Результат интеллектуальной деятельности: ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для плавного запуска и регулирования частоты вращения электродвигателей постоянного тока при питании их от сети переменного тока.

Известен электропривод постоянного тока [1], содержащий коллекторный электродвигатель постоянного тока, якорная обмотка которого шунтирована диодом и через разделительный диод и силовой ключ включена в диагональ выпрямительного моста, стабилизатор напряжения, делитель напряжения, параллельно включенные в диагональ выпрямительного моста, при этом выход делителя напряжения одновременно подключен к входу активного фильтра нижней частоты и инвертирующему входу компаратора, выход которого соединен с входом силового ключа, а выход активного фильтра нижней частоты подключен к входу задатчика частоты вращения, выход которого соединен с неинвертирующим входом компаратора.

Недостатком известного электропривода является резкий запуск электродвигателя при скачкообразном изменении выходного сигнала задатчика частоты вращения, что приводит к значительным пусковым токам, снижающим надежность электропривода и резко увеличивающим нагрузку питающей сети.

Задачей, на решение которой направлено создание предлагаемого изобретения, является повышение надежности электропривода.

Поставленная задача решается тем, что в электропривод, содержащий коллекторный электродвигатель постоянного тока, якорная обмотка которого шунтирована диодом и через разделительный диод и силовой ключ включена в диагональ выпрямительного моста, стабилизатор напряжения, делитель напряжения, параллельно включенные в диагональ выпрямительного моста, при этом выход делителя напряжения одновременно подключен к входу активного фильтра нижней частоты и инвертирующему входу компаратора, выход которого соединен с входом силового ключа, а выход активного фильтра нижней частоты подключен к входу задатчика частоты вращения, дополнительно введены диод и фильтр нижней частоты, вход которого подключен к выходу задатчика частоты вращения, а выход - к неинвертирующему входу компаратора, при этом дополнительный диод включен параллельно фильтру нижней частоты.

На фиг.1 приведена функциональная схема электропривода постоянного тока; на фиг. 2 - форма напряжения: на инвертирующем Uк и неинвертирующем входах компаратора, на выходе задатчика Uз, на электродвигателе Uдв; на фиг.3 - функциональные зависимости: напряжения на электродвигателе Uдв от напряжения на неинвертирующем входе компаратора Uк⁺ (а) и напряжения Uк⁺ от времени при скачкообразном изменении напряжения на выходе задатчика Uз (б).

Электропривод содержит коллекторный электродвигатель постоянного тока 1, который шунтирован диодом 2 и через разделительный диод 3 и силовой ключ 4 включен в диагональ выпрямительного моста 5, стабилизатор напряжения 6 и делитель напряжения 7, параллельно включенные в диагональ выпрямительного моста 5, при этом выход делителя напряжения 7 одновременно подключен к входу активного фильтра нижней частоты 8 и инвертирующему входу компаратора 9, выход которого соединен с входом силового ключа 4. Выход активного фильтра нижней частоты 8 подключен к входу задатчика частоты вращения 10, выход которого соединен с входом фильтра нижней частоты 11. Выход фильтра нижней частоты 11 подключен к неинвертирующему входу компаратора 9. Дополнительный диод 12 включен параллельно фильтру 11.

Электропривод работает следующим образом. При включении электропривода в сеть переменного тока на функциональные элементы схемы поступает постоянное напряжение питания Uп с выхода стабилизатора напряжения 6. Одновременно на инвертирующий вход компаратора 9 с делителя напряжения 7 подается сетевое выпрямленное напряжение Uк^- в виде полуволн положительной полярности и амплитудой, не превышающей допускаемого входного напряжения компаратора 9. На неинвертирующий вход компаратора 9 подается напряжение Uк⁺ с выхода фильтра нижних частот 11. При этом когда величина напряжения Uк⁺ превышает величину Uк^-, компаратор 9 срабатывает и открывает силовой ключ 4. Величина напряжения Uк⁺ в установившемся режиме (см. фиг.2) равна напряжению Uз на выходе задатчика частоты вращения 10, которое (в зависимости от положения органа управления задатчиком) может устанавливаться от нуля до выходного напряжения Uф активного фильтра 8, и, следовательно, длительность τ открытого состояния силового ключа 4 в установившемся режиме определяется напряжением Uз на выходе задатчика 10, что позволяет регулировать величину напряжения на двигателе Uдв от нуля до максимального сетевого напряжения (см. фиг.2).

При скачкообразном увеличении напряжения Uз на выходе задатчика 10 диод 12 запирается, и напряжение Uк⁺ возрастает по экспоненциальной зависимости (см. фиг.3б). Функциональная зависимость напряжения Uдв на электродвигателе 1 от напряжения Uк⁺ имеет вид, приведенный на фиг.3а, поэтому напряжение на двигателе Uдв возрастает практически линейно во всем диапазоне, что обеспечивает плавный запуск электродвигателя 1.

При скачкообразном уменьшении напряжения Uз открывается дополнительный диод 12 и напряжение Uк⁺ уменьшается одновременно с напряжением Uз, что обеспечивает быстрое торможение электродвигателя 1.

При колебаниях напряжения в сети изменяется амплитуда напряжения Uк^-, но практически одновременно меняется величина напряжения Uф на выходе активного фильтра 8. Так как напряжение Uф является входом для задатчика частоты вращения 10, то напряжение Uк⁺ отслеживает колебания напряжения в сети, и, следовательно, длительность τ открытого состояния силового ключа 4 практически не изменяется. Это позволяет исключить значительные колебания напряжения Uдв на электродвигателе при изменении сетевого напряжения.

Предлагаемый электропривод апробирован на электродвигателях с возбуждением от постоянных магнитов и универсальных коллекторных электродвигателях мощностью до 350 Вт.

Функциональные элементы схемы электропривода могут быть выполнены на различных общеизвестных в электронной технике схемных решениях и конструктивно могут быть реализованы на различных сериях полупроводниковых приборов. На фиг. 1 приведен пример реализации электропривода на базе операционных усилителей.

Таким образом, введение в схему электропривода дополнительных функциональных элементов и новых связей позволяет повысить потребительские и технические качества устройств, в которых используется электропривод.

Литература
1. Патент РФ 2092963, H 02 P 5/418, БИ 28, 1997 - прототип.