Регулятор частоты вращения для однофазного коллекторного электродвигателя

 

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.

СОЮЗ COBF TCKI Õ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)5 Н 02 P 5/418, 5/16 ГОСУДАРСТВЕMHOF ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГOCflATEHT СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4932290/07 (22) 14.03.91 (46) 23.06.93. Бюл.¹ 23 (75) В.Г.Букин и И.Ю.Михайлик (56) Кублановский Я.С. Тиристорные устройства. М.: Радио и связь. 1987, с.103.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1686684, кл. Н 02 P 5/16, 1989. (54) РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ

ДЛЯ ОДНОФАЗНОГО КОЛЛЕКТОРНОГО

ЗЛЕ КТРОДВИГАТЕЛЯ (57) Использование: в электротехнике, в частности в устройствах регулирования частоты вращения однофазных коллекторных

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.3 — 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

ÄÄ 5U „„18231 23 А1 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 предварите. ьно выделенного и сформированного сигнала обратной связи по величине противоЭДС. Защита от перегрузок реализована с помощью фототиристора, шунтирующего цепь управления при . перегрузке. 4 ил. между анодами тиристоров 3, 4 параллельно которым включены равные им по мощности диоды 5, б,и одновременно являющуюся диагональю моста узла выделения напряже- 2 ния обратной связи по величине противоЭДС двигателя, состоящего из диодов

7-10, цепь управления, состоящую из дели- © теля — переменного резистора 11, один ко- Ю с нец которого последовательно соединен с постоянным резистором 12, а средняя точка а через резистор 13 и диоды 14, 15 с управля- Я ющими электродами тиристоров 3, 4,а дру- () гой конец соединен через диоды 16, 17 с, напряжением сети, Кроме того последовательно с нагрузкой включен низкоомный резистор 18, йараллельно 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, ограничива1823123 ющим резистором 24 и диодом 25 включен параллельно переменному резистору 11 цепи управления регулятора. Конденсатор 2б служит для фильтрации напряжения, поступающего на тиристор оптрона.

Нагрузка, цепь управления, тиристоры, а также схемы защиты от перенагрузок запигываются 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 вЂ” 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

10 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 полупериод 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 б, 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 переменного резистора 11.

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

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

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

9 откроются и на. управляющие электроды

55 тиристоров 3, 4 будет подан отрицательный сигнал.

Наибольший угол отпирания, соответствующий наименьшей мощности, подводимой к нагрузке, составляет для данной схемы четверть периода, поскольку наиболее поздний момент отпирания тиристоров соответствует амплитудному значению опорного напря>кения, Если нагрузка двигателя нарастает так. что скорость и противоЭДС снижаются, тиристоры отпираются с меньшей задержкой, увеличивая таким образом, подводимую мощность.

В случае малой нагрузки и установки 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 напряжения сети, прежде чем его скорость упадет до установленного значения и тиристоры вновь откроются.

В результате на самых малых оборотах двигателя возникают "качания" или прерывистое вращение, обусловленное частотой запускающих импульсов тока, что дает положительный эффект при некоторых практических применения..; (например, при сверлении бетона и нареэании резьбы), При увеличении сопротивления Р 1 сначала будет увеличиваться частота запускающих импульсов тока, пока не сравняется с частотой сети.

Дальнейшее увеличение сопротивления будет уменьшать фазовый угол включения тиристоров (си.фиг.4). 11ри превышении потребляемой мощности максимально допустимое падение напряжения на резисторе 18 будет достаточным. чтобы светодиод оптрона 22 открыл его тиристор и эашунтировал цепь управления регулятора, обесточив при этом нагрузку, При этом тиристор оптрона останется открытым до тех пор, пока регулятор 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 отфиль3 трованным конденсатором 26. Светодиод

23 индицирует при этом перегрузку.

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

1823123

2 кВт) шнур питания с вилкой для включения в сеть переменного тока и предохранитель.

Внутри корпуса размещены элементы схемытиристоры 3, 4 Ку 202Н, диоды 5, 6 Д246А, потенциометр 11 ППЗ-41-1,5ком, постоян.ные резисторы 12 МЛТ-1 — Зком, 13 МЛТ-210ком, 24-30 ом. диоды 7, 8, 9, 10 Д7, а диоды

14, 15, 16, 17, 25 — КД105В, резистор 21-СП52-470 ом, оптрон 22 — фототиристор АОУ103А, конденсаторы С20-К50-16--500 мкФх10 В, С25-К50 16-200 мкФх50 В. светодиод 23-АЛ-103 Г.

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-фотолал1оах 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. Г1ри сверлении бетонной стены победитовым сверлом диаметром б 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.

Авторал1и проводились сравнительные испытания предложенного регулятора совместно с электродрелью со встроенным регулятором.

Сопоставительный анализ показал, что в электродрелях со встроенным регулятором (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 обеспечива20

ГО ет 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 анодол1 и катодом первого, второго и третьего. четвертого диодов и с выводами для подключения к источнику переменного напряжения, 113лlерительный диодный мост, одна диагональ которого соединена с выводами для подключения электродвигателя, первый вывод другой диагонали через переменный резистор соединен с анодал1и второго и четвертого диодов, а второй вывод другой диагонали подключен к анодам пятого и шестого диодов, катоды которых соединены соответственно с управляющими электродами тиристоров, о т л и ч а ю щ и йс я тел1, что, с целью расширения диапазона регулирования и повышения надежности, в него введены узел защиты от перегрузки и резистивный датчик тока, включенный между а11одом первого тиристора, соединенным с катодом первого диода, и первьюл выводом для подключения электродвигателя, анод второго тиристора и катод третьего диода обьединены и соединены с вторым выводом для подкл 1очен ия 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

Фиг /

7 ч Гз

1йй

©Ъг 5

Hn Car

Составитель В.Букин

Tехпед М.Моргентап

Корректор В.Петраш

Редактор

Заказ 2186 Тирах Подписное

ВНИИПИ Гогудлрст венного комитегл по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР ! 13035, Москва 7К-35. Раушская наб., 4/5

Производств оно i з.длтеп гкий гомбинлт "Патент", r. Ужгород, уп.Га. арина, 101

Г Л

/ / 1 у

/QP

U

9 иг 2

/ /

Л

/ /

/ (/g

1„/

/ у р