Устройство для управления коллекторным двигателем

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления коллекторным электродвигателем устройств бытового и промышленного назначения. Техническим результатом является возможность реализации устройства в интегральном исполнении за счет обработки сигналов обратной связи в цифровой форме. Устройство для управления коллекторным двигателем содержит генератор тактовых импульсов, двоичный делитель частоты, мультиплексор, счетчик, блок сброса при включении питания, генератор линейно изменяющегося сигнала, элемент сравнения, формирователь выходных импульсов, блок управления счетом. Генератор линейно изменяющегося сигнала, элемент сравнения и формирователь выходных импульсов соединены последовательно. Вход генератора линейно изменяющегося сигнала соединен с входной шиной, а выход формирователя выходных импульсов является выходом устройства. Входы блока управления счетом подключены через каналы обратной связи к обмотке возбуждения и якорю двигателя, один выход соединен с входом прямого/обратного счета счетчика, а другой выход соединен с одним из управляющих входов мультиплексора. 4 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для обеспечения плавного пуска и стабилизации скорости вращения коллекторного электродвигателя устройств бытового и промышленного назначения.

Известно устройство для регулирования частоты вращения для универсального электродвигателя (а.с. СССР №1686684, МПК Н02Р 5/16, опубл. 23.10.1991, бюл. №39), содержащее двухполупериодный мост, подключенный к источнику питания и двигателю, и блок управления, выделяющий противоЭДС с помощью измерительного моста. Недостатком устройства является использование значительного количества силовых дискретных элементов, что не позволяет реализовать данное устройство в интегральном исполнении.

Известно устройство (а.с. СССР №1330723, МПК Н02Р 5/00, опубл. 15.08.1987, бюл. №30), содержащее цепь обратной связи, соединенную с двигателем, источник питания, блок управления, соединенный с вентилем, регулирующим скорость вращения двигателя, а также суммирующий интегратор, подключенный к цепи обратной связи. Недостатком данного устройства является сложность реализации блока управления и суммирующего интегратора в интегральном исполнении. В определенной мере недостатком также является то, что сигналы обратной связи обрабатываются в аналоговой форме, что повышает помехоустойчивость схемы.

Наиболее близким по составу и сущности к заявляемому является устройство для плавного пуска однофазного коллекторного двигателя (патент РФ №2246789, МПК Н02Р 1/24, Н02М 1/08, опубл. 20.02.2005, бюл. №5). Данное устройство содержит генератор тактовых импульсов, делитель частоты, мультиплексор, устройство сброса при включении питания и последовательно соединенные генератор синхронизирующих импульсов, генератор линейно изменяющегося сигнала, элемент сравнения, формирователь импульсов. Блок сброса при включении питания подключен к входу асинхронной установки в начальное состояние счетчика. При этом выход счетчика подключен к входу установки начального состояния генератора линейно изменяющегося сигнала и к управляющему входу мультиплексора. Выход генератора тактовых импульсов соединен с входом делителя частоты, выход которого соединен с информационным входом мультиплексора, выход которого подключен к счетному входу счетчика. Недостатком данного устройства является невозможность стабилизации скорости вращения коллекторного двигателя.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является расширение функциональных возможностей устройства и возможность реализации его в интегральном исполнении.

Поставленная задача решается тем, что устройство для управления коллекторным двигателем, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого через двоичный делитель частоты соединен с информационным входом мультиплексора, выходом подключенный к счетному входу счетчика, выход которого подключен к управляющему входу мультиплексора и входу установки начального состояния генератора линейно изменяющегося сигнала, другой вход которого является входом устройства, а выход подключен через элемент сравнения к формирователю выходных импульсов, выход которого является выходом устройства, при этом вход асинхронной установки начального состояния счетчика соединен с выходом блока сброса при включении питания, вход которого соединен с шиной питания, дополнительно снабжено блоком управления счетом, счетчик снабжен входом прямого/обратного счета, который соединен с одним выходом блока управления счетом, другой выход которого подключен к управляющему входу мультиплексора, а входы блока управления счетом предназначены для подключения через каналы обратной связи к двигателю.

Введение блока управления счетом обеспечит не только плавный пуск, но и стабилизацию скорости вращения коллекторного двигателя, тем самым обеспечивается расширение функциональных возможностей устройства и возможность реализации его в интегральном исполнении.

На фиг.1 представлена схема устройства для управления коллекторным двигателем,

на фиг.2 - диаграммы работы предлагаемого устройства,

на фиг.3 - вариант выполнения схемы блока управления счетом,

на фиг.4 - диаграмма работы блока управления счетом.

Устройство для управления коллекторным двигателем содержит генератор 1 тактовых импульсов (фиг.1), двоичный делитель 2 частоты, мультиплексор 3, счетчик 4, блок 5 сброса при включении питания, генератор 6 линейно изменяющегося сигнала, элемент 7 сравнения, формирователь 8 выходных импульсов, блок 9 управления счетом. Генератор 6 линейно изменяющегося сигнала, элемент 7 сравнения и формирователь 8 выходных импульсов соединены последовательно. При этом вход записи начального состояния генератора 6 линейно изменяющегося сигнала предназначен для подключения к источнику сигналов, синхронизированных с моментами перехода сетевого напряжения через ноль, т.е. является входом устройства. Выход формирователя 8 выходных импульсов является выходом устройства. Выход генератора 1 тактовых импульсов соединен с двоичным делителем 2 частоты. Выходы делителя 2 частоты подключены к информационным входам D мультиплексора 3, выход которого соединен со счетным входом счетчика 4. Вход асинхронной установки начального состояния счетчика 4 соединен с выходом блока 5 сброса при включении питания. Выходы счетчика 4 соединены с входами установки начального состояния генератора 6 линейно изменяющегося сигнала. Входы блока 9 управления счетом подключены через каналы обратной связи к обмотке возбуждения и якорю двигателя, один выход соединен с входом прямого/обратного счета счетчика 4, а другой выход соединен с одним из управляющих входов V мультиплексора 3.

Генератор 6 линейно изменяющегося сигнала может быть выполнен на счетчике, имеющем входы установки начального состояния. Блок 5 сброса при включении питания может быть выполнен на дифференцирующей RC цепочке. Блок 9 управления счетом может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг.3. Он содержит два компаратора, одни входы которых соединены и подключены к источнику опорного напряжения, а вторые входы служат для подключения к каналам обратной связи, и шесть логических элементов 12-17.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Аналоговые сигналы (кривые 1, 2 на фиг.4а, б) из каналов обратной связи двигателя поступают на входы блока 9 управления счетом. На примере выполнения блока управления счетом (фиг.3) можно представить работу данного блока. Компараторы 10, 11 блока 9 управления счетом преобразуют одну из полуволн данных сигналов в цифровые сигналы обратной связи (кривые 3, 4 на фиг.4а, б), длительность которых зависит от амплитуды, формы, длительности аналоговых сигналов обратной связи. Далее на логических элементах 12-17 происходит сравнение цифровых сигналов обратной связи и выдаются два сигнала: сигнал "прямой/обратный счет" (фиг.4в) и сигнал "запрет счета" (фиг.4г), которые поступают на соответствующие входы счетчика 4 и мультиплексора 3. При этом уровень логической 1 сигнала "прямой/обратный счет" соответствует счету счетчика 4 в прямом направлении, уровень логического 0 - в обратном направлении. Уровень логической 1 сигнала "запрет счета" запрещает выдачу на выход мультиплексора 3 и счетный вход счетчика 4 одной из частот, что соответствует запрету счета.

В режиме плавного пуска электродвигателя устройство работает по следующему принципу. Сигнал с генератора 1 тактовых импульсов поступает на двоичный делитель 2 частоты, в котором, например, последовательным делением частоты на 2 формируется ряд сигналов, поступающих на информационные входы мультиплексора 3. Один из этих информационных входов в зависимости от кода, поступающего на управляющие входы мультиплексора 3 с выходов счетчика 4, коммутируется мультиплексором 3 на его выход и, соответственно, на счетный вход счетчика 4. При включении источника питания устройства блок 5 сброса при включении питания выдает импульс сброса разрядов счетчика 4 в уровень логического 0, соответствующий началу плавного пуска коллекторного двигателя. После сброса разрядов счетчика 4 на его счетный вход поступает через мультиплексор 3 один из сигналов с входа двоичного делителя 2 частоты. До момента достижения электроинструментом заданных холостых оборотов длительность одного из сигналов обратной связи значительно превышает длительность другого, при этом блок 9 управления счетом выдает сигнал логической 1 на вход прямого/обратного счета счетчика 4. Изменение состояния счетчика 4 в процессе плавного пуска вызывает изменение коммутации мультиплексора 3 и, соответственно, частоты сигнала на счетном входе счетчика 4. Таким образом, зависимость частоты сигнала на счетном входе счетчика 4 от его состояния обуславливает нелинейное (кусочно-линейное) изменение кода на выходе счетчика 4 (фиг.2а, кривая 1). Данный код, поступая на входы установки начального состояния генератора 6 линейно изменяющегося сигнала, заносится в него в момент прихода импульса синхронизации перехода сетевого напряжения через ноль на входную шину и соответственно на вход записи начального состояния генератора 6 линейно изменяющегося сигнала (фиг.2б). С выхода генератора 6 линейно изменяющегося сигнала (фиг.2а, кривая 2) сигналы поступают на входы элемента 7 сравнения, который в момент совпадения входного кода с максимальным значением выдает управляющий единичный сигнал, приведенный на фиг.2в. Сигнал на выходе элемента 7 сравнения через формирователь 8 импульсов может управлять, например, симистором, включенным последовательно в цепь питания коллекторного двигателя. В результате постепенное изменение выходного кода счетчика 4 приводит к тому, что время, за которое генератор 6 линейно изменяющегося сигнала достигает определенного состояния, сокращается. При этом сокращается фазовый сдвиг между импульсом перехода сетевого напряжения через ноль (фиг.2б) и управляющим импульсом на выходе формирователя 8 импульсов (фиг.2в). Таким образом, происходит увеличение состояния счетчика 4 до кода, соответствующего холостым оборотам электродвигателя. В данном состоянии цифровые сигналы обратной связи на выходах компараторов 10, 11 блока 9 управления счетом имеют одинаковую длительность, что соответствует определенной скорости оборотов двигателя.

После завершения плавного пуска устройство работает в режиме стабилизации скорости вращения электродвигателя. При появлении в момент времени t₁ (фиг.2) нагрузки на валу двигателя изменяются сигналы обратной связи (сначала увеличивается длительность цифрового сигнала обратной связи в канале, подключенном к якорю двигателя). Это приводит к тому, что устройство будет стремиться выровнять длительность цифровых сигналов обратной связи за счет повышения напряжения на двигателе (сокращения фазового сдвига между импульсом перехода сетевого напряжения через ноль и управляющим импульсом на выходе). Для этого увеличится длительность сигнала "прямой счет" и соответственно увеличится выходной код счетчика 4. Данному увеличению соответствует линейно возрастающий участок t₁-t₂ кривой 1 (фиг.2а). Состояние счетчика 4 будет удерживаться на постоянном уровне при условии неизменности нагрузки на валу двигателя (участок t₁-t₃ на кривой 1, фиг.2а). При исчезновении нагрузки в момент времени t₃ снова изменяется форма сигналов обратной связи, чему соответствует снижение длительности цифровых сигналов обратной связи и уменьшение выходного кода счетчика 4 (линейно убывающий участок кривой 1 на фиг.2а).

Таким образом, в устройстве происходит непрерывное сравнение длительности цифровых сигналов обратной связи, которые зависят от нагрузки на валу двигателя, и обеспечивается фазоимпульсное управление при пуске и стабилизации скорости вращения коллекторного двигателя. Использование в предлагаемом устройстве для управления коллекторным двигателем только цифровых элементов позволит реализовать его в интегральном исполнении.

Устройство для управления коллекторным двигателем, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого через двоичный делитель частоты соединен с информационным входом мультиплексора, выходом подключенный к счетному входу счетчика, выход которого подключен к управляющему входу мультиплексора и входу установки начального состояния генератора линейно изменяющегося сигнала, другой вход которого является входом устройства, а выход подключен через элемент сравнения к формирователю выходных импульсов, выход которого является выходом устройства, при этом вход асинхронной установки начального состояния счетчика соединен с выходом блока сброса при включении питания, вход которого соединен с шиной питания, отличающееся тем, что устройство снабжено блоком управления счетом, счетчик снабжен входом прямого/обратного счета, который соединен с одним выходом блока управления счетом, другой выход подключен к управляющему входу мультиплексора, а входы блока управления счетом предназначены для подключения через каналы обратной связи к двигателю.