Устройство управления частотой вращения вала коллекторного электродвигателя переменного тока

 

Использование: для управления частотой вращения вала коллекторного электродвигателя переменного тока и других инерционных потребителей, работающих в условиях высокого уровня индустриальных помех. Сущность изобретения: устройство, реализующее способ управления частотой вращения вала, содержит триггер Шмидта, ждущий мультивибратор, счетный триггер, М-разрядный двоичный счетчик, дешифратор, узел управления режимом, RS-триггер и электронный ключ. Это позволяет обеспечить сохранение синусоидальной формы напряжения питания коллекторного электродвигателя переменного тока в процессе управления частотой вращения вала и увеличение срока службы двигателя за счет снижения износа коллектора и щеток вследствие электроэрозии. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для управления частотой вращения вала коллекторного электродвигателя переменного тока, а также мощностью инерционных потребителей, в том числе в условиях высокого уровня индустриальных помех.

Известны устройства управления частотой вращения вала коллекторного электродвигателя переменного тока, которые изменяют параметры питающего напряжения [1].

Известно устройство управления частотой вращения вала коллекторного электродвигателя переменного тока, использующее фазовое регулирование питающего напряжения, содержащее электронный ключ, управляющий вход которого подключен к выходу блока управления режимом работы, на другой вход которого подано напряжение питающей сети, а к выходу подключен коллекторный электродвигатель переменного тока [2].

Недостаток известного устройства состоит в том, что коммутация электродвигателя при фазовом сдвиге ϕ > 0 и, особенно, близком к ϕ = 90^o, вызывает ускоренный износ коллектора и щеток вследствие электроэрозии, что сокращает срок службы электродвигателя. Кроме того, работа электродвигателя с таким устройством управления сопровождается высоким уровнем электромагнитных помех.

Существенные признаки предлагаемого устройства управления частотой вращения вала коллекторного электродвигателя переменного тока и мощностью инерционных потребителей характеризуются тем, что устройство управления содержит электронный ключ, управляющий вход которого подключен к выходу блока управления режимом работы электронного ключа, на другой подано напряжение питающей сети, а к выходу подключен коллекторный электродвигатель переменного тока, причем блок управления режимом работы электронного ключа выполнен в виде триггера Шмитта, на вход которого поступает выпрямленное напряжение питающей сети, выход которого соединен с входом ждущего мультивибратора, выход которого соединен с входом счетного триггера, выход которого соединен с входом М-разрядного двоичного счетчика, выходы которого соединены с входами дешифратора, нулевой выход которого соединен с входом S RS-триггера, а остальные выходы соединены с входами узла задания режима работы, выход которого подключен к входу R RS-триггера, выход которого является выходом блока управления режимом работы электронного ключа.

Совокупность перечисленных существенных признаков характеризуется техническим эффектом, направленным на увеличение срока службы электродвигателя и снижение уровня электромагнитных помех в процессе регулирования частоты вращения его вала. Указанный эффект достигается за счет чередования активного (через двигатель протекает полный ток) и пассивного (ток через двигатель не протекает) циклов работы двигателя и синхронизации начала и конца активного цикла с моментами перехода питающего напряжения через ноль, т. е. сохранение синусоидальной формы напряжения питания. При этом из каждой следующих друг за другом последовательностей целого числа N периодов питающего напряжения исключается определенное число n целых периодов, в результате чего образуются циклы активного и пассивного режимов, состоящие из (N-n) и n периодов соответственно. При таком режиме питания средняя мощность, потребляемая электродвигателем, и частота вращения его вала зависят от соотношения (N-n)/N, а момент на валу, развиваемый электродвигателем в активном режиме, равен номинальному.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства управления частотой вращения вала коллекторного электродвигателя переменного тока, состоящая из электронного ключа и блока управления режимом его работы; на фиг.2 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства управления.

Блок управления режимом работы электронного ключа содержит триггер Шмитта 1, на вход которого поступает выпрямленное напряжение питающей сети. Выход триггера Шмитта 1 соединен с входом ждущего мультивибратора 2, выход ждущего мультивибратора 2 соединен с входом счетного триггера 3, выход которого соединен со входом М-разрядного двоичного счетчика 4. Параллельный код с выходов счетчика 4 поступает на вход дешифратора 5. Нулевой выход дешифратора 5 соединен с входом S RS-триггера 7, а выходы 1, 2,..., К подключены к входам узла задания режима работы 6, выход которого подключен к входу R RS-триггера 7. Выход RS-триггера 7, являющийся выходом блока управления режимом работы электронного ключа, подключен к управляющему входу электронного ключа 8, на другой вход которого подано напряжение питающей сети. К выходу электронного ключа 8 подключен коллекторный электродвигатель переменного тока 9 или другой инерционный потребитель.

Устройство управления (фиг. 1) работает следующим образом.

Выпрямленное пульсирующее напряжение питающей сети (фиг. 2,а) поступает на вход триггера Шмитта 1, на выходе которого в моменты, близкие к переходу напряжения питающей сети через ноль, формируются короткие прямоугольные импульсы. Первым сформированным импульсом запускается ждущий мультивибратор 2, генерирующий калиброванный по длительности импульс, который является вторичным импульсом синхронизации и во время действия которого устройство управления становится нечувствительным к импульсным помехам на его входе, что обеспечивает генерацию только одного синхроимпульса, совпадающего с моментом перехода синусоидального напряжения через ноль (фиг. 2,b). Длительность импульса, генерируемого ждущим мультивибратором, выбирается равным времени, в течение которого амплитуда входного сигнала (фиг.2,а) соизмерима с уровнем помех на входе триггера Шмитта 1. Генерируемые ждущим мультивибратором импульсы, совпадающие с началом полупериода питающего напряжения, поступают на вход счетного триггера 3, на выходе которого последовательность прямоугольных импульсов имеет период, равный периоду питающего напряжения (фиг.2,с). Сигнал с выхода счетного триггера поступает на вход двоичного М-разрядного счетчика, где осуществляется циклический (непрерывный) счет поступающих импульсов. Параллельный двоичный код с выходов счетчика дешифрируется дешифратором 5. Сигнал с нулевого выхода дешифратора (фиг.2,d) поступает на вход установки (S) RS-триггера 7, а сигнал с одного из выходов 1, 2,..., К (фиг. 2, е) в зависимости от состояния узла задания режима работы 5 подключается к входу сброса (R) RS-триггера 7. Таким образом, на выходе RS-триггера 7 формируется управляющий сигнал (фиг.2,f), открывающий электронный ключ 8, на другой вход которого подано напряжение питающей сети (фиг. 2g). Электронный ключ 8 подключает электродвигатель 9 к сети на время, определяемое состоянием узла задания режима работы 6. Временная диаграмма, иллюстрирующая заданный режим работы электродвигателя, представлена на фиг.2,h.

Формула изобретения

Устройство управления частотой вращения вала коллекторного электродвигателя переменного тока и мощностью инерционных потребителей, содержащее электронный ключ, управляющий вход которого подключен к выходу блока управления режимом работы электронного ключа, на другой вход которого подано напряжение питающей сети, а к выходу подключен коллекторный электродвигатель переменного тока, отличающееся тем, что блок управления режимом работы электронного ключа выполнен в виде триггера Шмитта, на вход которого поступает выпрямленное напряжение питающей сети, выход которого соединен с входом ждущего мультивибратора, выход которого соединен с входом счетного триггера, выход которого соединен с входом М-разрядного двоичного счетчика, выходы которого соединены с входами дешифратора, нулевой выход которого соединен с S-входом RS-триггера, а остальные выходы соединены с входами узла задания режима работы, выход которого подключен к R-входу RS-триггера, выход которого является выходом блока управления режимом работы электронного ключа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2