ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 1997 года по МПК H02P5/418 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования частоты вращения электродвигателей постоянного тока при питании от сети переменного тока.

Известен электропривод постоянного тока, содержащий коллекторный электродвигатель постоянного тока, якорная обмотка которого шунтирована диодом и через силовой ключ включена в диагональ выпрямительного моста, параллельно включенные в диагональ второго выпрямительного моста стабилизатор и делитель напряжения, выход которого 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.

Недостатком известного электропривода является неустойчивая работа при колебаниях напряжения сети, особенно при работе электропривода на напряжениях, близких к максимальному. Это обусловлено тем, что при при заданном, стабильном уровне напряжения на неинвертирующем входе компаратора уровень переменного напряжения на инвертирующем входе изменяется при изменении напряжения в сети, и, следовательно, меняется время срабатывания компаратора, управляющего силовым ключом.

Целью изобретения является повышение стабильности регулирования частоты вращения.

Поставленная цель достигается тем, что в электроприводе постоянного тока, содержащем коллекторный электродвигатель постоянного тока, якорная обмотка которого шунтирована диодом и через силовой ключ включена в диагональ выпрямительного моста, стабилизатор напряжения, делитель напряжения, выход которого подключен к инвертирующему входу компаратора, выход которого соединен со входом силового ключа, задатчик частоты вращения, выход которого соединен с неинвертирующим входом компаратора, дополнительно введены диод и активный фильтр нижней частоты, вход которого соединен с выходом делителя напряжения, включенного в диагональ выпрямительного моста, а выход активного фильтра нижней частоты соединен со входом задатчика частоты вращения, при этом якорная обмотка с силовым ключом включена в диагональ выпрямительного моста через дополнительный диод.

На фиг. 1 приведена функциональная схема электропривода постоянного тока; на фиг. 2 форма электрического сигнала: на инвертирующем U-к

и неинвертирующем U+к входах компаратора (а), на выходе активного фильтра нижней частоты U_ф (а), на электродвигателе U_дв (б).

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 и входом активного фильтра нижней частоты 9. Выход активного фильтра 9 соединен со входом задатчика частоты вращения 10, выход которого соединен с неинвертирующим входом компаратора 8. Выход компаратора 8 подключен ко входу силового ключа 3.

Электропривод работает следующим образом. При включении электропривода в сеть переменного тока на функциональные элементы схемы поступает постоянное напряжение питания U_п с выхода стабилизатора напряжения 7. Одновременно на инвертирующий вход компаратора 8 с выхода делителя 6 подается сетевое выпрямленное напряжение U-к

в виде полуволн положительной полярности и амплитудой, не превышающей допускаемого входного напряжения компаратора (см. фиг. 2а), а на неинвертирующий вход подается постоянное напряжение U+к с выхода задатчика частоты вращения 10, которое (в зависимости от положения органа управления задатчиком частоты вращения) может устанавливаться от 0 до напряжения U_ф (см. фиг. 2а). При этом, когда постоянное напряжение U+кф на неинвертирующем входе превышает переменное напряжение U-к на инвертирующем входе, компаратор 8 срабатывает и открывает силовой ключ 3. Таким образом, длительность τ открытого состояния силового ключа (см. фиг. 2б) определяется величиной напряжения U+к на выходе задатчика частоты вращения, и, следовательно, задавая напряжение U+к, можно регулировать величину напряжения на электродвигателе 1 от нуля до максимального сетевого напряжения (см. фиг. 2б).

При колебаниях напряжения в сети изменяется амплитуда переменного напряжения U-к

на инвертирующем входе компаратора, но практически одновременно меняется величина напряжения U_ф на выходе активного фильтра 9 (см. фиг. 2а). Так как выходное напряжение U_ф активного фильтра 9 является входным для задатчика частоты вращения 10, то напряжение U+к на неинвертирующем входе компаратора отслеживает колебания напряжения в сети, и, следовательно, длительность τ открытого состояния силового ключа 3 практически не изменяется (см. фиг. 2б). Это позволяет исключить значительные колебания напряжения на электродвигателе при изменении сетевого напряжения, особенно при работе электродвигателя электропривода на напряжениях, близких к максимальному. Использование активного фильтра низких частот позволяет получить низкий уровень пульсаций выходного постоянного напряжения U_ф при сохранении высоких динамических характеристик фильтра.

Задавая коэффициент передачи К_п активного фильтра низкой частоты, можно изменять значения напряжения U_ф на задатчике частоты вращения и, следовательно, устанавливать необходимый диапазон регулирования напряжения U_дв на электродвигателе при сохранении максимального хода органа управления задатчиком частоты вращения.

Дополнительный диод 4 исключает попадание через делитель напряжения 6 на инвертирующий вход компаратора 8 ЭДС электродвигателя, коллекторных пульсаций и импульсов напряжения, возникающих при срабатывании силового ключа. Это обеспечивает устойчивую работу схемы электропривода независимо от типа применяемого электродвигателя (универсальный коллекторный или с возбуждением от постоянных магнитов), от состояния щеточно-коллекторного узла и др. факторов.

Предлагаемый электропривод апробирован в составе привода бытовых швейных машин "Чайка-143 А", оверлоков "Крош", "Прима" на базе универсальных коллекторных электродвигателей мощностью до 60 Вт. Результаты испытаний показали достаточно высокие потребительские качества электропривода: стабильная и устойчивая работа при значительных колебаниях напряжения в сети (до 50), возможность установки необходимого диапазона регулирования частоты вращения при сохранении максимального хода органа управления задатчиком частоты вращения (например, крышки педали).

Функциональные элементы схемы электропривода могут быть реализованы на различных общеизвестных в электронной технике схемных решениях и конструктивно могут быть реализованы на различных сериях полупроводниковых приборов. На фиг. 1 приведен пример реализации электропривода на базе операционных усилителей, при этом вся схема может быть достаточно компактно реализована на базе одной микросхемы КР 1401 УД2Б, содержащей четыре операционных усилителя и допускающей однополярное питание.

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.

Использование: для регулирования частоты вращения электродвигателей постоянного тока при питании от сети переменного тока. Сущность: электропривод постоянного тока содержит коллекторный электродвигатель постоянного тока, якорная обмотка которого шунтирована диодом и через силовой ключ включена в диагональ выпрямительного моста, стабилизатор напряжения, вход которого подключен к инвертирующему входу компаратора. Выход компаратора соединен со входом силового ключа, задатчик частоты вращения, выход которого соединен с неинвертирующим входом компаратора. Для повышения стабильности регулирования частоты вращения в электропривод введены диод и активный фильтр нижней частоты, вход которого соединен с выходом делителя напряжения, включенного в диагональ выпрямительного моста, а выход активного фильтра нижней частоты соединен со входом задатчика частоты вращения, при этом якорная обмотка с силовым ключом включена в диагональ выпрямительного моста через дополнительный диод. 2 ил.

Электропривод постоянного тока, содержащий коллекторный электродвигатель постоянного тока, якорная обмотка которого шунтирована диодом и через силовой ключ включена в диагональ выпрямительного моста, стабилизатор напряжения, делитель напряжения, выход которого подключен к инвертирующему входу компаратора, выход которого соединен с входом силового ключа, задатчик частоты вращения, выход которого соединен с неинвертирующим входом компаратора, отличающийся тем, что в него дополнительно введены диод и активный фильтр нижней частоты, вход которого соединен с выходом делителя напряжения, включенного в диагональ выпрямительного моста, а выход активного фильтра нижней частоты соединен с входом задатчика частоты вращения, при этом якорная обмотка с силовым ключом включена в диагональ выпрямительного моста через дополнительный диод.