ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 1999 года по МПК H02P5/06 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования и стабилизации частоты вращения электродвигателей постоянного тока.

Известен электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, связанный через силовой ключ с источником питания, два высокочастотных трансформатора, генератор высокой частоты, конденсаторы, включенные между противоположными пластинами коллектора, компаратор, фильтр нижней частоты, регулируемый таймер, выполняющий функции задатчика частоты вращения, схему совпадения, триггер, усилитель мощности [1].

Принцип работы электропривода заключается в том, что резонансный колебательный контур, образованный в якорной цепи электродвигателя вторичными обмотками высокочастотных трансформаторов и конденсаторами, передает в цепь обратной связи пачки высокочастотных колебаний во время прохождения под щетками электродвигателя ламелей, к которым подпаян конденсатор. При этом частота следования пачек высокочастотных колебаний соответствует частоте вращения электродвигателя.

Недостатком известного электропривода является необходимость использования в электроприводе электродвигателя со специальным якорем, имеющим встроенные конденсаторы, а также сложную схему управления.

Целью изобретения является упрощение конструкции и схемы электропривода.

Поставленная цель достигается тем, что в электропривод, содержащий электродвигатель, подключенный к источнику питания через силовой ключ и дроссель, генератор высокой частоты, конденсаторы, компаратор, фильтр нижней частоты, регулятор с задатчиком частоты вращения, дополнительно введены катушка индуктивности, демодулятор, одновибратор, при этом выход генератора высокой частоты через конденсатор одновременно подключен к щетке электродвигателя через катушку индуктивности и к входу демодулятора через второй конденсатор, выход демодулятора соединен с одним из входов регулятора, через последовательно включенные компаратор, одновибратор и фильтры нижней частоты, а корпус электродвигателя подключен к общей шине, при этом индуктивность катушки составляет 0,005 - 0,01 от индуктивности секции якорной обмотки, а генератор высокой частоты настроен на частоту

где C_к - конструктивная емкость коллекторная пластина-корпус;
f_р - резонансная частота последовательного колебательного контура, образованного индуктивностью L катушки и конструктивной емкостью C_к.

На фиг. 1 приведена функциональная схема электропривода постоянного тока;
на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема последовательного колебательного контура, образованного катушкой индуктивности и конструктивной емкостью коллекторная пластина-корпус;
на фиг. 3 - форма электрического сигнала: на входе компаратора (б); на входе одновибратора (в) и на выходе одновибратора (г).

Электропривод содержит коллекторный электродвигатель постоянного тока 1, подключенный к источнику питания 2 через дроссель 3 и силовой ключ 4. Выход генератора высокой частоты 5 через разделительный конденсатор 6 одновременно подключен к щетке электродвигателя 1 через катушку индуктивности 7 и к входу демодулятора 8 через второй конденсатор 9. Выход демодулятора 8 соединен с одним из входов регулятора 10 через последовательно включенные компаратор 11, одновибратор 12 и фильтр нижней частоты 13. Второй вход регулятора соединен с выходом задатчика частоты вращения 14, а выход регулятора соединен с силовым ключом 4. Корпус электродвигателя 1 подключен к общей шине.

Электропривод работает следующим образом. Генератор высокой частоты 5 настраивают на частоту резонанса последовательного колебательного контура, содержащего индуктивность L и емкость C_к (фиг. 2). При этом величина индуктивности L выбирается значительно меньше величины индуктивности секции L_с якорной обмотки L = (0,005 - 0,1) L_с, чтобы резонансная частота контура в несколько раз отличалась от резонансных частот контуров, образованных индуктивностями секций якорной обмотки L_с и конструктивными емкостями C_к (фиг. 2), что позволяет исключить влияние этих контуров на работу схемы. Выходной сигнал генератора 5 подается на контур через конденсатор 6, исключающий попадание на генератор 5 постоянного напряжения источника питания 2.

В начальный момент времени, когда выходной сигнал задатчика частоты вращения 14 равен нулю, силовой ключ 4 закрыт, якорная цепь электродвигателя 1 разомкнута и якорь не вращается. При увеличении выходного сигнала задатчика частоты вращения 14 на выходе регулятора 10 появляется сигнал рассогласования, открывающий силовой ключ 4, и якорь начинает вращаться. В качестве регулятора 10 могут быть использованы П-, ПИ- или ПИД-регулятор в зависимости от требуемого качества регулирования. При вращении якоря электродвигателя происходит изменение параметров последовательного контура в моменты коммутации секций якорной обмотки. Так, например, при замыкании щеткой 15 коллекторных пластин 16 и 17 (фиг. 2), конструктивные емкости этих пластин включаются параллельно, что вызывает расстройку контура относительно установленной частоты f_р и следовательно амплитудную модуляцию высокочастотного сигнала циклами замыкание-размыкание секций якорной обмотки при вращении якоря.

Амплитудно-модулированный сигнал (фиг. 3а), снимаемый с контура, поступает на вход демодулятора 8 через конденсатор 9, исключающий попадание постоянного напряжения источника питания 2 на вход демодулятора 8. Демодулятор 8 выделяет из высокочастотного амплитудно-модулированного сигнала низкочастотную огибающую (фиг. 3б), которая поступает на вход компаратора 11, где сравнивается с опорным напряжением U_оп, и на выходе компаратора 11 формируются импульсы, частота следования которых пропорциональная частоте вращения (фиг. 3в). Выходной сигнал компаратора 11 подается на одновибратор 12, обеспечивающий стабильную амплитуду U_а и длительность τ импульсов (фиг. 3 г), что позволяет исключить влияние на параметры импульса разброса геометрических размеров коллекторных пластин, щеток, состояния щеточно-коллекторного узла и т.п.

Далее выходной сигнал одновибратора 12 пропускается через фильтр низкой частоты 13, на выходе которого формируется сигнал в виде напряжения постоянного тока, пропорционального частоте следования импульсов, т.е. частоте вращения якоря электродвигателя 1. Выходной сигнал фильтра 13 подается на вход регулятора 10, где он сравнивается с сигналом задатчика частоты вращения 14. Регулятор 10 вырабатывает регулирующее воздействие до установления минимального сигнала рассогласования.

Дроссель 3 предотвращает попадание высокой частоты на источник питания 2.

Предлагаемый электропривод апробирован на электродвигателях типа ДПР с полым якорем и типа ДП ("Криптон") с железнопазовым якорем мощностью от 1 до 90 Вт и щеточным перекрытием от 1 до 3.

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.

Таким образом, введение в схему электропривода дополнительных элементов и новых связей между ними позволяет использовать для построения электроприводов со стабилизированной частотой вращения серийные электродвигатели без дополнительных встроенных конструктивных элементов для получения информации о частоте вращения.

Использование: для регулирования и стабилизации частоты вращения электродвигателей постоянного тока. Сущность: электропривод постоянного тока содержит электродвигатель, подключенный к источнику питания через силовой ключ и дроссель, генератор высокой частоты, регулятор с задатчиком частоты вращения. Для достижения цели оно дополнительно содержит катушку индуктивности, демодулятор, одновибратор, при этом выход генератора высокой частоты через конденсатор одновременно подключен к щетке электродвигателя через катушку индуктивности и ко входу демодулятора через второй конденсатор, выход демодулятора соединен с одним из входов регулятора, через последовательно включенные компаратор, одновибратор и фильтр нижней частоты, а корпус электродвигателя подключен к общей шине. 3 ил.

Электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, подключенный к источнику питания через силовой ключ и дроссель, генератор высокой частоты, конденсаторы, компаратор, фильтр нижней частоты, регулятор с задатчиком частоты вращения, отличающийся тем, что в него дополнительно введены катушка индуктивности, демодулятор, одновибратор, при этом выход генератора высокой частоты через конденсатор одновременно подключен к щетке электродвигателя через катушку индуктивности и ко входу демодулятора через второй конденсатор, выход демодулятора соединен с одним из входов регулятора через последовательно включенные компаратор, одновибратор и фильтр нижней частоты, выход регулятора соединен с силовым ключом таким образом, что сигнал рассогласования на выходе регулятора открывает силовой ключ, а корпус электродвигателя подключен к общей шине, при этом
L = (0,005 - 0,01)L_c,

где L - индуктивность катушки;
L_c - индуктивность секции якорной обмотки;
f_p - частота генератора;
C_к - конструктивная емкость - коллекторная пластина - корпус электродвигателя.