Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ОДНОФАЗНОГО КОЛЛЕКТОРНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОВЫШЕННОЙ НАДЕЖНОСТИ

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, дата публикации: 01.09.2006) 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, Н02Р 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 оно не содержит в своем составе элементов защиты от подачи управляющего импульса при наличии отрицательного напряжения на аноде тиристора, что может привести к аварийному режиму работы полупроводникового прибора и, как следствие, сократить срок службы полупроводникового прибора и устройства в целом.

Задачей заявляемого технического решения является включение в цепь управления тиристорами защитных устройств, не допускающих подачи управляющих импульсов при отрицательном напряжении на аноде тиристора.

Таким образом, предлагаемое устройство, как и прототип, содержит 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 к входу коммутирующего устройства, выполняющего функции блока управления усилителем мощности, включающего конденсатор, на котором формируется заданное напряжение, транзистор, напряжение отпирания которого является опорным напряжением.

При этом для исключения подачи управляющих импульсов при отрицательном напряжении на аноде тиристора в схему включен блок защиты, состоящий из преобразователя напряжения в разрешающий логический сигнал и логического элемента И (конъюнкция), через который подаются отпирающие импульсы на управляющие электроды тиристоров.

Технический результат предлагаемого решения заключается в повышении надежности работы электропривода.

На чертеже представлена схема устройства для стабилизации частоты вращения однофазного коллекторного электродвигателя повышенной надежности, где 1 - неуправляемая часть вентильного моста источника питания; 2 - управляемая часть вентильного моста источника питания; 3 - однофазный коллекторный двигатель; 4 - шунтирующая цепочка: обратный диод и разрядный резистор; 5 - промежуточный усилитель; 6 - компаратор; 7 - переключающий транзистор; 8 - интегратор; 9 - управляющий транзистор; 10 - потенциометр; 11 - коммутирующее устройство; 12 - конденсатор, формирующий заданное напряжение; 13 - однопереходный транзистор; 14 - блок защиты.

Устройство для стабилизации частоты вращения однофазного коллекторного электродвигателя содержит двигатель постоянного тока последовательного возбуждения, включенный в диагональ полууправляемого вентильного моста 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, и блок защиты, состоящий из преобразователя напряжения в разрешающий логический сигнал, и логического элемента И (конъюнкция), выходной сигнал которого подается на управляющие электроды тиристоров усилителя мощности.

Устройство работает следующим образом.

В момент времени, когда тиристор, входящий в состав полууправляемого вентильного моста, 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 L - индуктивность цепи электродвигателя, Гн;

i(t) - ток якоря двигателя, А;

t - время, с;

e(t) - ЭДС якоря двигателя, В;

R_я, R_ов - сопротивления обмоток якоря и возбуждения, Ом;

с - конструктивная постоянная электродвигателя;

k_Ф - коэффициент пропорциональности между током якоря и магнитным потоком, В·с;

ω - частота вращения вала электродвигателя, 1/с.

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 ноль, а следовательно, обращается в ноль 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 подаются отпирающие импульсы на блок защиты 14, который состоит из преобразователя напряжения в разрешающий логический сигнал и логического элемента И (конъюнкция). Блок защиты не допускает подачи отпирающих импульсов на управляющие электроды тиристоров в момент, когда к аноду тиристора приложено отрицательное напряжение.

Таким образом, заявленный технический результат достигнут вследствие того, что в цепь управления включен блок защиты, который не допускает подачи отпирающих импульсов на тиристоры полууправляемого вентильного моста в момент, когда к аноду тиристора приложено отрицательное напряжение, увеличивая надежность работы электропривода.