Электропривод постоянного тока Советский патент 1992 года по МПК H02P5/16 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах постоянного тока для регулирования и стабилизации частоты вращения.

Известны электроприводы постоянного тока, в которых стабилизация частоты вращения при изменении нагрузки на электропривод осуществляется за счет того, что напряжение питания электродвигателя формируется, исходя из ЭДС электродвигателя и напряжения на балластном резисторе (датчике тока).

К недостаткам электроприводов, выполненных по вышеизложенным принципам стабилизации частоты вращения относятся невысокие динамические характеристики регулирования частоты вращения из-за наличия положительной обратной связи по току и сильная зависимость стабильности частоты вращения от изменения сопротивления щеточного узла

Известным также электроприводы постоянного тока, которые имеют отдельный датчик частоты вращения.электродвигателя, и сигнал сдатчика используется для формирования напряжения питания электродвигателя, причем выходным сигналом датчика может быть или напряжение, пропорциональное частоте вращения (ЭДС), или последовательность импульсов, частота следования которых соответствует частоте вращения электродвигателя.

Недостатком известного способа регулирования и стабилизации скорости вращения является необходимость применения отдельного датчика скорости вращения, конструктивное исполнение которого довольно сложно и дорого.

Наиболее близким к заявляемому электроприводу является электропривод по патенту Японии. Этот электропривод имеет электродвигатель, содержащий дополнительную третью щетку и контактное кольцо, соединенное с одним из концом каждой

СО

с

XJ со VI о ч со

якорной обмотки, при этом вторые концы якорных обмоток подключены к соответствующим коллекторным ламелям. С коллектором якоря контакт обеспечивается первой и второй щетками, а с контактным кольцом - третьей щеткой. Рабочий ток электродвигателя протекает через первую и третью щетки, а ЭДС, пропорциональная частоте вращения, снимается со второй щетки, при этом третья щетка связана с общей шиной,

К недостаткам этого электропривода относятся довольно сложное конструктивное исполнение - необходимость применения дополнительного контактного кольца, а также существенная динамическая ошибка регулирования скорости вращения из-за влияния рабочего тока двигателя на ЭДС датчика, обусловленное взаимной индукцией якорных обмоток и реакцией якоря на поток возбуждения.

Цель предлагаемого изобретения - упрощение конструкции электродвигателя и повышение качества стабилизации скорости вращения.

На фиг. 1 приведена структурная схема электропривода.

Электропривод постоянного тока содержит электродвигатель, включающий в себя первую 2, вторую 3, третью 4 щетки, электронный блок регулирования частоты вращения электродвигателя 5, коллекторные ламели 6, якорные обмотки 7 электродвигателя 1 (магниты возбуждения не приведены, так как они не влияют на сущность изобретения). Вход блока регулирования подключен к третьей щетке 4, а выход - к второй щетке 3. Дополнительная третья щетка 4 конструктивно расположена таким образом, что может замыкаться через ламель коллектора с первой щеткой 2, но не может замыкаться с второй щеткой 3. Это условие будет выполняться в том случае,

180

если угол а. не превышает

N

-«з,

где N - общее количество коллекторных ла- мелей,

«3 - угол зазоров между ламелями . В то же время для получения импульсного сигнала необходимо, чтобы а. 2 - 3-«з , чтобы при вращении двигателя в отдельные моменты первая и третья щетки имели контакт с разными ламелями. Рабочий ток якоря протекает через первую 2 и вторую 3 щетки с выхода блока регулирования частоты вращения на общую шину, а между второй 3 и третьей 4 щетками напряжение равно 0, если они замкнуты одной ламелью, или равно разности ЭДС соответствующих

обмоток якоря, если щетки 3 и 4 находятся на разных ламелях. В результате при вращении якоря электродвигателя 1 на третьей щетке 4 относительно общей шины выраба5 тывается периодический сигнал, форма которого приведена на фиг. 3, причем, если третья щетка 4 расположена, как указано на фиг. 1, то в случае вращения якоря против часовой стрелки форма сигнала соответст0 вует эпюре а, а в случае вращения якоря по часовой стрелке форма сигнала соответствует эпюре б. Частота следования импульсов равна: Тим пдв N, где пда - частота вращения электродвигателя, N - общее ко5 личество коллекторных ламелей.

На фиг. 2 представлена функциональная схема электропривода; на фиг. 3 - осциллограммы работы электропривода.

Электропривод постоянного тока со0 держит электродвигатель 1, имеющий первую 2, вторую 3 и третью 4 щетки, причем первая щетка 2 подключена к общей шине, вторая щетка 3 - к выходу усилителя 5, третья щетка 4 - к входу формирователя

5 импульсов 6, выход которого через последовательно соединенные формирователь пилообразного напряжения 7 и фильтр нижних частот 8 подключен к входу усилителя 5. Устройство работает следующим обра0 зом.

При вращении электродвигателя 1 на третьей щетке 4 вырабатывается периодический сигнал, фиг. 3, эпюра б (вращение по часовой стрелке), который поступает на

5 вход формирователя импульсов 6, с выхода формирователя последовательность импульсов, фиг. 3, эпюра в, поступает на вход формирователя напряжения 7, с выхода которого пилообразное напряжение, фиг. 3,

0 эпюра г сглаживается фильтром нижних частот 8 и полученное напряжение, фиг. 3, эпюра д, подается на инвертирующий вход дифференциального усилителя 5, на прямой вход которого подается опорное напряже5 ние Uon. С выхода усилителя 5 сформированное таким образом напряжение, фиг. 3, эпюра е, подается на электродвигатель 1.

При уменьшении частоты вращения электродвигателя, например, при увеличе- 0 нии момента нагрузки, уменьшается частота следования импульсов с третьей щетки 4, при этом пилообразное напряжение, фиг. 3, эпюра г, будет достигать более низких значений, следовательно, уровень напряжения,

5 сглаженного фильтром нижних частот 8, также снизиться, а так как это напряжение подается на инвертирующий вход усилителя 5, то на выходе усилителя 5 напряжение возрастает, при этом скорость вращения электродвигателя будет стремиться к первоначальному значению. Таким образом, путем введения обратной связи по скорости осуществляется стабилизация частоты вращения, причем изменение частоты вращения электродвигателя в замкнутой системе управления уменьшается в 1 + Кт, где Ку,- общий коэффициент усиления замкнутой системы управления и обычно составляет 10-100.

Принципиальная электрическая схема одного из возможных вариантов практической реализации предлагаемого электропривода представлена на фиг. 4. Устройство работает следующим образом: сигнал с третьей щетки 4 через дифференцирующую цепь резисторы 5, 6, конденсатор 7 (резистор б служит для ограничения базового тока) подается на базу транзистора 8, при этом коллекторный ток транзистора 8 имеет форму коротких импульсов, фиг. 3, эпюра в, совпадающих с отрицательным фронтом импульсов, снимаемых со щетки 4. Во время прохождения импульсов коллекторного тока конденсатор 9 заряжается до напряжения Умакс UCT, где UCT - напряжение стабилизации, задаваемое стабилитроном 13. После окончания импульсов конденсатор 9 медленно разряжается через резистор 10 до напряжения UMHH, которое определяется постоянной времени цепи конденсатор 9, резистор 10 и периодом повторения импульсов. Фильтр нижних частот выполнен на резисторах 11,15 и конденсаторах 12,14 и служит для сглаживания пульсации напряжения, подающегося на инвертирующий вход дифференциального усилителя, выполненного на транзисторах 17, 19, 23. Резистор 18 обеспечивает ток дифференциального каскада на транзисторах 17, 19. Опорное напряжение, которое определяет частоту вращения двигателя, подается на

А

прямой вход дифференциального усилителя через регулируемый резистивный делитель 21, коллектор транзистора 19 дифференциального каскада нагружен на резистор 20 и входное сопротивления оконечного транзистора 23,коллектор оконечного транзистора 23 подключен к щетке 3 электродвигателя 1, щетка 2 которого соединена с общей шиной. Конденсатор 22 служит для уменьшения пульсаций напряжения и импульсных помех на щетках 2, 3 электродвигателя 1, возникающих при его вращении.

Сущностью изобретения для повышения качества стабилизации частоты вращения и упрощения конструкции электропривода является введение в электродвигатель третьей щетки, расположенной таким образом, что с нее снимается периодический сигнал с частотой, пропорциональной частоты вращения электродвигателя, при этом блок управления частотой вращения выполняется по принципу преобразования частоты в напряжение.

Формула изобретения Электропривод постоя иного тока, содержащий коллекторный электродвигатель постоянного тока с тремя щетками и блок регулирования скорости, первая щетка коллекторного электродвигателя подключена к общей шине, вторая через блок регулирования скорости подключена к шине питания, а третья - к входу блока регулирования скорости, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения качества стабилизации скорости, третья щетка установлена несимметрично относительно двух других щеток с возможностью замыкания ламеля- ми коллектора только с первой щеткой, а блок регулирования скорости выполнен в виде преобразователя ч астоты в напряжение.

г

Использование: в электротехнике, в автоматизированном электроприводе постоянного тока. Сущность: введение в электродвигатель третьей щетки, расположенной таким образом, что с нее снимается периодический сигнал с частотой,пропорци- ональной частоте вращения электродвигателя и выполнение блока управления частотой вращения в виде преобразователя частоты в напряжение, позволяет упростить электропривод и поводить качество стабилизации скорости.4 ил.

/

и.

а

г

4

О/)

Фиг.З

16

, о -f

25

20

.23

Фиг А