Электропривод

 

Использование: для регулирования частоты вращения однофазного коллекторного электродвигателя. Сущность: в схему электропривода введены три переключателя, согласующий элемент, второй диод и конденсатор, а источник опорного напряжения снабжен дополнительными тремя выхог дами, общий вывод первого переключателя подключен к аноду тиристора, а подвижный контакт первого переключателя предназна чен для подключения к соответствующим дополнительным выходам источника опорного напряжения, катод первого диода соединен с входом согласующего элемента и первым выводом конденсатора, второй вывод которого соединен с катодом тиристора, управляющим электродом, подключенным к выходу согласующего элемента, второй дисд через второй переключатель подключен встречно параллельно тиристору, якорная обмотка электродвигателя соединена с соответствующими подвижными выводами третьего переключателя, второй вывод обмотки возбуждения соединен с первым размыкающим и вторым замыкающим контактамитретьего переключателя, второй замыкающий и первый размыкающий контакты которого объединены и подключены к другому выводу источника питания. Указанные элементы и связи позволяют повысить КПД, надежность и расширить область применения электропривода. 1 табл. 5 ил. ел С

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 Н 02 Р 5/418, 5/16

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4741413/07 (22) 28,09.89 (46) 23,01,93, Бюл. ¹ 3 (76) В.Г.Букин и Ю,В.Кванин (56) Патент США ¹ 3393353, кл. 318-331, 1968.

Патент США N2939064,,кл. 318 — 246, 1962, (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Использование: для регулирования частоты вращения однофазного коллекторного электродвигателя. Сущность: в схему электропривода введены три переключателя, согласующий элемент, второй диод и конденсатор, а источник опорного напряжения снабжен дополнительными тремя выходами, общий вывод первого переключателя подключен к аноду тиристора, а подвижный контакт первого переключателя предназначен для подключения к соответствующим

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам регулирования частоты вращения однофазного коллекторного электродвигателя и может найти широкое применение в различных отраслях народного хозяйства как в быту, так и на производстве.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для управления двигателем, описанное в патенте США N 2939064 от 1962 r. кл. 318-246, содержащее включенный последовательно с двигателем управляемый вентиль, соединенный своим управляющим электродом через пороговый элемент (диод) с ползуном переменного резистора. Последовательно с переменным резистором включены постоянный резистор и конденсатор, „„SU „„1790798 А3 дополнительным выходам источника опорного напряжения, катод первого диода соединен с входом согласующего элемента и первым выводом конденсатора, второй вывод которого соединен с катодом тиристора, управляющим электродом, подключенным к выходу согласующего элемента, второй дисд через второй переключатель подключен встречно параллельно тиристору, якорная обмотка электродвигателя соединена с соответствующими подвижными выводами третьего переключателя, второй вывод обмотки возбуждения соединен с первым размыкающим и вторым замыкающим контактами третьего переключателя, второй замыкающий и первый размыкающий контакты которого объединены и подключены к другому выводу источника питания. Указанные элементы и связи позволяют повысить

КПД, надежность и расширить область применения электропривода. 1 табл. 5 ил.

Указанное устройство по патенту США выбрано в качестве прототипа.

Известное устройство характеризуется следующими недостатками:

1. В нем используется только один пол- Ч,) упериод питающей сети, что позволяет QQ иметь в нагрузке только 50% мощности.

2. Ето схема зависит от осооенностеи Ги отдельно взятых тиристоров, что определяет необходимость подбора тиристоров по управляющему току отпирания.

3. Устройство ограничено использованием только одного питающего напряжения.

Цель изобретения — повышение КПД, надежности и расширение функциональных возможностей электроп ривода.

1790798

Поставленная цель достигается тем, что в схему электропривода введены три переключателя, согласующий элемент, второй диод и конденсатор, а источник опорного напряжения снабжен дополнительными тремя выходами, общий вывод первого переключателя подключен к аноду тиристора, а подвижный контакт йервого переключателя предназначен для подключения к соответствующим дополнительным выходам источника опорного йапряжения, катод первого диода соединен со входом согласующего элемента и первым выводом конденсатора, второй вывод которого соединен с катодом тиристора, управляющим электродом подключенным к выходу согласующего элемента, второй диод через второй переключатель подключен встречно параллельно тиристору, якорная обмотка электродвигателя соединена с соответствующими подвижными выводами третьего переключателя, второй вывод обмотки возбуждения соединен с первым размыкающим и вторым замыкающим контактами третьего переключателя, второй замыкающий и первый размыкающий контакты которого объединены и подключены к другому выводу источника питания, Добавление в схему одного неуправляемого вентиля обеспечивает поступление мощности в нагрузку в течение фиксированного полупериода.

Использование so входной цепи тиристора в качестве усилителя низковольтного переключающего прибора, позволяет существенно повысить полное сопротивление делителя, который выполняет, таким образом, роль согласующего элемента и, применяя который, можно не только исключить необходимость подбора тиристоров по управляющемуу току отпирания и устранить зависимость схемы от особенностей отдельно взятых тиристоров, но также снизить размеры делителя и его стоимость, ИЗменение величины ограничивающего резистора делителя, задающего опорное напряжение на управляющий вентиль при помощи переключателя П1 позволяет прейтй на другое напряжение питающей сети, причем при работе от любого питающего напряжения 27, 110 или 220 вольт сохраняется номинальная средняя мощность на валу на малых оборотах при воздействии на него внешней нагрузки, Из всего диапазона частоты вращения электродвигателя необходимо выделить малые обороты, т.к. именно на них осуществляют многие операции; нарезание резьб, закручивание и выкручивание шурупов, болтов, гаек, сверление бетона, накрутку при радиомонтаже и т.д, и что именно на них крайне желательно иметь большую мощность на валу электродвигателя, что невозможно при других способах регулирования, которым приСуща потеря мощности на малых оборотах электродвигателя. На средних же и больших оборотах мощность, подводимая к нагрузке, достаточна для любых способов регулирования.

"0 Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена принципиальная схема электропривода, на фиг.2 — график напряжения питания на электродвигателе при малых оборотах без воздействия на него внешней нагрузки, на фиг.3 — график напряжения питания на электродвигателе при малых.обо20

50 ротах при том же положении переменного резистора, что на фиг.2, но при воздействии на него внешней нагрузки; на фиг.4 — график напряжения питания на электродвигателе при дальнейшем увеличении оборотов, на фиг.5 — график напряжения на электродвигателе при включенном переключателе П2 и среднем положении переменного резистора.

Схема регулятора оборотов состоит из управляемого вентиля-тиристора 1, в катод которого включена нагрузка — однофазный коллекторный электродвигатель 2, управляющий электрод его через низковольтный переключающий прибор 3, выполняющий роль согласующего элемента и выпрямляющий диод 4 соединен с цепью управления, состоящей из ограничивающего резистора 5 (последовательно соединенных двух одинаковых постоянных резисторов) величина которого определяется положением переключателя 6, потенциометра 7 и диода

8, параллельно ему включен неуправляемый вентиль 9 через переключатель 10, Низковольтный переключающий прибор зашунтирован конденсатором 11. Схема подключается к сети напряжением 27, 110, 220 вольт через фильтр радиопомех, состоящий из двух индуктивностей 12, 13 и двух конденсаторов 14, 15. Переключающий прибор 3 состоит из транзисторов разной проводимости, коллектор каждого из которых соединен с базой другого, эмиттер р-п-р транзистора служит входом, а эмиттер и-р-и транзистора — выходом прибора. Нагрузкой р-и-ртранзистора является резистор, а между эмиттером и коллектором и-р-и транзистора включен стабилитрон с низким значением напряжения стабилизации, которое опредегяет напряжение переключения прибора 3.

Работа устройства по предложенной схеме g àçoüîãп чппл,=..l Hv!5I основана на

1790798 сравнении напряжения противоЭДС электродвигателя, которое выпрямляется диодом

4 и задается с помощью регулировки резистора 7.

Когда противоЭДС превышает опорное

Нв напряжение {двигатель вращается быстрее выбранной скорости), диод 4 смещен в обратном направлении, т,е, катод более положителен, чем анод и не происходит запуска тиристора, следовательно мощность к двигателю не поступает. При замедлении скорости также спадает напряжение противоЭДС и, если оно становится меньше опорного напряжения, то смещение на диоде 4 становится положительным (анод более положителен), происходит запуск тиристора и на электродвигатель поступает соответствующая мощность. Такое граничное значение скорости может устанавливаться потенциометром 7, Наибольший угол отпирания тиристора, соответствующий наименьшей скорости, подводимой к двигателю, составляет в данной схеме четверть периода, поскольку наиболее поздний момент отпирания тиристора соответствует амплитудному значению напряжения на управляющем электроде тиристора, Если нагрузка двигателя нарастаеттак, что его скорость и противо ЭДС снижаются, тиристор отпирается с меньшей задержкой, увеличивая таким образом; подводимую мощность. В случае малой нагрузки и уставки соответствующей малой скорости двигатель за четверть периода, в течение которого к нему подводится мощность, может настолько сильно увеличивать свою скорость, что в дальнейшем пройдет много периодов, прежде, чем его скорость упадет до установленного значения и тиристор вновь откроется. B результате на самых малых оборотах двигателя возникают "качания" или прерывистое вращение, обусловленное частотой запускающих импульсов тока, что дает положительный эффект при сверлении бетона и нарезании резьбы, При уменьшении сопротивления потенциометра 7 сначала будет увеличиваться частота запускающих импульсов тока, пока не сравняется с частотой сети, а дальше будет уменьшаться фазовый угол включения тиристора (см.фиг.4). Регулировка переменного резистора 7 дает возможность изменять число оборотов на валу электродвигателя от 0 до 60 от максимальных. При этом мощность в нагрузке изменялась от 25 до 50 (результат был получен при исследовательских испытаниях на РЗСИ в г.

Резекне Латв,ССР в августе 1988 г,)

В предлагаемой схеме опорное напряжение Ul должно обязательно превысить противоЭДС двигателя Uz на величину на5

ЗО

r5 пряжения переключения, которое лежит в пределах 8 — 10 вольт. После отпирания ключа шунтирующий его конденсатор разряжается. через управляющий электрод тиристора, обеспечивая достаточно мощный импульс тока для отпирания последнего. Это исключает необходимость подбора тиристоров по управляющему току отпирания и устраняет зависимость схемы от особенностей отдельно взятых тиристоров.

Таким образом, применение низковольтного переключающего прибора в качестве согласующего элемента между тиристором и цепью управления позволило существенно повысить полное сопротивление последней.

Подключение с помощью переключателя 10 неуправляемого вентиля обеспечило поступление мощности в нагрузку в течение фиксированного полупериода и позволило осуществить управление мощностью в пределах от половинного до максимального значения. Таким образом, весь диапазон изменения числа оборотов электродвигателя с помощью электропривода составляет 100% при изменении мощности на валу от 25 до

1007.

При необходимости использования регулятора оборотов-электропривода с нагрузкой, рассчитанной на другое питающее напряжение, необходимо переключить а соответствующее положение переключатель 6 в соответствии с таблицей.

Использование электропривода при различных напряжения питающей сети значительно расширяет область его применения в бытовых и производственных условиях.

Переключатель ПЗ предназначен для изменения направления тока в якоре двигателя и осуществления при этом реверса нереверсивного двигателя. Осуществлять реверс нереверсивного двигателя с возможностью наращивания мощности за счет противоЭДС нужно только при использовании одного полупериода напряжения. сети, т.е, при выключенном переключателе П, что позволяет избежать эффекта "бегущего огня" на коллекторе электродвигателя. Поэтому неуправляемый вентиль 9 должен включаться переключателем П -10 только при нормальном, например, правом вращении электродвигателя, Пример. Регулятор оборотов-электропривод выполнен в виде отдельной приставки для регулирования частоты вращения однофазных коллекторных двигателей и размещен в пластмассовом корпусе. Сверху регулятора выведена ручка потенциометра

7 и фла>кок переключателя Пг, с одной боко1790798

Фоомула изобретения

Электропривод, содержащий однофазный коллекторный универсальный электро- 45

55 вой стороны розетка для подключения нагрузки, а с другой — шнур питания и флажок переключателя П1, закрытый предохранительной скобой для исключения возможности случайного переключения, а также флажок переключателя П2 для осуществления реверса. (Флажки переключателей на чертеже не обозначены). Внутри корпуса размещены элементы схемы — тиристор 1

КУ-202Н, диод 9 Д232Б, установленные на общем радиаторе, низковольтный переключающий прибор 3, состоящий из транзисторов КТ 502 Д, и КТ 503 Д, стабилитрона КС

183 А и резистора МЛТ 0,25 5,1 ком, выпрямляющйй диод 4 Д7Ж, постоянные резисторы

5 МЛТ-2 10 ком, потенциометр 7 СП 30 А—

3,3 ком, диод 8 КД105В, конденсатор 11

К73-17-50 нк-250 в, а также фильтры радиопомех, состоящие из индуктивностей 12, 13 и двух емкостей 14, 15 К73-17-470 нк-630 в, переключатель П вЂ” тумблер на три положения, П2-MT-З, Пз-ТП-2, Данная приставка используется для регулировки частоты вращения однофазных коллекторных электродвигателей (электродрелей, швейных машин, электроотверток) с сохранением номинальной средней мощности на валу за счет изменения обратной связи по величине противоЗДС двигателя, а также регулирования напряжения в бытовых приборах (утюгах, электрокаминах, электропаяльниках, бра, торшерах, кинофото-лампах и т.д,) при различных напряжениях питающей сети.

При использовании приставки совместно с электродрелью мощностью 400 Вт для сверления бетонной стены победитодвигатель, последовательно с обмоткой . возбуй<дения которого вкл очен тиристор, анод которого соедйнен с одним выводом источника питания, источник опорного напряжения, входами подключенный параллельНо источнику питания, а выход соединен с анодом диода, отл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения КПД, надежности и расширения функциональных возможностей, в него введены три переключателя, сдгласующий элемент, второй диод и конденсатор, а источник опорного напряжения снабжен дополнительными тремя выходами, общий вы вод первого переключателя подключен к

35 вым сверлом диаметром 6 мм с частотой вращения сверла 60 об/мин, последнее заходит внутрь бетонной стены на глубину 40 мм за 30 сек. без затупления режущей части сверла, Сохранение номинальной мощности на валу электродвигателя на малых оборотах при низком питающем напряжении позволяет эффективно применять данный электропривод совместно с электроинструментом (электродрели, гайковерты, электроотвертки, электронакручиватели и т.д.), рассчитанном на низкое питающее напряжение (27-36 в) через понижающий трансформатор на промышленных предприятиях, а также в условиях с повышенными требованиями по электробезопасности.

Предложенный электропривод позволяет надежно использовать правое и левое вращение электродвигателя, исключая при этом возникновение эффекта "бегущего огня" по коллектору, присущего двухполупериодному режиму работы электродвигателя при изменении направления тока в его якоре на обратное с целью получения левого вращения при реверсе, и исключает выход его из строя.

Использование реверса на малых оборотах позволяет эффективно с сохранением номинальной мощности на валу электродвигателя осуществлять такие операции, как выкручивание шурупов, болтов, гаек, выворачивание метчиков в режиме нарезания резьбы и т.д. дополнительно позволяет расширить область применения электропривода в бытовых и производственных условиях. аноду тиристора, а подвижный контакт первого переключателя предназначен для подключения к соответствующим дополнительным выходам источника опорного напряжения, катод первого диода соединен с входом согласующего элемента и первым выводом конденсатора, второй вывод которого соединен с катодом тиристора, управлчющим электродом .подключенным к выходу согласующего элемента, второй диод через второй переключатель подключен встречно .параллельно тиристору, якорная обмотка электродвигателя соединена с соответствующими подвижными выводами третьего переключателя, второй вывод обмотки возбуждения соединен с первым размыкающим и вторым замыкающим контактами

1790798

10 третьего переключателя, второй замыкающий и первый размыкающий контакты которого объединены и подключены к другому выводу источника питания.

1790798

Составитель В.Букин

Техред M.Moðãåíòàë

КоРРектоР M.Êåðåöìàí

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул,Гагарина. 101

Заказ 376 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5