ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 1997 года по МПК H02P5/165 

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 в широком диапазоне (от нуля до максимальной), а также минимальный уровень радиопомех по сети, создаваемых электроприводом.

Известен электропривод постоянного тока, представляющий собой тринисторный регулятор [1] содержащий коллекторный электродвигатель постоянного тока, шунтирующий якорную обмотку диод, силовой ключ, выполненный на тринисторе, выпрямительный мост, стабилизатор напряжения, генератор импульсов, при этом якорная обмотка электродвигателя включена через силовой ключ в диагональ выпрямительного моста, а 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 и элементов защиты от радиопомех.

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

Поставленная цель достигается тем, что в электропривод, содержащий 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 диод, резистор, компаратор и делитель напряжения, при этом якорная обмотка с силовым ключом включена в диагональ выпрямительного моста через дополнительный диод, а делитель напряжения непосредственно, выход делителя напряжения соединен с инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого подключен к выходу задатчика частоты вращения, а выход компаратора соединен через резистор с входом силового ключа, выполненного на полевом транзисторе.

На фиг. 1 приведена функциональная схема электропривода постоянного тока; на фиг. 2 форма электрического сигнала: на инвертирующем входе компаратора и на выходе задатчика частоты вращения U_зд. (а), на выходе компаратора (б), после дополнительного диода (в), на электродвигателе (г).

Электропривод содержит коллекторный электродвигатель постоянного тока 1, якорная обмотка которого шунтирована диодом 2 и через силовой ключ 3 и дополнительный диод 4 включена в диагональ выпрямительного моста 5. Делитель напряжения 6 и стабилизатор напряжения 7 параллельно включены в диагональ выпрямительного моста 5. Выход делителя напряжения 6 соединен с инвертирующим входом компаратора 8, неинвертирующий вход которого соединен с выходом задатчика частоты вращения 9. Выход компаратора 8 соединен через резистор 10 с входом силового ключа 3, выполненного на полевом транзисторе.

Электропривод работает следующим образом.

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

Пока постоянное напряжение на неинвертирующем входе компаратора 8 ниже переменного напряжения на инвертирующем входе, выходное напряжение компаратора равно нулю, силовой ключ 3 закрыт, цепь питания якорной обмотки электродвигателя 1 разомкнута и вал электродвигателя не вращается. Как только постоянное напряжение на неинвертирующем входе компаратора превысит напряжение на инвертирующем входе, компаратор 8 сработает и на его выходе появляется напряжение положительной полярности (см. фиг.2,6), силовой ключ 3 открывается, через якорную обмотку электродвигателя 1 начинает протекать ток и вал электродвигателя вращается. Длительность открытого состояния силового ключа 3 определяется величиной напряжения на выходе задатчика частоты вращения 9 и, следовательно, задавая напряжение на выходе задатчика частоты вращения, можно регулировать величину напряжения на электродвигателе 1 от нуля до максимального сетевого напряжения (см. фиг. 2,г), что позволяет управлять частотой вращения в широком диапазоне.

Дополнительный диод 4 исключает попадание через делитель напряжения 6 на инвертирующий вход компаратора 8 импульсов напряжения положительной полярности, возникающих при вращении вала электродвигателя (коллекторные пульсации) и в моменты срабатывания силового ключа, а также противо-ЭДС, в случае применения в электроприводе электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов. Это обеспечивает устойчивую работу схемы электропривода независимо от типа применяемого электродвигателя (универсальный коллекторный или с возбуждением от постоянных магнитов), состояния щеточно-коллекторного узла и т.п.

Выход компаратора 8 подключен к входу силового ключа 3 через резистор 10, который вместе с входной емкостью Сз-и полевого транзистора (составляющей, например, для транзистора КП707 В2 ≈ 1000 пФ) образует фильтр нижней частоты (см. фиг.1), увеличивающий длительность переднего и заднего фронтов выходных импульсов компаратора. Это позволяет снизить крутизну фронтов импульсов тока через якорную цепь электродвигателя и тем самым снизить уровень радиопомех по сети, создаваемых электроприводом.

Предлагаемый электропривод спроектирован в составе привода швейной машины "Чайка-134А" с электродвигателями постоянного тока мощностью 40 В (с возбуждением от постоянных магнитов и универсальным коллекторным с последовательным возбуждением). Результаты испытаний показали достаточно высокие потребительские качества электропривода (широкий диапазон регулирования частоты вращения, плавное регулирование частоты вращения практически во всем диапазоне, низкий уровень радиопомех по сети).

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

Таким образом введение в схему электропривода дополнительных функциональных элементов и новых связей между ними позволяет повысить потребительские и технические качества устройств, в которых используется электропривод, а также снизить уровень радиопомех и тем самым значительно упростить или исключить схемы и элементы защиты от радиопомех.

Использование: для регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока при питании его от сети переменного тока преимущественно в устройствах бытового назначения, где требуется плавное управление частотой вращения в широком диапазоне частот, при этом уровень радиопомех по сети, создаваемых электроприводом, должен быть минимальным. Сущность изобретения: электропривод постоянного тока содержит коллекторный электродвигатель постоянного тока, силовой ключ, выпрямительный мост, задатчик частоты вращения, стабилизатор напряжения. Дополнительно введенные в электропривод диод, резистор, компаратор и делитель напряжения и соответствующие связи между функциональными элементами позволяют обеспечить широкий диапазон регулирования частоты вращения электродвигателя, минимальный уровень радиопомех, линейность регулирования. Силовой ключ выполнен на полевом транзисторе. 2 ил.

Электропривод постоянного тока, содержащий коллекторный электродвигатель постоянного тока, якорная обмотка которого шунтирована диодом и через силовой ключ включена в диагональ выпрямительного моста, задатчик частоты вращения, стабилизатор напряжения, отличающийся тем, что в него дополнительно введен диод, резистор, компаратор и делитель напряжения, при этом якорная обмотка с силовым ключом включена в диагональ выпрямительного моста через дополнительный диод, а делитель напряжения непосредственно, выход делителя напряжения соединен с инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого подключен к выходу задатчика частоты вращения, а выход компаратора соединен через резистор с входом силового ключа, выполненного на полевом транзисторе.