Устройство для стабилизации скорости вращения электродвигателя

 

Использование: может быть использовано для стабилизации скорости однофазных коллекторных электродвигателей, например переносных электроинструментов. Сущность: устройство для стабилизации скорости вращения электродвигателя содержит симистор 1, включенный последовательно с электродвигателем 2 в сесть переменного тока, блок 3 управления симистором 1, выходом подключенный к пороговому элементу 8, и цепь обратной связи 11 по току двигателя с выходным выпрямителем 12, управляемый импульсный источник питания 14, подключенный входами 15, 17 параллельно симистору 1. Вход 18 управляемого импульсного источника питания 14 соединен с выводом 20 двигателя 2, выход 13 - с выходным выпрямителем 12. Наличие управляемого импульсного источника питания позволяет расширить диапазон регулирования скорости электродвигателя, одновременно обеспечивая возможность микроминимального исполнения устройства. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для стабилизации скорости вращения однофазных коллекторных электродвигателей, например переносных электроинструментов.

Известны устройства для стабилизации скорости вращения электродвигателя [1] и [2] содержащие симметричный симистор, включенный последовательно с электродвигателем в сеть переменного тока, блок управления тиристором, включающий управляющие резисторы и конденсаторы, выходом подключенный к пороговому элементу, выполненному в виде выпрямительного моста с динистором, включенным в его диагональ, и цепь обратной связи по току двигателя с выходным выпрямителем.

Недостатком известных устройств является ограниченный диапазон регулирования скорости электродвигателя в связи с тем, что максимально возможное напряжение, подаваемое в этих устройствах на электродвигатель, значительно меньше напряжения питающей сети. Это обусловлено тем, что, во-первых, управляющий конденсатор, определяющий сдвиг фазы управляющего сигнала, заряжается синусоидальным напряжением, причем подаваемым на выходной выпрямитель через делитель напряжения. Во-вторых, управляющие резисторы, последовательно стоящие в зарядной цепи конденсатора, увеличивают постоянную времени заряда. Уменьшение величины сопротивления управляющих резисторов ведет к увеличению рассеиваемой на них мощности, что препятствует микроминиатюрному исполнению известных устройств.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение диапазона регулирования скорости электродвигателя за счет увеличения максимально возможного напряжения питания, подаваемого на двигатель. При этом должна обеспечиваться возможность микроминиатюрного исполнения устройства.

Для решения поставленной задачи в устройстве для стабилизации скорости вращения электродвигателя, содержащем симистор, включенный последовательно с электродвигателем в сеть переменного тока, блок управления симистором, выходом подключенный через пороговый элемент к управляющему электроду симистора, и цепь обратной связи по току с выходным выпрямителем, один вывод выходной диагонали выходного выпрямителя цепи обратной связи по току соединен с одним выводом блока управления симистором и оно дополнительно снабжено управляемым импульсным источником питания, первым входом соединенным от симистора выводом электродвигателя, а вторым входом, соединенным со вторым выводом блока управления симистором, и управляющий вход управляемого импульсного источника питания подключены параллельно симистору, а выход связан с вторым выводом выходной диагонали выходного выпрямителя.

Введение управляемого источника питания (УИИП), выходом соединенного с выходным выпрямителем, расширяет диапазон регулирования скорости электродвигателя, т. к. наличие импульсного напряжения на выходном выпрямителе обеспечивает возможность подачи на двигатель полного напряжения питания, близкого напряжению сети. При этом низкий уровень рассеиваемой УИИП- мощности позволяет изготавливать предлагаемое устройство в микроминиатюрном исполнении.

На фиг.1 показана электрическая схема устройства для стабилизации скорости вращения электродвигателя; на фиг. 2 эпюры напряжений, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит симистор 1, включенный последовательно с электродвигателем 2 в сеть переменного тока. Блок 3 управления симистором 1, содержащий управляющие резисторы 4,5 и конденсаторы 6, 7, выходом подключен к управляющему электроду симистора 1 через пороговый элемент 8. Пороговый элемент 8 может быть выполнен в виде выпрямительного моста 9 с диагональным динистором 10. Цепь обратной связи 10 по току двигателя выполнена с выходным выпрямителем 12, у которого один вывод выходной диагонали соединен с одним из выводов блока 3 управления, а второй вывод выходной диагонали соединен с выходом 13 УИИПа 14. Управляющим входом 15 через ограничительный резистор 16 и вторым входом 17 непосредственно УИИП 14 подключен параллельно симистору 1. Первый вход 18 УИИПа через ограничительный резистор 19 соединен со свободным от симистора выводом 20 электродвигателя 2. УИИП 14 содержит выпрямитель на диодах 21, 22, стабилизаторы 23, 24, зарядные конденсаторы 25, 26, ключи на транзисторах 27, 28.

Устройство работает следующим образом.

В установившемся режиме частота вращения электродвигателя определяется сдвигом фазы управляющего сигнала, формируемого управляющими резисторами 4, 5, конденсаторами 6, 7 и сигналом обратной связи по току двигателя, формируемым в виде проводимости выходного выпрямителя 12. Напряжение (см. фиг.2а) через ограничительный резистор 19 и выпрямители на диодах 21, 22 поступают на конденсаторы 25, 26, напряжение заряда которых определяются стабилитронами 23, 24. Через резистор 16 подается напряжение сети на управление транзисторными ключами 27, 18, которые поочередно, в зависимости от полярности полуволны питающего напряжения, подключают к выходному выпрямителю соответствующий зарядный конденсатор 25 или 26. Этим обеспечивается формирование и подача импульсного напряжения U_вх1 (см. фиг.2б) в момент перехода питающего напряжения сети через нуль в выхода УИИПа 14 через выходной выпрямитель 12 на управляющий конденсатор 7. При достижении напряжения заряда на конденсаторе 7 уровня срабатывания (U_сраб.) порогового элемента 8 (см. фиг.2в) происходит включение симистора 1 (см. фиг.2г) для достижения максимально возможного напряжения питания на двигателе 2, близкого к напряжению сети, заряд конденсатора 7 до величины U_сраб. должен происходить за очень малое время t_зар1 (см. фиг.2в), практически мгновенно. В предлагаемом устройстве это достигается, во-первых, подачей через выходной выпрямитель 12 на конденсатор 7 импульсов достаточной мощности в момент перехода напряжения питающей сети через нуль, во-вторых, уменьшением постоянной времени заряда путем исключения управляющих резисторов из зарядной цепи конденсатора 7.

Достаточная мощность формируемых УИИП 14 импульсов обеспечивается наличием постоянной связи входа 18 с напряжением питающей сети. Заряд конденсаторов 25, 26 происходит в период времени, когда симистор 1 включен. При этом чем дольше включен симистор 1, тем большее время накапливается заряд на конденсаторах 25, 26.

В известных же устройствах через выходной выпрямитель на управляющий конденсатор подается синусоидальное напряжение U_вх2 (см. фиг.2д), при этом время заряда управляющего конденсатора t_зар2 для уровня U_сраб. больше чем t_зар1 (см. фиг.2е). Поэтому полная мощность, подаваемая на электродвигатель в предлагаемом устройстве больше, чем в известных.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет расширить диапазон регулирования скорости электродвигателя, одновременно обеспечивая возможность его микроминиатюрного исполнения.

Формула изобретения

Устройство для стабилизации скорости вращения электродвигателя, содержащее симистор, включенный последовательно с электродвигателем в сеть переменного тока, блок управления симистором, выходом подключенный через пороговый элемент к управляющему электроду симистора, и цепь обратной связи по току с выходным выпрямителем, отличающееся тем, что один вывод выходной диагонали выходного выпрямителя цепи обратной связи по току соединен с одним выводом блока управления симистором и устройство снабжено управляемым импульсным источником питания, первым входом соединенным со свободным от симистора выводом электродвигателя, второй вход, соединенный с вторым выводом блока управления симистором, и управляющий вход управляемого импульсного источника питания подключены параллельно симистору, а выход связан с вторым выводом выходной диагонали выходного выпрямителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2