Электропривод постоянного тока

 

Использование: для регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока при питании его от сети переменного тока, преимущественно в устройствах бытового назначения, где требуется плавное управление частотой вращения в широком диапазоне частот, при этом уровень радиопомех по сети, создаваемых электроприводом должен быть минимальным. Сущность: электропривод постоянного тока содержит коллекторный электродвигатель постоянного тока, силовой ключ, выпрямительный мост, задатчик частот вращения, стабилизатор напряжения. Дополнительно введенные в электропривод диод, инвертирующий триггер Шмитта, амплитудный ограничитель и соответствующие связи между функциональныи элементами позволяют обеспечить широкий диапазон регулирования частоты вращения электродвигателя, минимальный уровень радиопомех, линейность регулирования. Силовой ключ выполнен на полевом транзисторе. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока при питании его от сети переменного тока, преимущественно в бытовых устройствах, где требуется плавное регулирование частоты вращения в широком диапазоне (от нуля до максимальной), а также минимальный уровень радиопомех по сети, создаваемых электроприводом.

Известен электропривод постоянного тока, представляющий собой тринисторный регулятор [1] содержащий коллекторный электродвигатель постоянного тока, шунтирующий якорную обмотку диод, силовой ключ, выполняемый на транзисторе, выпрямительный мост, стабилизатор напряжения, генератор импульсов, при этом якорная обмотка электродвигателя включена через силовой ключ в диагональ выпрямительного моста, а вход силового ключа подключен к выходу генератора импульсов, цепь питания которого соединена с выходом задатчика частоты вращения, представляющего собой фазосдвигающую цепь.

Принцип работы электропривода основан на двухполупериодном фазовом управлении тринистором.

Недостатком известного электропривода является ограничение на значение минимальной частоты вращения вала электродвигателя вследствие неустойчивой работы транзисторного ключа при малых углах отсечки управляющего импульса. Кроме того, рассматриваемый электропривод создает высокий уровень радиопомех по сети, так как тринисторный ключ формирует импульсы тока с крутыми фронтами, управлять крутизной которых по цепи управления тринисторным ключом невозможно. Это приводит к необходимости установки габаритных и дорогостоящих схем и элементов защиты от радиопомех.

Целью изобретения является расширение диапазона регулирования частоты вращения и снижения уровня радиопомех, создаваемых электроприводом.

Поставленная цель достигается тем, что в электропривод, содержащий коллекторный электродвигатель постоянного тока, якорная обмотка которого шунтирована диодом и через силовой ключ включена в диагональ выпрямительного моста, задатчик частоты вращения, стабилизатор напряжения, дополнительно введены диод, амплитудный ограничитель и инвертирующий триггер Шмитта, при этом якорная обмотка с силовым ключом включена в диагональ выпрямительного моста через дополнительный диод, а задатчик частоты вращения непосредственно, выход задатчика частоты вращения соединен через амплитудный ограничитель с входом триггера Шмитта, выход которого подключен через резистор ко входу силового ключа, выполненного на полевом транзисторе.

На фиг. 1 приведена функциональная схема электропривода постоянного тока, на фиг. 2 форма электрического сигнала: на выходе задатчика частоты вращения U_зд(а) при различном положении движка резистора задатчика, на входе инвертирующего триггера Шмитта (б), на выходе триггера Шмитта (в), на электродвигателе (г).

Электропривод содержит коллекторный электродвигатель постоянного тока 1, якорная обмотка которого шунтирована диодом 2 и через силовой ключ 3 и дополнительный диод 4 включена в диагональ выпрямительного моста 5. Стабилизатор напряжения 6 и задатчик частоты вращения 7 включены в диагональ выпрямительного моста 5. Выход задатчика частоты вращения 7 соединен с входом инвертирующего триггера Шмитта 8 через амплитудный ограничитель 9. Выход триггера Шмитта 8 может быть соединен с входом силового ключа 3, выполненного на полевом транзисторе, непосредственно или через резистор 10.

Электропривод работает следующим образом.

При включении электропривода в сеть переменного тока на триггер Шмитта 8 поступает постоянное напряжение питания с выхода стабилизатора напряжения 6, а на задатчик частоты вращения сетевое выпрямленное напряжение в виде полуволн положительной полярности. В зависимости от положения органа управления задатчиком частоты вращения амплитуды выходного напряжения задатчика меняется от максимального значения, соответствующего амплитуде сетевого напряжения, до нуля (фиг. 2а). Амплитудный ограничитель 9 обеспечивает защиту входных цепей триггера Шмитта от высоковольтного выходного сигнала задатчика, ограничивая амплитуду на уровне U_доп, не превышающем величины допускаемого входного напряжения триггера Шмитта (фиг. 2б).

При снижении напряжения на входе триггера Шмитта до порогового уровня срабатывания U_сp. на выходе триггера появляется напряжение положительной полярности (фиг. 2), силовой ключ 3 открывается и через якорную обмотку электродвигателя 1 протекает ток и вал электродвигателя вращается. При увеличении напряжения на входе триггера до порогового уровня отпускания U_отл. триггер скачком переходит в другое устойчивое состояние, когда U_вых равно 0 (фиг. 2в), и силовой ключ запирается.

Таким образом, длительность открытого состояния силового ключа 3 определяется амплитудой напряжения на выходе задатчика частоты вращения, и, следовательно, изменяя амплитуду напряжения на выходе задатчика частоты, можно регулировать величину напряжения на электродвигателе 1 практически от нуля до максимального сетевого напряжения (фиг. 2г), что позволяет управлять частотой вращения в широком диапазоне.

Выход триггера Шмитта 8 подключен к входу силового ключа 3 через резистор 10, который вместе с выходной емкостью С_вх полевого транзистора (составляющей, например, для транзистора КП707В2 1500 пФ) образует фильтр нижней частоты (фиг. 1), увеличивающей длительность переднего и заднего фронтов выходных импульсов триггера Шмитта. Это позволяет снизить крутизну фронтов импульсов тока через якорную цепь электродвигателя и тем самым снизить уровень радиопомех по сети, создаваемых электроприводом.

Дополнительный диод 4 исключает попадание через задатчик частоты вращения на вход триггера Шмитта импульсов напряжения, возникающих при вращении вала электродвигателя (коллекторные пульсации) и в момент срабатывания силового ключа, а также противоЭДС, в случае применения в электроприводе электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов. Это обеспечивает устойчивую работу схемы электропривода независимо от типа применяемого электродвигателя (универсальный коллекторный или с возбуждением от постоянных магнитов), состояния щеточно-коллекторного узла и т.п.

Предлагаемый электропривод апробирован в составе привода бытовой швейной машины "Чайка-143А" с электродвигателями постоянного тока мощностью 40 Вт (с возбуждением от постоянных магнитов и универсальным коллектором с последовательным возбуждением). Результаты испытаний показали высокие потребительские качества электропривода (широкий диапазон регулирования частоты вращения, плавное регулирование частоты вращения практически во всем диапазоне, низкий уровень радиопомех по сети).

Функциональные элементы схемы электропривода могут быть реализованы на различных общеизвестных в электронной технике схемных решениях и конструктивно могут быть реализованы на различных сериях полупроводниковых приборов.

Таким образом, введение в схему электропривода дополнительных функциональных элементов и новых связей между ними позволяет повысить потребительские и технические качества устройства, в которых используется электропривод, а также снизить уровень радиопомех и тем самым значительно упростить или исключить схемы и элементы защиты от радиопомех.

Формула изобретения

Электропривод постоянного тока, содержащий коллекторный электродвигатель постоянного тока, якорная обмотка которого шунтирована диодом и через силовой ключ включена в диагональ выпрямительного моста, задатчик частоты вращения, стабилизатор напряжения, отличающийся тем, что в него дополнительно введены диод, амплитудный ограничитель и инвертирующий триггер Шмитта, при этом якорная обмотка с силовым ключом включена в диагональ выпрямительного моста через указанный диод, а задатчик частоты вращения непосредственно, выход задатчика частоты вращения соединен через амплитудный ограничитель с входом триггера Шмитта, выход которого подключен через резистор к входу силового ключа, выполненного на полевом транзисторе.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

PC4A - Регистрация договора об уступке патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Прежний патентообладатель:Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный комплекс «ЭЛТОН ЭНВО»

(73) Патентообладатель:Общество с ограниченной ответственностью «МЭЛ»

Договор № РД0017915 зарегистрирован 02.02.2007

Извещение опубликовано: 20.03.2007        БИ: 08/2007

---