УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЧАСТОТОЙ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА КОЛЛЕКТОРНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Российский патент 1998 года по МПК H02P5/418 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для управления частотой вращения вала коллекторного электродвигателя переменного тока, а также мощностью инерционных потребителей, в том числе в условиях высокого уровня индустриальных помех.

Известны устройства управления частотой вращения вала коллекторного электродвигателя переменного тока, которые изменяют параметры питающего напряжения [1].

Известно устройство управления частотой вращения вала коллекторного электродвигателя переменного тока, использующее фазовое регулирование питающего напряжения, содержащее электронный ключ, управляющий вход которого подключен к выходу блока управления режимом работы, на другой вход которого подано напряжение питающей сети, а к выходу подключен коллекторный электродвигатель переменного тока [2].

Недостаток известного устройства состоит в том, что коммутация электродвигателя при фазовом сдвиге ϕ > 0 и, особенно, близком к ϕ = 90^o, вызывает ускоренный износ коллектора и щеток вследствие электроэрозии, что сокращает срок службы электродвигателя. Кроме того, работа электродвигателя с таким устройством управления сопровождается высоким уровнем электромагнитных помех.

Существенные признаки предлагаемого устройства управления частотой вращения вала коллекторного электродвигателя переменного тока и мощностью инерционных потребителей характеризуются тем, что устройство управления содержит электронный ключ, управляющий вход которого подключен к выходу блока управления режимом работы электронного ключа, на другой подано напряжение питающей сети, а к выходу подключен коллекторный электродвигатель переменного тока, причем блок управления режимом работы электронного ключа выполнен в виде триггера Шмитта, на вход которого поступает выпрямленное напряжение питающей сети, выход которого соединен с входом ждущего мультивибратора, выход которого соединен с входом счетного триггера, выход которого соединен с входом М-разрядного двоичного счетчика, выходы которого соединены с входами дешифратора, нулевой выход которого соединен с входом S RS-триггера, а остальные выходы соединены с входами узла задания режима работы, выход которого подключен к входу R RS-триггера, выход которого является выходом блока управления режимом работы электронного ключа.

Совокупность перечисленных существенных признаков характеризуется техническим эффектом, направленным на увеличение срока службы электродвигателя и снижение уровня электромагнитных помех в процессе регулирования частоты вращения его вала. Указанный эффект достигается за счет чередования активного (через двигатель протекает полный ток) и пассивного (ток через двигатель не протекает) циклов работы двигателя и синхронизации начала и конца активного цикла с моментами перехода питающего напряжения через ноль, т. е. сохранение синусоидальной формы напряжения питания. При этом из каждой следующих друг за другом последовательностей целого числа N периодов питающего напряжения исключается определенное число n целых периодов, в результате чего образуются циклы активного и пассивного режимов, состоящие из (N-n) и n периодов соответственно. При таком режиме питания средняя мощность, потребляемая электродвигателем, и частота вращения его вала зависят от соотношения (N-n)/N, а момент на валу, развиваемый электродвигателем в активном режиме, равен номинальному.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства управления частотой вращения вала коллекторного электродвигателя переменного тока, состоящая из электронного ключа и блока управления режимом его работы; на фиг.2 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства управления.

Блок управления режимом работы электронного ключа содержит триггер Шмитта 1, на вход которого поступает выпрямленное напряжение питающей сети. Выход триггера Шмитта 1 соединен с входом ждущего мультивибратора 2, выход ждущего мультивибратора 2 соединен с входом счетного триггера 3, выход которого соединен со входом М-разрядного двоичного счетчика 4. Параллельный код с выходов счетчика 4 поступает на вход дешифратора 5. Нулевой выход дешифратора 5 соединен с входом S RS-триггера 7, а выходы 1, 2,..., К подключены к входам узла задания режима работы 6, выход которого подключен к входу R RS-триггера 7. Выход RS-триггера 7, являющийся выходом блока управления режимом работы электронного ключа, подключен к управляющему входу электронного ключа 8, на другой вход которого подано напряжение питающей сети. К выходу электронного ключа 8 подключен коллекторный электродвигатель переменного тока 9 или другой инерционный потребитель.

Устройство управления (фиг. 1) работает следующим образом.

Выпрямленное пульсирующее напряжение питающей сети (фиг. 2,а) поступает на вход триггера Шмитта 1, на выходе которого в моменты, близкие к переходу напряжения питающей сети через ноль, формируются короткие прямоугольные импульсы. Первым сформированным импульсом запускается ждущий мультивибратор 2, генерирующий калиброванный по длительности импульс, который является вторичным импульсом синхронизации и во время действия которого устройство управления становится нечувствительным к импульсным помехам на его входе, что обеспечивает генерацию только одного синхроимпульса, совпадающего с моментом перехода синусоидального напряжения через ноль (фиг. 2,b). Длительность импульса, генерируемого ждущим мультивибратором, выбирается равным времени, в течение которого амплитуда входного сигнала (фиг.2,а) соизмерима с уровнем помех на входе триггера Шмитта 1. Генерируемые ждущим мультивибратором импульсы, совпадающие с началом полупериода питающего напряжения, поступают на вход счетного триггера 3, на выходе которого последовательность прямоугольных импульсов имеет период, равный периоду питающего напряжения (фиг.2,с). Сигнал с выхода счетного триггера поступает на вход двоичного М-разрядного счетчика, где осуществляется циклический (непрерывный) счет поступающих импульсов. Параллельный двоичный код с выходов счетчика дешифрируется дешифратором 5. Сигнал с нулевого выхода дешифратора (фиг.2,d) поступает на вход установки (S) RS-триггера 7, а сигнал с одного из выходов 1, 2,..., К (фиг. 2, е) в зависимости от состояния узла задания режима работы 5 подключается к входу сброса (R) RS-триггера 7. Таким образом, на выходе RS-триггера 7 формируется управляющий сигнал (фиг.2,f), открывающий электронный ключ 8, на другой вход которого подано напряжение питающей сети (фиг. 2g). Электронный ключ 8 подключает электродвигатель 9 к сети на время, определяемое состоянием узла задания режима работы 6. Временная диаграмма, иллюстрирующая заданный режим работы электродвигателя, представлена на фиг.2,h.

Использование: для управления частотой вращения вала коллекторного электродвигателя переменного тока и других инерционных потребителей, работающих в условиях высокого уровня индустриальных помех. Сущность изобретения: устройство, реализующее способ управления частотой вращения вала, содержит триггер Шмидта, ждущий мультивибратор, счетный триггер, М-разрядный двоичный счетчик, дешифратор, узел управления режимом, RS-триггер и электронный ключ. Это позволяет обеспечить сохранение синусоидальной формы напряжения питания коллекторного электродвигателя переменного тока в процессе управления частотой вращения вала и увеличение срока службы двигателя за счет снижения износа коллектора и щеток вследствие электроэрозии. 2 ил.

Устройство управления частотой вращения вала коллекторного электродвигателя переменного тока и мощностью инерционных потребителей, содержащее электронный ключ, управляющий вход которого подключен к выходу блока управления режимом работы электронного ключа, на другой вход которого подано напряжение питающей сети, а к выходу подключен коллекторный электродвигатель переменного тока, отличающееся тем, что блок управления режимом работы электронного ключа выполнен в виде триггера Шмитта, на вход которого поступает выпрямленное напряжение питающей сети, выход которого соединен с входом ждущего мультивибратора, выход которого соединен с входом счетного триггера, выход которого соединен с входом М-разрядного двоичного счетчика, выходы которого соединены с входами дешифратора, нулевой выход которого соединен с S-входом RS-триггера, а остальные выходы соединены с входами узла задания режима работы, выход которого подключен к R-входу RS-триггера, выход которого является выходом блока управления режимом работы электронного ключа.