Устройство для регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока Советский патент 1992 года по МПК H02P5/06 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропривода с большой кратностью регулирования движения исполнительного механизма и сохранением номинального момента электродвигателя в области низких частот вращения.

Известны устройства для регулирования частоты вращения электродвигателей постоянного тока, втомчисле наиболее простые по реализации силовых узлов регули- рованиясприменением

двухполупериодного выпрямителя и регулирующего тиристора. Известным устройствам присущ ряд недостатков, снижающих эксплуатационную над жность и сужающих область их применения. Однако устройство имеет пониженную стабильность частоты вращения вследствие сравнения опорного напряжения с напряжением обмотки якоря, содержащим кроме ЭДС якоря (она пропорциональна частоте вращения) составляющую падения напряжения на его активном сопротивлении. Поэтому при изменении момента нагрузки будет меняться частота вращения и уменьшаться диапазон регулирования в области низких частот вращения. В системах регулирования без тахо- генератора отмечается уменьшение диапазона регулирования в четыре раза по сравнению с системой, включающей тахоге- нератор.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока, содержащее двухполупе- риодный выпрямитель, регулирующий тиристор и схему управления с компаратором, источником образцового напряжения, узлом выделения ЭДС обмотки якоря и генератором пилообразного напряжения.

Недостаток состоит в том, что управление регулирующим тиристором посредством стабилизатора тока может оказаться неэффективным в случае использования электродвигателей с номинальным напряжением питания порядка единиц вольт, так как стабилизатор тока не обеспечит необходимый ток управления регулирующим тиристором. Кроме того, при номинальном напряжении питания электродвигателей несколько сотен вольт стабилизатор тока будет работать с низким КПД, ч го в целом ухудшит массо-энергетические показатели схемы управления и, как следствие, снизится эксплуатационная надежность из-за значительного выделения мощности на регулирующем транзисторе стабилизатора тока.

Целью изобретения является повышение надежности устройства для регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока.

Указанная цель достигается тем, что в

устройство для регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока, содержащее двухполупериодный выпрямитель, регулирующий тиристор, синхронизи0 рованный генератор пилообразного напряжения, источник образцового напряжения с потенциометрическим делителем напряжения на выходе, компаратор, транзисторный ключ, делитель напряжения, вспомогательный источник напряжения и

5 узел выделения ЭДС, входы двухполупериодного выпрямителя являются входами устройства, а выходы через регулирующий тиристор и узел выделения ЭДС подключены к выводам, предназначенным для соединения с якорной обмоткой

0 электродвигателя.

Первый выход синхронизированного генератора пилообразного напряжения подключен к входу источника образцового напряжения, выход потенциометрического

5 делителя напряжения соединен с неинвертирующим входом компаратора, инвертирующий вход которого подключен к выходу узла выделения ЭДС и через разделительный диод к выходу делителя напряжения

0 вспомогательного источника напряжения, выход компаратора подключен к входу транзисторного ключа, в него введен конвертор, выполненный в виде задающего генератора с выходным усилителем мощности, а синх5 ронизированный генератор пилообразного напряжения снабжен вторым выходом. При этом выход транзисторного ключа подключен к цепи питания усилителя мощности конвертора, выход конвертора соединен с

0 управляющим входом регулирующего тиристора, а синхронизирующий вход узла выделения ЭДС подключен к второму выходу синхронизированного генератора пилообразного напряжения.

5 На чертеже представлена схема предлагаемого устройства для регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока.

Устройство для регулирования частоты

0 вращения электродвигателя постоянного тока содержит двухполупериодный выпрямитель 1, 2, регулирующий тиристор 3, синхронизированный генератор 18 пилообразного напряжения, источник 21

5 образцового напряжения с потенциометрическим делителем 11 напряжения на выходе, компаратор 10, транзисторный ключ 9, делитель 12 напряжения, вспомогательный

источник 14 напряжения с делителем напряжения, узел выделения ЭДС обмотки 5 якоря, включающий запоминающий конденсатор 16, силовой 4 и разрядный 15 диоды, транзистор 19, базовый 20 и токоограничивающий 17 резисторы, конвертор б, выполненный в виде задающего генератора 7 с выходным усилителем 8 мощности. При этом входы двухполупериодного вы- прямителя 1 являются входами устройства, а выходы через регулирующий тиристор 3 и узел выделения ЭДС подключены к выводам, предназначенным для соединения с якорной обмоткой 5 электродвигателя, первый выход (растущая пила) синхронизированного генератора 18 пилообразного напряжения подключен к входу источника 21 образцового напряжения, выход его по- тенциометрического делителя 11 напряжения соединен с неинвертирующим входом компаратора 10, инвертирующий вход которого подключен к выходу делителя 12 напряжения, узла выделения ЭДС и через разделительный диод 13 к выходу делителя напряжения вспомогательного источника 14 напряжения, выход компаратора 10 подключен к входу транзисторного ключа 9. Второй выход (спадающая пила) синхронизированного генератора 18 пилообразного напряжения соединен с синхронизирующим входом узла выделения ЭДС, а выход транзисторного ключа 9 подключен к цепи питания усилителя 8 мощности конвертора 6, выход которого соединен с управляющим входом регулирующего тиристора 3.

Устройство для регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока работает следующим образом.

В установившемся режиме напряжение с выхода двухполупериодного выпрямителя 1 в момент открытия регулирующего тиристора 3 через силовой диод 4 прикладывается к обмотке 5 якоря электродвигателя. Длительность открытого состояния регулирующего тиристора 3 определяется моментом включения питания усилителя 8 мощности конвертора 6 и наступлением равенства ЭДС обмотки 5 якоря и текущего значения полуволны выпрямленного напряжения двухполупериодного выпрямителя 1. Для стабилизации частоты вращения в устройстве предусмотрен источник 21 образцовогонапряженияспотенциометрическим делителем 11 напряжения. Его напряжение сравнивается в компараторе 10 с ЭДС обмотки 5 якоря в те промежутки времени, когда через силовой диод 4 не передается энергия в электродвигатель.

Узел выделения ЭДС обмотки 5 якоря работает следующим образом.

При прохождении тока обмотки 5 якоря через силовой диод 4 падением напряжения на нем запирается транзистор 19 и напряжение двухполупериодного выпрямителя 1 при открытом состоянии регулирующего тиристора 3 не поступает через токоограничивающий резистор 17 на делитель ЭДС 12 обмотки 5 якоря и запоминающий конденсатор 16. При этом на делителе ЭДС 12 будет поддерживаться уровень напряжения, до которого был заряжен запоминающий конденсатор 16 в паузе предыдущего цикла. После закрытия регулирующего тиристора 3 (естественная коммутация) ток через силовой диод 4 прекращается и ЭДС обмотки 5 якоря открывает транзистор 19 и дозаряжает запоминающий конденсатор 16 через токоограничивающий резистор 17

или, если частота вращения уменьшилась, обеспечивается доразряд через разделительный диод 15 на обмотку 5 якоря до уровня ЭДС.

Таким образом, на запоминающем конденсаторе 16 всегда будет поддерживаться напряжение, равное (пропорциональное) ЭДС обмотки 5 якоря, а так как Е сп Ф, где Е - ЭДС, с - постоянная величина, п - частота вращения, Ф- поток возбуждения,

то п пропорционально Е при Ф const. Делитель 14 напряжения совместно с разделительным диодом 13 исключает самоход электродвигателя. Для повышения надежности устройства, особенно при регулировании в области малых частот вращения с сохранением номинального момента вращения, напряжение обратной связи, снимаемое с делителя ЭДС 12, и напряжение источника 21 образцового напряжения суммируются с выходными напряжениями синхронизированного генератора 18 пилообразного напряжения. При этом напряжение делителя ЭДС 12 суммируется с напряжением спадающая пила, а напряжение источника 21 образцового напряжения - с напряжением растущая пила. Благодаря этому к входам компаратора 10 будет прикладываться суммарное напряжение, содержащее постоянные составляющие

(обратная связь, источник образцового напряжения) и пилообразные составляющие, следующие с частотой выходного напряжения двухполупериодного выпрямителя 1. Это обеспечивает четкое и надежное срабатывание компаратора 10 в каждом полупериоде выпрямленного напряжения. Применение конвертора 6 для управления регулирующим транзистором 3 позволяет

осуществлять его надежное открытие независимо от колебаний напряжения сети.

Таким образом, введение конвертора и дополнительного выхода спадающая пила в синхронизированный генератор пилообразного напряжения и включение их по предлагаемой схеме позволило повысить надежность устройства для регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока.

Испытания предлагаемого устройства подтвердили его работоспособность и надежность при изменении на +25% напряжения двухполупериодного выпрямителя. Кратность регулирования частоты вращения электродвигателей постоянного тока с печатным якорем типа ДПУ-240 и ПЯ-250Ф может быть получена не менее 50000.

Формула изобретения Устройство для регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока, содержащее двухполупериодный выпрямитель, регулирующий тиристор, синхронизированный генератор пилообразного напряжения, источник образцового напряжения с потенциометрическим делителем напряжения на выходе, компаратор, транзисторный ключ, делитель напряжения, вспомогательный источник напряжения, узел выделения ЭДС, входы двухполупериодного выпрямителя являются входами устройства, а выходы через регулирующий тиристор и узел выделения ЭДС подключены к выводам, предназначенным для соединения с якорной обмоткой электродвигателя, первый выход синхронизированного генератора пилообразного напряжения подключен к входу источника образцового напряжения, выход потенциометрического

делителя напряжения соединен с неинвертирующим входом компаратора, инвертирующий вход которого подключен к выходу узла выделения ЭДС и через разделительный диод к выходу делителя напряжения

вспомогательного источника напряжения, выход компаратора подключен к входу транзисторного ключа, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, в него введен конвертор, выполненный в виде задающего генератора с выходным усилителем мощности, а синхронизированный генератор пилообразного напряжения снабжен вторым выходом, выход транзисторного ключа подключен к цепи питания

усилителя мощности конвертора, выход конвертора соединен с управляющим входом регулирующего тиристора, а синхронизирующий вход узла выделения ЭДС подключен к второму выходу синхронизированного генератора пилообразного напряжения.

Использование: в системах электроприводов с большой кратностью регулирования движения исполнительного механизма и сохранением номинального момента вращения двигателя в области низких частот вращения. Сущность: расширен диапазон регулирования частоты вращения за счет дополнительного введения конвертора б, выполненного по схеме задающий генератор 7 - усилитель мощности 8, транзисторного ключа 9, синхронизированного двухканального генератора пилообразного напряжения 18, запоминающего конденсатора 16, разрядного 15, разделительного 13 и силового 4 диодов, транзистора 19, базового 20 и токоограничивающего 17 резисторов. 1 ил VJ СП со ел VI