Регулятор частоты вращения для однофазного коллекторного электродвигателя Советский патент 1993 года по МПК H02P5/418 H02P5/16 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам регулирования частоты вращения однофазных коллекторных электродвигателей, и может найти широкое применение в различных отраслях народного хозяйства.

Цель изобретения - стабилизация частоты вращения электродвигателя в широком диапазоне частот при переменной нагрузке с защитой от перегрузки.

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства: на фиг.2 - график напряжения питания на электродвигателе при малых оборотах без воздействия на него внешней нагрузки; на фиг.З - график напряжения питания на электродвигателе при малых оборотах при воздействии на него внешней нагрузки; на фиг.4 - график напряжения питания на электродвигателе при дальнейшем увеличении частоты вращения.

Устройство содержит нагрузку - последовательно соединенные обмотку возбуждения 1 и якорь электродвигателя 2, включенную

между анодами тиристоров 3, 4,параллельно которым включены равные им по мощности диоды 5, 6,и одновременно являющуюся диагональю моста узла выделения напряжения обратной связи по величине противоЭДС двигателя, состоящего из диодов 7-10, цепь управления, состоящую из делителя - переменного резистора 11, один конец которого последовательно соединен с постоянным резистором 12, а средняя точка через резистор 13 и диоды 14, 15 с управляющими электродами тиристоров 3, 4, а другой конец соединен через диоды 16, 17 с напряжением сети.

Кроме того последовательно с нагрузкой включен низкоомный резистор 18, параллельно которому включена одна диагональ моста 19, на вторую диагональ, параллельно которой включен конденсатор 20,через ограничивающий резистор 21 нагружен светодиод оптрона 22.

Тиристор оптрона, соединенный последовательно со светодиодом 23, ограничиваы

ы

fe

00

ю

00

ю со

ющим резистором 24 и диодом 25 включен параллельно переменному резистору 11 цепи управления регулятора. Конденсатор 1Ь служит длл фильтрации напряжения, поступающего на тиристор оптрона.

Нагрузка, цепь управления, тиристоры, а также схемы защиты от перенагрузок за- пигываются от одного источника - напряжения сети через предохранитель 27.

, Устройство работает следующим образом Мост выпрямляет напряжение самоиндукции и противоЭДС. Эти напряжения всегда имеют противоположную полярность Так. если напряжение самоиндукции приложено плюсом к точке В, то напряжение противоЭДС - плюсом к точке С и наоборот.

Делитель напряжения, состоящий из резисторов 11, 12,задает потенциал в точке А в диапазоне 0-30 В и начальный ток управления через резистор 13, диоды 14, 15 и управляющие электроды тиристоров. При работе ток ЭДС самоиндукции в одном полупериоде протекает по цепи от точки В через диод 8, резистор 12, резистор 13, диод Ю к точке С.

Падение напряжения на резисторе 13 вычитается из начального потенциала, заданного делителем в точке А .

Ток противоЭДС протекает по цепи от точки С через диод 9, резистор 12, резистор 13, диод 7 к точке В и тоже вычитается из начального

В следующий полуперкод направление тока ЭДС самоиндукции и противоЭДС меняются местами.

Ток в нагрузке переменный и протекает в одном полупериоде по цепи- точка Д, диод 5, обмотка возбуждения 1, якорь двигателя 2, тиристор 4 к точке в другом полупериоде - точке Е, диод 6. якорь 2, обмотка 1, тиристор 3 к точке Д.

При работе напряжение противоЭДС сравнивается с опорным напряжением в точке А , которое в свою очередь определяется положением движка переменною резистора 11.

Если остаточная противоЭДС двигателя больше, чем амплитудное значе ние опорного напряжения (т.е. если скорость вращения превышает установленное значение), диод

8или 9 в зависимости от полупериода заперт, тиристор не отпирается и напряжение на двигатель в данный полупериод не подается.

Когда скорость снизится настолько, что противоЭДС станет меньше, чем максимальное значение опорного напряжения, диоды 8.

9откроются и на- управляющие электроды

тиристоров 3 4 будет подан отрицательный сигнал.

Наибольший угол отпирания, соответствующий наименьшей мощности, подводи- мой к нагрузке, составляет для данной схемы четверть периода, поскольку наиболее поздний момент отпирания тиристоров соответствует амплитудному значению опорного напряжения. Если нагрузка двига0

теля нарастает так, что скорость и противоЭДС снижаются, тиристоры отпираются с меньшей задержкой, увеличивая таким образом, подводимую мощность.

В случае малой нагрузки и установки

5 соответствующей малой скорости двигатель за четверть периода, в течение которого к нему подводится мощность, может настолько сильно увеличить свою скорость, что в дальнейшем пройдет много периодов на0 пряжения сети, прежде чем его скорость упадет до установленного значения и тиристоры вновь откроются

В результате на самых малых оборотах двигателя возникают качания или преры5 оистое вращение, обусловленное частотой запускающих импульсов тока, что дает положительный эффект при некоторых практиче- ских применениях (например, при сверлении бетона и нарезании резьбы).

0При увеличении сопротивления Рц сначала будет увеличиваться частота запускающих импульсов тока, пока не сравняется с частотой сети.

Дальнейшее увеличение сопротивления

5 будет уменьшать фазовый угол включения тиристоров (си.фиг.4).

При превышении потребляемой мощности максимально допустимое падение напряжения на резисторе 18 будет

0 достаточным, чтобы светодиод оптрона 22 открыл его тиристор и зашунтировал цепь управления регулятора, обесточив при этом нагрузку. При этом тиристор оптрона останется открытым до тех пор, пока регулятор

5 не будет отключен от сети, являясь как бы элементом памяти защиты, т.е. открытый первым импульсом, он будет удерживаться в открытом состоянии положительным напряжением, снимаемым с точки А и отфиль0 трованным конденсатором 26. Светодиод 23 индицирует при этом перегрузку.

Пример. Устройство выполнено в виде отдельной приставки для регулирования частоты вращения однофазного коллектора

5 двигателя размещено в пластмассовом корпусе. Сверху регулятора выведена ручка потенциометра и светодиод, индицирующий перегрузку, а с боковой стороны - розетка для подключения нагрузки (электродвигатель, или активная нагрузка мощностью до

2 кВт) шнур питания с вилкой для включения в сеть переменного токз и предохранитель. Внутри корпуса размещены элементы схемы- тиристоры 3. 4 Ку 202Н, диоды 5. 6 Д246А, потенциометр 11 ППЗ-41-1,5ком, постоян- .ные резисторы 12 МЛТ-1-Зком, 13 МЛТ-2- 10ком, 24-30 ом, диоды 7, 8, 9, 10 Д7, а диоды 14, 15, 16, 17,25- КД105В, резистор 21-СП5- 2-470 ом, оптрон 22 - фототиристор АОУ- 103А, конденсаторы С20-К50-16-500 мкФхЮ В, С25-К50 16-200 мкФхБО В. свето- диод23-АЛ-103Г.

Данная приставка используется для регулирования частоты вращения однофазного коллекторного электродвигателя (электродрели, швейной машины и т.д.) с наращиванием мощности на валу за счет изменения величины обратной связи по противоЭДС двигателя), а также для плавного регулирования напряжения в бытовых приборах (утюгах, электрокаминах, электропаяльниках, бра, торшерах, кино-фотолампах и т.д.) мощностью до 2000 Вт с питанием от сети переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц.

Данная приставка используется для регулирования частоты напряжения электродрели мощностью 600 Вт. При сверлении бетонной стены победитовым сверлом диа- метром 6 мм с частотой вращения сверла 60 об/мин последнее заходило внутрь бетонной стены на глубину 40 мм за 30 с без затупления режущей части сверла.

Авторами проводились сравнительные испытания предложенного регулятора совместно с электродрелью со встроенным регулятором.

Сопоставительный анализ показал, что в электродрелях со встроенным регулято- ром (например ИЭ 1036Э.01), выпускаемых отечественной промышленностью, при уменьшении числа оборотов резца снижалась мощность на валу электродвигателя, что практически затрудняет использование дрели на малых оборотах и больших нагрузках, например для сверления бетонной стены, а при больших оборотах наблюдалась быстрая посадка сверла.

Предложенный регулятор оборотов не имеет указанных недостатков и обеспечивает сохранение номинальной мощности на валу электродвигателя на малых оборотах при возрастании внешней нагрузки на вал.

Это позволяет расширить область использования регулятора оборотов в различных отраслях промышленности, в том числе и в индивидуальной трудовой деятельности, т.к. прерывистое вращение на малых оборотах при сверлении бетона разрушает его структуру, а при нарезании резьб - обламывает стружку, позволяя смазывающей жидкости пройти под резьбу, исключая заклинивание.

Защита от перегрузок, примененная в регуляторе, эффективно срабатывает при превышении предельно допустимой мощности.

Формула изобретения

Регулятор частоты вращения для однофазного коллекторного электродвигателя, содержащий два тиристора, катоды каждого из которых соединены соответственно с анодом и катодом первого, второго и третьего, четвертого диодов и с выводами для подключения к источнику переменного напряжения, измерительный диодный мост, одна диагональ которого соединена с выво- дами для подключения электродвигателя, первый вывод другой диагонали через переменный резистор соединен с анодами второго и четвертого диодов, а второй вывод другой диагонали подключен к анодам пятого и шестого диодов, катоды которых соединены соответственно с управляющими электродами тиристоров, отличающий- с я тем, что, с целью расширения диапазона регулирования и повышения надежности, в него введены узел защиты от перегрузки и резистивпый датчик тока, включенный между анодом первого тиристора, соединенным с катодом первого диода, и первым выводом для подключения электродвигателя, анод второго тиристора и катод третьего диода объединены и соединены с вторым выводом для подключения электродвигателя, выход резистивного датчика тока соединен с входом узла защиты от перегрузки, выход которого подключен к входу переменного резистора и через другой резистор - к второму выводу другой диагонали моста.

1823123 D

Ui

Использование: в электротехнике, в частности в устройствах регулирования частоты вращения однофазных коллекторных электродвигателей. Сущность: регулятор стабилизирует частоту вращения электродвигателя при переменной нагрузке и позволяет получить при этом максимальную мощность при изменении частоты вращения с защитой от перегрузок. Достигается это за счет проведения регулирования по двум полупериодам напряжения сети с использованием предварительно выделенного и сформированного сигнала обратной связи по величине противоЭДС. Защита от перегрузок реализована с помощью фототиристора, шунтирующего цепь управления при перегрузке. 4 ил.

5№

fca

L(

иг2

. w

w

фиг 3

гоо; /Л

i

r 7« V/

Редактор

Составитель В.Букин Техред М.Моргентал

Г:А

«лс«с

Фиг Ч

Корректор В.Петраш