Устройство для стабилизации скорости вращения электродвигателя

 

Использование: для регулирования и стабилизации скорости вращения коллекторных электродвигателей, а также обеспечения плавного пуска, в частности ручных электроинструментов. Сущность: устройство содержит симистор, включенный последовательно с электродвигателем в цепь переменного тока, управляющий электрод симистора через пороговый элемент подключен к цепи управления, включающей в себя блок усиления. Блок усиления выполнен с регулированием выходного тока в зависимости от тока нагрузки двигателя, посредством введенного блока плавного пуска и ручным регулированием. За счет плавного разгона двигателя в нем исключены перегрузки элементов схемы, возможность поломки инструмента в начале работы, а также улучшены эргономические характеристики инструмента. 6 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования и стабилизации скорости вращения электродвигателей, а также обеспечения плавного пуска, в частности, ручных электроинструментов.

Известны устройства для стабилизации скорости вращения электродвигателя [1] и [2] - (прототип), содержащие соединенный последовательно с электродвигателем симистор, управляющий электрод которого через пороговый элемент подключен к цепи управления, выполненный в виде цепи обратной связи по току двигателя с выходным выпрямителем и блоком усиления.

Недостатком известных устройств является то, что в них при включении за счет подачи сразу на двигатель напряжения, устанавливаемого с помощью управляющих RC-цепей, и напряжения цепи обратной связи, происходит резкое возрастание оборотов, что отрицательно сказывается на работе механизма. Кроме того, так как пусковой ток в несколько раз превышает рабочий, то в начальный момент времени происходит перегрузка питающей сети.

А также в устройствах для стабилизации скорости вращения электродвигателя с такими блоками усиления введение плавного пуска двигателя влечет значительное усложнение устройства, так как регулировка цепи управления (обратной связи) и регулировка числа оборотов двигателя осуществляется двумя потенциометрами в разных блоках. Усложнение устройства снижает его надежность.

Задачей изобретения является повышение надежности за счет введения блока плавного пуска и изменения схемы регулирования числа оборотов двигателя.

Для решения поставленной задачи в устройстве для стабилизации скорости вращения электродвигателя, содержащем соединенный последовательно с электродвигателем симистор, управляющий электрод которого через пороговый элемент подключен к цепи управления, включающей двухкаскадный усилитель, выполненный с возможностью реализации функции регулирования выходного тока в зависимости от тока нагрузки двигателя, и содержащий эмиттерный повторитель, последовательно соединенный с выходным каскадом с общим эмиттером, согласно изобретению двухкаскадный усилитель выполнен с возможностью дополнительного регулирования его выходного тока посредством введенного в цепь управления блока плавного пуска, включенного таким образом, что при подаче питания от сети переменного тока в начальный момент времени он шунтирует выходной каскад усилителя, база которого соединена с подвижным контактом потенциометра, первый конец токопроводящего элемента которого связан с эмиттером эмиттерного повторителя, а второй конец предназначен для подключения блока плавного пуска, и ручного регулирования. Блок плавного пуска выполнен в виде интегратора. В частности задача решается и тем, что в емкостное плечо интегратора включен диод в прямом направлении. Блок плавного пуска выполнен в виде усилительного элемента с емкостной обратной связью. Второй конец токопроводящего элемента потенциометра соединен с его подвижным контактом. Потенциал эмиттера выходного каскада с общим эмиттером зафиксирован. В цепи эмиттера выходного каскада с общим эмиттером установлен диод в прямом направлении.

Преимущество предлагаемого устройства для стабилизации скорости вращения электродвигателя заключается в том, что оно более надежно, так как за счет введения блока плавного пуска в нем исключена возможность возникновения перегрузок элементов схемы и поломки инструмента в начале работы. За счет плавного разгона двигателя улучшаются эргономические характеристики ручных инструментов. Выполнение блока плавного пуска в виде усилительного элемента с емкостной обратной связью, позволяет значительно снизить величину емкости конденсатора в интеграторе и, следовательно, уменьшить габариты устройства. Использование в устройстве предлагаемого двухкаскадного усилителя, в котором с помощью одного потенциометра производится и компенсация разброса параметров элементов цепи управления, и регулировка оборотов двигателя, позволяет, упростив управляющие RC-цепи, при помощи введенного простого в исполнении блока плавного пуска, повысить надежность устройства. К недостатку предлагаемого двухкаскадного усилителя можно отнести разное время разгона двигателя блоком плавного пуска для разных, заданных потенциометром, оборотов. Еще одно исполнение двухкаскадного усилителя не имеет этого недостатка за счет жесткой привязки базы выходного транзистора к блоку плавного пуска, обеспечиваемой соединением связанного с ним второго конца токопроводящего элемента потенциометра с его подвижным контактом. Фиксация потенциала эмиттера выходного каскада с общим эмиттером, например, диодом, включенным в прямом направлении, обеспечивает полный диапазон регулирования оборотов потенциометром двухкаскадного усилителя при любой нагрузке. Тогда как в известных устройствах при смене инструмента (насадки) требуется дополнительная поднастройка цепи обратной связи, так как в противном случае может не обеспечиваться установка минимальных оборотов потенциометром управляющих RC-цепей.

На фиг. 1 представлена электрическая схема устройства для стабилизации скорости вращения электродвигателя; на фиг. 2 - другое ее исполнение.

Устройство содержит симистор 1, включенный последовательно с электродвигателем 2 в цепь переменного тока, конденсатор 3, управляющий электрод симистора 1, через пороговый элемент 4 подключен к цепи 5 управления. Пороговый элемент 4 может быть выполнен в виде выпрямительного моста 6 с диагональным динистором 7. Цепь 5 управления выполнена на трансформаторе 8 тока с выпрямителем 9, ограничителе 10 напряжения, конденсаторе 11 памяти, резисторах 12, 13, двухкаскадном усилителе 14, содержащем транзисторы 15, 16, потенциометр 17 и диод 18, введенном блоке 19 плавного пуска и выходном выпрямителе 20. блок 19 плавного пуска может быть выполнен в виде интегратора на резисторе 21, конденсаторе 22, диоде 23, в емкостном плече, и параллельном конденсатору 21 контакте 24 сдвоенного микровыключателя, второй контакт 25 которого включен в цепь питания двигателя 2 от сети переменного тока. Причем при замкнутом контакте 25, контакт 24 - разомкнут и наоборот. Устройство для стабилизации скорости вращения электродвигателя может содержать управляемый импульсный источник 26 питания (УИИП). Блок 18 плавного пуска может быть выполнен (фиг. 2) в виде усилительного элемента, например, транзистора 27, с емкостной обратной связью в виде конденсатора 21, шунтированного резистором 28.

Устройство работает следующим образом.

Частота вращения электродвигателя определяется сдвигом фазы управляющего сигнала, формируемого напряжением срабатывания порогового элемента 4 и сигналом цепи 5 управления.

При замыкании контакта 25 (фиг. 1), т.е. при подаче питания от сети переменного тока, в начальный момент времени незаряженный конденсатор 22 шунтирует выходной каскад (транзистор 16) двухкаскадного усилителя 14. При этом ток через выходной выпрямитель 20 минимален и определяется величиной сопротивления резистора 21, следовательно, конденсатор 3 не заряжается до напряжения срабатывания порогового элемента 4 и симистор 1 закрыт.

В процессе заряда конденсатора 22 выходное напряжение блока плавного пуска постепенно увеличивается, за счет чего повышается напряжение на базе транзистора 16 и он открывается. Через выходной выпрямитель 20 появляется ток, увеличивающийся по мере заряда конденсатора 22. С увеличением тока через выходной выпрямитель 20, угол отсечки напряжения, подаваемого на двигатель 2, плавно уменьшается от 180 до значения, определяемого положением движка потенциометра 17, т. е. происходит плавный разгон двигателя. По окончании заряда конденсатора 22, ток через него прекращается, и блок 19 плавного пуска на работу устройства не влияет. Время разгона определяется постоянной времени интегрирующей цепи блока 19 (величиной сопротивления резистора 21 и емкости конденсатора 22). Сопротивление резистора 21 определяется, исходя из заданной минимальной величины оборотов двигателя 2 в момент пуска. Диод 23 в емкостном плече интегратора обеспечивает отсутствие влияния блока 19 плавного пуска на работу устройства в установившемся режиме, так как препятствует частичному разряду конденсатора в момент отсутствия импульсов с УИИП 26. Жесткая привязка базы выходного транзистора 16 к выходу блока 19 плавного пуска (фиг. 2) за счет соединения второго конца токопроводящего элемента потенциометра 17 с его подвижным контактом, обеспечивает постоянное время разгона двигателя на любых заранее заданных потенциометром 17 оборотах. При выполнении блока 19 плавного пуска в виде усилительного элемента (транзистора 27) с емкостной обратной связью (конденсатор 22), см. фиг. 2, устройство работает аналогично. Т.е. в начальный момент времени после включения контакта 25 конденсатор 22 незаряжен, и открытый транзистор 27 шунтирует выходной каскад (транзистор 16) усилителя 14. В процессе заряда конденсатора 22 транзистор 16 открывается все больше и больше, а транзистор 27 также закрывается. Далее, как в устройстве, показанном на фиг. 1.

В установившемся режиме сигнал цепи 5 управления, а следовательно, и частота вращения электродвигателя 2, определяется положением движка потенциометра 17. В верхнем положении движка потенциометра 17 выходной транзистор 16 усилителя 14 полностью открыт и шунтирует выходной выпрямитель 20. При этом ток заряда конденсатора 3 достаточен для формирования угла отсечки близкого к 0.

В крайнем нижнем положении движка потенциометра 17 выходной транзистор 16 усилителя 14 закрыт. Ток через выходной выпрямитель 20 отсутствует, конденсатор 3 не заряжается, симистор 1 не открывается. Для надежного запирания транзистора 16 его эмиттерный потенциал фиксируется, например, диодом 18.

Резистор 13, конденсатор 11 памяти и ограничитель 10 напряжения в виде стабилитрона позволяют устранить качание скорости вращения электродвигателя при увеличении его нагрузки. Наличие УИИП 26 обеспечивает подачу импульсного напряжения на выходной выпрямитель 20, что позволяет расширять диапазон регулирования скорости электродвигателя 2, одновременно снижая уровень рассеиваемой мощности и делая возможным изготовление устройства в микроминиатюрном исполнении. Конденсатор 11 памяти в цепи 5 управления повышает динамическую точность стабилизации. Изменением сопротивления подстроечного резистора 12 компенсируется разброс параметров двигателя 2 и трансформатора 8 тока.

Выполнение входного каскада (транзистор 15) усилителя 14 в виде эмиттерного повторителя, обладающего большим входным сопротивлением, позволяет уменьшить величину емкости конденсатора 11 памяти, что важно при изготовлении устройства в микроминиатюрном исполнении. При выключении устройства одновременно с размыканием контакта 25 замыкается контакт 24, через который разряжается конденсатор 22, приводя блок 19 плавного пуска в исходное состояние.

Таким образом, предлагаемое устройство надежно в эксплуатации. За счет плавного разгона двигателя в нем исключены перегрузки элементов схемы, возможность поломки инструмента в начале работы, а также улучшены эргономические характеристики инструмента.

Формула изобретения

1. Устройство для стабилизации скорости вращения электродвигателя, содержащее соединенный последовательно с электродвигателем симистор, управляющий электрод которого через пороговый элемент подключен к цепи управления, включающей двухкаскадный усилитель, выполненный с возможностью реализации функции регулирования выходного тока в зависимости от тока нагрузки двигателя, и содержащий эмиттерный повторитель, последовательно соединенный с выходным каскадом с общим эмиттером, отличающийся тем, что двухкаскадный усилитель выполнен с возможностью дополнительного регулирования его выходного тока посредством введенного в цепь управления блока плавного пуска, включенного таким образом, что при подаче питания от сети переменного тока в начальный момент времени он шунтирует выходной каскад усилителя, база которого соединена с подвижным контактом потенциометра, первый конец токопроводящего элемента которого связан с эмиттером эмиттерного повторителя, в второй конец предназначен для подключения блока плавного пуска, и ручного регулирования.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок плавного пуска выполнен в виде интегратора.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в емкостное плечо интегратора включен диод в прямом направлении.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок плавного пуска выполнен в виде усилительного элемента с емкостной обратной связью.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что второй конец токопроводящего элемента потенциометра соединен с его подвижным контактом.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что потенциал эмиттера выходного каскада с общим эмиттером зафиксирован.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в цепи эмиттера каскада с общим эмиттером установлен диод в прямом направлении.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2