Устройство для стабилизации частоты вращения однофазного коллекторного электродвигателя



Устройство для стабилизации частоты вращения однофазного коллекторного электродвигателя

 

G01R31 - Устройства для определения электрических свойств; устройства для определения местоположения электрических повреждений; устройства для электрических испытаний, характеризующихся объектом, подлежащим испытанию, не предусмотренным в других подклассах (измерительные провода, измерительные зонды G01R 1/06; индикация электрических режимов в распределительных устройствах или в защитной аппаратуре H01H 71/04,H01H 73/12, H02B 11/10,H02H 3/04; испытание или измерение полупроводниковых или твердотельных приборов в процессе их изготовления H01L 21/66; испытание линий передачи энергии H04B 3/46)

Владельцы патента RU 2487459:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУВПО "КнАГТУ") (RU)

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к электрифицированному инструменту, бытовым и промышленным электроприборам, приборам специального назначения. Технический результат заключается в улучшении энергетических показателей электропривода. Для этого в заявленном устройстве устанавливается постоянным число импульсов в каждом периоде выпрямленного питающего напряжения, равное трем. А также устанавливаются постоянными и равными друг другу значения ширины крайних импульсов каждого периода выпрямленного питающего напряжения, такими, что при нулевом значении ширины среднего импульса действующее значение выходного напряжения широтно-импульсного преобразователя равно напряжению трогания двигателя. Ширина среднего импульса является регулируемой величиной и зависит от сигнала обратной связи, т.е. от времени спадания ЭДС самоиндукции двигателя до нуля. 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к электрифицированному инструменту, бытовым и промышленным электроприборам, приборам специального назначения.

Известно устройство (а.с. СССР №997216, Н02Р 5/12 от 15.02.83 г.) для реализации способа стабилизации частоты вращения однофазного коллекторного электродвигателя. 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.

Наиболее близким к заявляемому решению, по мнению заявителей, является устройство для стабилизации частоты вращения однофазного коллекторного электродвигателя (заявка №2010135477 от 24.08.2010). Устройство содержит неуправляемый выпрямитель, широтно-импульсный преобразователь, электродвигатель постоянного тока последовательного возбуждения, зашунтированный обратным диодом и разрядным резистором, общая точка которых подключена к входу системы управления, которая содержит промежуточный усилитель, состоящий из операционного усилителя и компаратора, и транзистора, причем выход промежуточного усилителя является входом интегратора, состоящего из транзистора и конденсатора, который подключен к входу коммутирующего устройства, которое формирует сигнал управления широтно-импульсным преобразователем, включающий конденсатор, на котором формируется заданное напряжение, транзистор, напряжение питания которого является опорным напряжением.

Недостатком указанного устройства является то, что ток нагрузки имеет ярко выраженный пульсирующий характер, вследствие чего имеет место появление дополнительных потерь в меди обмоток, стали магнитопровода и конструктивных элементах, что обусловлено наличием переменных составляющих в токе якоря и магнитных потоках машины. Увеличение потерь в меди связано как с возрастанием действующего значения тока якоря, так и со значительным повышением активных сопротивлений обмоток переменным составляющим тока.

Технический результат предлагаемого решения заключается в улучшении энергетических показателей электропривода.

Поставленная цель достигается тем, что устанавливаются постоянными и равными друг другу значения ширины крайних импульсов каждого периода выпрямленного питающего напряжения, такими, что при нулевом значении ширины среднего импульса действующее значение выходного напряжения широтно-импульсного преобразователя равно напряжению трогания электродвигателя. Ширина среднего импульса является регулируемой величиной и зависит от сигнала обратной связи, т.е. от времени спадания ЭДС самоиндукции двигателя до нуля.

На чертеже представлена схема устройства стабилизации частоты вращения однофазного коллекторного электродвигателя.

Устройство для стабилизации частоты вращения электродвигателя содержит неуправляемый выпрямитель 1, широтно-импульсный преобразователь 3, электродвигатель постоянного тока последовательного возбуждения 5, зашунтированный обратным диодом и разрядным резистором, общая точка которых подключена к системе управления 6, которая определяет величину времени спадания ЭДС самоиндукции до нуля, коммутирующее устройство 4, которое формирует сигнал управления широтно-импульсным преобразователем для регулирования ширины среднего импульса периода выпрямленного питающего напряжения, схему сравнения 2, которая формирует сигнал управления широтно-импульсным преобразователем для обеспечения заданного значения ширины крайних импульсов.

Устройство работает следующим образом.

В момент времени, когда транзистор, входящий в состав широтно-импульсного преобразователя 2, выключен, электродвигатель можно рассматривать отключенным от сети и цепь двигателя можно описать уравнением:

L d i ( t ) d t + e ( t ) + ( R я + R о в ) i ( t ) = 0, ( 1 )

e ( t ) = k Ф c ω i ( t ) , ( 2 )

где e(t) - ЭДС якоря двигателя;

с - конструктивная постоянная электродвигателя;

kФ - коэффициент пропорциональности между током якоря и магнитным потоком;

Rя, R - сопротивления обмоток якоря и возбуждения;

ω - частота вращения вала электродвигателя, 1/с;

L - индуктивность цепи электродвигателя, Гн;

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 IH. По той же причине и kФ=const.

Время to, 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. В момент времени n·π/2 схема сравнения 2 формирует управляющий сигнал, который отпирает транзистор широтно-импульсного преобразователя (3) и, тем самым, подавая на двигатель напряжение питания. В момент времени n·π/2+tп схема сравнения (2) формирует управляющий сигнал, который запирает транзистор широтно-импульсного преобразователя (3). Время tп равно ширине крайнего импульса и определяется из условия, что действующее значение напряжения на выходе ШИП при наличии в периоде выпрямленного питающего напряжения только двух импульсов одинаковой ширины по краям периода должно быть равно напряжению трогания электродвигателя. В этот же момент времени система управления (6) определяет величину времени спадания ЭДС самоиндукции, до напряжения уставки схемы сравнения (4) формирует управляющий импульс для отпирания транзистора ШИП (3), величина которого пропорциональна времени спадания ЭДС самоиндукции до напряжения уставки. Минимальная ширина этого импульса равна нулю, максимальная величина равна π/2-2tп. В момент времени (n+1)·π/2-tп схема сравнения 2 формирует управляющий сигнал, который отпирает транзистор широтно-импульсного преобразователя (3). В момент времени (n+1)·π/2 схема сравнения (2) формирует управляющий сигнал, который запирает транзистор широтно-импульсного преобразователя (3).

Таким образом, в процессе работы электропривода при снижении скорости электродвигателя, по причине приложенного момента нагрузки, возрастает время спадания ЭДС самоиндукции до напряжения уставки, вследствие этого возрастает ширина среднего импульса периода выпрямленного питающего напряжения. Как следствие, увеличивается действующее значение напряжения, что приводит к возрастанию скорости до прежнего значения. При данной частоте квантования 300 Гц пульсации тока снижаются на величину до 30%.

Таким образом, заявленный технический результат достигнут вследствие того, что устанавливается постоянным число импульсов в каждом периоде выпрямленного питающего напряжения не менее трех. А также устанавливаются постоянными и равными друг другу значения ширины крайних импульсов каждого периода выпрямленного питающего напряжения, такими, что при нулевом значении ширины среднего импульса действующее значение выходного напряжения широтно-импульсного преобразователя равно напряжению трогания электродвигателя. При этом возрастает постоянная составляющая магнитного потока двигателя, что приводит к снижению потерь на вихревые токи и гистерезис из-за влияния насыщения.

Устройство стабилизации частоты вращения однофазного коллекторного двигателя, содержащее двигатель постоянного тока последовательного возбуждения, питаемый от усилителя мощности и зашунтированный обратным диодом и разрядным резистором, общая точка которых подключена к входу системы управления, которая содержит промежуточный усилитель, состоящий из операционного усилителя, и компаратора, и транзистора, причем выход промежуточного усилителя является входом интегратора, состоящего из транзистора и конденсатора, который подключен ко входу коммутирующего устройства, которое формирует сигнал управления широтно-импульсным преобразователем, включающий конденсатор, на котором формируется заданное напряжение, транзистор, напряжение питания которого является опорным напряжением, отличающееся тем, что в устройстве присутствует дополнительная схема сравнения, которая формирует сигнал управления широтно-импульсным преобразователем для обеспечения заданного значения ширины крайних импульсов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для пуска и компенсации реактивной мощности асинхронных электродвигателей с соединением обмоток статора в рабочем режиме в треугольник.

Изобретение относится к приборостроению, в частности к мостовым схемам управления приводом с двигателем постоянного тока системы стыковки космических аппаратов. .

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано для управления реверсивным тиристорным преобразователем постоянного тока или тиристорным регулятором напряжения, например, для плавного пуска асинхронных электродвигателей.

Изобретение относится к энергетике, а именно к явнополюсным синхронным электродвигателям большой и средней мощности напряжением выше 1000 В. .

Изобретение относится к преобразовательной технике, получающей применение в асинхронном электроприводе. .

Изобретение относится к силовой электронике. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах устройств электроснабжения с гарантированным электропитанием различной аппаратуры.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах устройств электроснабжения с гарантированным электропитанием различной аппаратуры.
Изобретение относится к области управления стрелочными электроприводами и получения информации о предполагаемом остаточном ресурсе работоспособности стрелочного привода в целом или его отдельных узлов и деталей.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для экспресс-контроля работоспособности электрических машин. .

Изобретение относится к области диагностики электромеханического оборудования, применяемого на железнодорожном транспорте, а также других отраслях промышленности, в частности к диагностике асинхронных электрических двигателей.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для испытания электрических машин постоянного тока. .
Изобретение относится к области электротехники, в частности к способам, предназначенным для диагностирования электрических и механических повреждений асинхронного двигателя.

Изобретение относится к системам сигнализации и предназначено для использования на наземной мобильной технике для предотвращения столкновения с линиями электропередач (ЛЭП).

Изобретение относится к средствам для изучения основ функционирования электрических машин и электроприводов и позволяет создать электробезопасный, малогабаритный, многофункциональный учебно-лабораторный стенд для определения характеристик электрических машин и электроприводов.

Изобретение относится к области электротехники и физики магнетизма и предназначено для исследования доменной структуры ферромагнитных материалов. .
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для оценки остаточного ресурса изоляции электродвигателей электроподвижного состава. .

Изобретение относится к пилотажно-навигационным комплексам летательных аппаратов и их бортовой радиоэлектронной аппаратуре и предназначается для формирования сигналов оповещения об отказе элементов в резервированных системах радиоавтоматики и системах автоматического управления летательными аппаратами.
Наверх