и вал электродвигателя начинает вращаться. Длительность открытого состояния силового ключа 3 определяется величиной напряжение на выходе задатчика 9 частоты вращения, и, следовательно, задавая напряжение на выходе задатчика 9 частоты вращения, можно регулировать величину напряжения на электродвигателе 1 от нуля до максимального сетевого напряжения за вычетом падения напряжения на открытом ключе (составляющем, например, для транзистора КТ834 Б 2 В). Это позволяет управлять частотой вращения вала электродвигателя в широком диапазоне.

Выход компаратора 8 может быть подключен к входу силового ключа 3 через фильтр 10 нижних частот, который увеличивает длительность переднего и заднего фронтов импульсов на выходе компаратора 8, поступающих на вход силового ключа 3 на транзисторе. Это позволяет снизить крутизну фронтов импульсов тока через якорную обмотку электродвигателя 1, что приводит к понижению уровня радиопомех по сети, создаваемых электроприводом.

Предлагаемый электропривод апробирован в составе привода с электродвигателем постоянного тока мощностью 40 Вт к швейной машине "Чайка-3М". Результаты испытаний показали достаточно высокие потребительские качества привода: плавное регулирование частоты вращения вала машины, плавный запуск, отсутствие рывков и устойчивая работа на малых частотах вращения; уровень радиопомех по сети не превышал 45 дБ во всем диапазоне частот по ГОСТ 23511-79. Электропривод технологичен при изготовлении, так как не требуется настройки схемы при изготовлении и сборке.

Функциональные элементы схемы электропривода могут быть реализованы на различных общеизвестных в электронной технике схемных решениях и конструктивно могут быть выполнены на различных сериях полупроводниковых приборов и микросхем.

Таким образом, введение в схему электропривода дополнительной цепи, включающей выпрямительный мост, делитель напряжения и компаратор, а также применение силового ключа на транзисторе и новых связей между функциональными элементами позволяет плавно регулировать частоту вращения вала электродвигателя от нуля до максимального значения, что позволяет значительно повысить потребительские и технические качества устройств, в которых используется электропривод. Кроме того, введение фильтра нижних частот между выходом компаратора и входом силового ключа позволяет существенно снизить уровень радиопомех по сети и тем самым значительно упростить или полностью исключить схемы защиты от радиопомех из устройств, где установлен предлагаемый электропривод.

Использование: в электротехнике для регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока при питании его от сети переменного тока, преимущественно в бытовых устройствах, где требуется плавное регулирование частоты вращения от нуля до максимальной, а также минимальный уровень радиопомех по сети, создаваемых электропроводом. Сущность: электропривод постоянного тока содержит коллекторный электродвигатель постоянного тока, силовой ключ, выпрямительный мост, задатчик частоты вращения, стабилизатор напряжения. Дополнительно введенные в электропривод второй выпрямительный мост, компаратор и делитель напряжения позволяют расширять диапазон регулирования частоты вращения. Фильтр нижних частот позволяет снизить уровень радиопомех по сети, создаваемых электроприводом. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий коллекторный электродвигатель постоянного тока, якорная обмотка которого шунтирована диодом и через силовой ключ включена в диагональ первого выпрямительного моста, задатчик частоты вращения, стабилизатор напряжения, отличающийся тем, что в него дополнительно введены второй выпрямительный мост, компаратор и делитель напряжения, при этом стабилизатор напряжения и делитель напряжения параллельно включены в диагональ второго выпрямительного моста, выход делителя напряжения соединен с инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого подключен к выходу задатчика частоты вращения, а выход компаратора соединен с входом силового ключа, выполненного на транзисторе. 2. Электропривод по п. 1, отличающийся тем, что в него дополнительно введен фильтр нижней частоты, при этом выход компаратора соединен с входом силового ключа через фильтр нижней частоты.