ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 1997 года по МПК H02P5/16 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах для регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока, например, в устройствах записи и воспроизведения звука.

Известен электропривод постоянного тока, содержащий тахометрический мост, напряжение питания на который подается через регулирующий транзистор, а в измерительную диагональ мостовой схемы включены источник опорного напряжения и три транзистора, один из которых включен инверсно (1).

Недостатком такого устройства является наличие одной частоты вращения, что ограничивает его функциональные возможности.

Наиболее близким к предлагаемому является электропривод постоянного тока, содержащий последовательно соединенные электродвигатель, первый резистор и регулирующий транзистор, подключенные к выводам для питания, делитель напряжения, один вывод которого подключен к коллектору регулирующего транзистора, а его средний вывод подключен к базе первого транзистора, эмиттер которого через второй резистор соединен с отрицательным выводом питания и с эмиттером второго транзистора, база которого через источник опорного напряжения подключена к общей точке соединения электродвигателя и первого резистора, коллектор второго транзистора соединен с положительным выводом питания через третий резистор, база регулирующего транзистора соединена с коллектором первого транзистора и через четвертый резистор с положительным выводом питания, пятый и шестой резисторы и выключатель, причем второй вывод делителя напряжения через пятый резистор подключен к отрицательному выводу питания и к одному из выводов выключателя, второй вывод выключателя через шестой резистор подключен к эмиттеру первого транзистора (2).

Недостатком такого электропривода является снижение надежности при запуске электродвигателя, при использовании, например, схемы запуска, приведенной в (2) или (3).

При определенном сочетании характеристик транзисторов дифференциального усилителя (транзисторы 5,7) и параметров мостовой схемы в начальный момент отпирания регулирующего транзистора 3 откроется транзистор 7 дифференциального усилителя, который закроет запускающий диод, при запуске по а.с.(2) или запускающий транзистор при запуске по а.с.(3) раньше, чем произошел запуск электродвигателя.

Предлагаемый электропривод устраняет указанные недостатки.

Это достигается тем, что в электропривод постоянного тока, содержащий последовательно соединенные электродвигатель, первый резистор и регулирующий транзистор, подключенные к выводам для питания, делитель напряжения, один вывод которого подключен к коллектору регулирующего транзистора, а его средний вывод подключен к базе первого транзистора, эмиттер которого через второй резистор соединен с отрицательным выводом питания и с первым выводом третьего резистора, второй вывод которого через выключатель соединен с другим выводом делителя напряжения и с отрицательным выводом через четвертый резистор, второй транзистор, база которого через источник опорного напряжения подключена к общей точке соединения электродвигателя и первого резистора, коллектор первого транзистора соединен с базой регулирующего транзистора и через пятый резистор с положительным выводом, эмиттер регулирующего транзистора соединен с первым выводом шестого резистора, коллектор второго транзисторов соединен с эмиттером первого транзистора, его эмиттер со вторым выводом шестого резистора и через запускающий диод соединен с базой первого транзистора.

При этом подключении элементов электропривода второй транзистор оказывается включенным инверсно. При инверсном включении транзистора увеличивается время протекания переходных процессов и ухудшаются его частотные свойства (4). Это позволяет в момент запуска электродвигателя вначале полностью открыться первому транзистору, произвести надежное отпирание регулирующего транзистора и только после полного отпирания регулирующего транзистора и запуска электродвигателя открыться второму инверсно включенному транзистору. Такое подключение элементов позволяет повысить надежность запуска электропривода.

На чертеже приведена схема электропривода. Электропривод содержит последовательно соединенные электродвигатель 1, первый резистор 2, регулирующий транзистор 3, подключенные к положительному и отрицательному выводам. Делитель напряжения 4, один вывод которого подключен к коллектору регулирующего транзистора, а его средняя точка подключена к базе первого транзистора 5, эмиттер которого через второй резистор 6 соединен с отрицательным выводом и непосредственно с коллектором второго транзистора 7. База второго транзистора 7 через источник опорного напряжения 8 подключена к общей точке соединения электродвигателя 1 и первого резистора 2.

Эмиттер второго транзистора 7 соединен с положительным выводом через шестой резистор 9. База регулирующего транзистора 3 соединена непосредственно с коллектором первого транзистора 5 и через пятый резистор 10 с положительным выводом. Второй вывод делителя напряжения 4 через четвертый резистор 11 соединен с отрицательным выводом и непосредственно к одному из выводов выключателя 12, второй вывод которого через третий резистор 13 подключен к эмиттеру первого транзистора 5. Электродвигатель 1, первый резистор 2, делитель напряжения 4 и четвертый резистор 11 образуют тахометрический мост 14. Эмиттер второго транзистора 7 соединен 7 соединен с базой первого транзистора 5 через запускающий диод 15.

Электропривод работает следующим образом. При подключении источника питания потечет ток от "+" источника питания через шестой резистор 9, диод 15, база эмиттерный переход транзистора 5, второй резистор 6 к "-" источника питания. Откроется транзистор 5, который откроет регулирующий транзистор 3. После открытия регулирующего транзистора 3 напряжение от источника поступает на мостовую схему 14 и электродвигатель 1. Электродвигатель 1 набирает обороты. После открытия регулирующего транзистора 3 и запуска электродвигателя открывается второй транзистор 7, который закроет запускающий диод 15.

Устройство работает следующим образом.

При подключении источника питания и открытия регулирующего транзистора, когда выключатель отключен, электродвигатель работает на низкой частоте вращения. Стабилизация частоты вращения осуществляется следующим образом.

Напряжение в измерительной диагонали тахометрического мoста (точки а и б) равно: U_аб=U_оп+ U_бк7- U_бэ5 где U_оп - напряжение опорного источника, U_бк7 напряжение на переходе база-коллектор транзистора 7, U_бэ5 напряжение на переходе база-эмиттер транзистора 5,
Уменьшение (увеличение) момента нагрузки на валу электродвигателя 1 приводит к увеличению (уменьшению) частоты вращения и ЭДС двигателя. Увеличивается (уменьшается) разность потенциалов между точками а и б измерительной диагонали. Это приведет к уменьшению (увеличению) настоящего транзистора 5 и регулирующего транзистора 3, к уменьшению (увеличению) напряжения на электродвигателе. Частота вращения восстановится в пределах статической ошибки устройства.

Для перехода на вторую верхнюю частоту вращения включается выключатель 12, при этом резистивный разбаланс плеч тахеометрического моста практически не происходит, т.к. величина сопротивления резистора 11 значительно меньше сопротивления плеч делителя напряжения.

После включения выключателя 12 ток от источника через резистор 11 значительно увеличится, а следовательно, значительно увеличится падение напряжения на этом резисторе. Падение напряжения на резисторе 11 суммируется с напряжением опорного источника 8 и напряжением на переходе база-коллектор транзистора 7. Результирующее напряжение увеличится, что приведет к дополнительному отпиранию управляющего транзистора 5 и регулирующего транзистора 3 и увеличению напряжения на электродвигателе 1. Электродвигатель перейдет на вторую верхнюю частоту вращения.

Стабилизация на верхней частоте вращения будет осуществляться так же как и на нижней частоте вращения.

Кроме того, падение напряжения на резисторе 11 является динамическим смещением для управляющего транзистора 5 под действием которого при увеличении (уменьшении) частоты вращения электродвигателя 1 управляющий транзистор 5 будет дополнительно запираться (отпираться), следовательно, будет подзапираться (приоткрываться) регулирующий транзистор 3, что приведет к дополнительному понижению (повышение) напряжения на электродвигателе 1 и к уменьшению ошибки частоты вращения электродвигателя.

Таким образом, благодаря такому включению элементов электропривода, при котором второй транзистор работает в инверсном режиме, при котором происходит затягивание его переходных процессов при запуске электродвигателя, т.е. вначале откроются первый и регулирующий транзистор и только после запуска электродвигателя откроется второй транзистор, который закроет запускающий диод, можно производить надежный запуск электродвигателя при различных сочетаниях параметров элементов мостовой схемы.

В настоящее время изготовлены и прошли испытания 20 шт. экспериментальных образцов электропривода. Проведенные испытания подтвердили надежную работоспособность электропривода в нормальных условиях и при воздействии положительных и отрицательных температур.

Использование: в устройствах для регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока, например, в устройствах записи и воспроизведения звука. Сущность: электропривод постоянного тока содержит последовательно соединенные первый резистор, регулирующий транзистор и электродвигатель. Кроме того, электропривод содержит делитель напряжения, два транзистора, эмиттер первого из которых соединен с отрицательным выводом источника питания через второй резистор и через третий резистор и выключатель. При этом эти транзисторы включены инверсно, что позволяет увеличить время переходного процесса транзистора, т.е. произвести надежный пуск электродвигателя при различных параметрах элементов схемы и характеристик транзисторов. 1 ил.

Электропривод постоянного тока, содержащий последовательно соединенные электродвигатель, первый резистор и регулирующий транзистор, подключенные к выводам для питания, делитель напряжения, один вывод которого подключен к коллектору регулирующего транзистора, а его средний вывод подключен к базе первого транзистора, эмиттер которого через второй резистор соединен с отрицательным выводом питания и с первым выводом третьего резистора, второй вывод которого через выключатель соединен с другим выводом делителя напряжения и с отрицательным выводом через четвертый резистор, второй транзистор, база которого через источник опорного напряжения подключена к общей точке соединения электродвигателя и первого резистора, коллектор первого транзистора соединен с базой регулирующего транзистора и через пятый резистор с положительным выводом, эмиттер регулирующего транзистора соединен с первым выводом шестого резистора, отличающийся тем, что коллектор второго транзистора соединен с эмиттером первого транзистора, его эмиттер с вторым выводом шестого резистора и через запускающий диод соединен с базой первого транзистора.