Устройство для стабилизации частоты вращения однофазного коллекторного электродвигателя

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрифицированном инструменте, бытовых и промышленных электроприборах, в приборах специального назначения. Технический результат заключается в улучшении энергетических показателей электропривода, стабилизации статических характеристик и исключении работы в режиме прерывистых токов. Для питания электрического двигателя используется широтно-импульсный преобразователь и включают компаратор в цепи обратной связи. 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к электрифицированному инструменту, бытовым и промышленным электроприборам, приборам специального назначения.

Известно устройство (http://www.coilgun.ru/920/regulator.gif) для автоматической стабилизации частоты вращения электродвигателя постоянного тока последовательного возбуждения, включающее в себя генератор пилообразного напряжения (ГПН), схему сравнения сигнала с выхода ГПН с сигналом обратной связи и широтно-импульсный преобразователь для регулирования скорости двигателя. Недостатком данного решения является то, что оно не реагирует на ряд возмущений (например, отклонения напряжения источника питания и температуры нагрева обмоток двигателя), так как не контролирует выходной координаты - частоты вращения электродвигателя.

Наиболее близким к заявляемому решению, по мнению заявителей, является устройство для реализации способа стабилизации частоты вращения однофазного коллекторного электродвигателя по а.с. СССР №997216, H02P 5/12 от 15.02.83 г. Устройство содержит электрический двигатель постоянного тока последовательного возбуждения, включенный в диагональ полууправляемого вентильного моста (усилителя мощности) и зашунтированный обратным диодом и разрядным резистором, общая точка которого подключена к входу промежуточного усилителя, состоящего из операционного усилителя и транзистора, причем выход промежуточного усилителя является входом интегратора, состоящего из транзистора и конденсатора, который подключен ко входу коммутирующего устройства, выполняющего функции блока управления усилителем мощности, включающий конденсатор, на котором формируется заданное напряжение, транзистор, напряжение отпирания которого является опорным напряжением.

Недостатком указанного устройства является то, что двигатель работает в режиме прерывистых токов в диапазоне рабочих нагрузок. Вследствие этого снижаются энергетические показатели электропривода, а также существенно возрастает уровень нелинейности статических характеристик.

Технический результат предлагаемого решения заключается в улучшении энергетических показателей электропривода, стабилизации статических характеристик и исключении работы в режиме прерывистых токов.

Поставленная цель достигается тем, что для питания электрического двигателя используется широтно-импульсный преобразователь и в цепи обратной связи включен компаратор.

На фиг.1 представлена схема устройства стабилизации частоты вращения однофазного коллекторного электродвигателя.

Устройство для стабилизации частоты вращения электродвигателя содержит неуправляемый выпрямитель 1, широтно-импульсный преобразователь 2, электродвигатель постоянного тока последовательного возбуждения 3, зашунтированный обратным диодом и разрядным резистором 4, общая точка которых подключена к входу промежуточного усилителя 5, состоящего из операционного усилителя и компаратора 6 и транзистора, причем выход промежуточного усилителя является входом интегратора 8, состоящего из транзистора 9 и конденсатора 10, который подключен ко входу коммутирующего устройства 11, выполняющего функции блока управления широтно-импульсным преобразователем, включающий конденсатор 12, на котором формируется заданное напряжение, транзистор 13, напряжение питания которого является опорным напряжением.

Устройство работает следующим образом.

В момент времени, когда транзистор, входящий в состав широтно-импульсного преобразователя 2, выключен, электродвигатель можно рассматривать отключенным от сети и, если при этом его цепь замкнута на разрядный резистор 4, для образованного контура: электродвигатель 3 - диод-резистор 4 можно записать уравнение

где e(t) - ЭДС якоря двигателя;

c - конструктивная постоянная электродвигателя;

k_Ф - коэффициент пропорциональности между током якоря и магнитным потоком;

R_я, R_ов - сопротивления обмоток якоря и возбуждения;

ω - частота вращения вала электродвигателя, 1/с;

L - индуктивность цепи электродвигателя, Гн.

С большой точностью можно принять, что L=const, поскольку ток i(t) якоря вызван действием ЭДС самоиндукции и составляет около 10-15% от номинального тока I_H. По той же причине и k_Ф=const.

Время t₀, при котором ток, определяемый уравнением (1), обращается в нуль, а следовательно, обращается в нуль и ЭДС самоиндукции, с большой степенью точности пропорционально току нагрузки и обратно пропорционально частоте вращения двигателя. Компаратор 6 за счет смещения напряжения сравнения обеспечивает работу канала обратной связи в режиме непрерывного тока. Интервал времени от π до π+ωt₀ соответствует ширине импульса напряжения на резисторе 4, который усиливается промежуточным усилителем 5 и поступает на вход интегратора 8, определяя время интегрирования постоянного напряжения на нем. Выходное напряжение интегратора 8 является напряжением обратной связи, его суммируют с заданным напряжением, сформированным на конденсаторе 12 коммутирующего устройства 11. Это суммарное напряжение сравнивается с опорным напряжением, равным напряжению отпирания транзистора 13, и в момент равенства подается напряжение питания на электродвигатель 3.

Известно, что оптимальная частота коммутации широтно-импульсного преобразователя для двигателей такого типа: 400-600 Гц.

Таким образом, заявленный технический результат достигнут вследствие того, что для питания электродвигателя используется широтно-импульсный преобразователь и компаратор в цепи обратной связи, обеспечивая работу в режиме непрерывного тока.

Устройство стабилизации частоты вращения однофазного коллекторного двигателя, содержащее двигатель постоянного тока последовательного возбуждения, питаемый от усилителя мощности и зашунтированный обратным диодом и разрядным резистором, общая точка которых подключена к входу промежуточного усилителя, причем выход промежуточного усилителя является входом интегратора, состоящего из транзистора и конденсатора, который подключен ко входу коммутирующего устройства, выполняющего функции блока управления усилителем мощности, включающего конденсатор, на котором формируется заданное напряжение, транзистор, напряжение отпирания которого является опорным напряжением, отличающееся тем, что усилитель мощности состоит из неуправляемого выпрямителя и широтно-импульсного преобразователя, а также в цепи обратной связи включают компаратор.