Устройство для стабилизации частоты вращения однофазного коллекторного электродвигателя



Устройство для стабилизации частоты вращения однофазного коллекторного электродвигателя
Устройство для стабилизации частоты вращения однофазного коллекторного электродвигателя

 


Владельцы патента RU 2491706:

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

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к электрифицированному инструменту, бытовым и промышленным электроприборам, приборам специального назначения. Технический результат предлагаемого решения заключается в улучшении энергетических показателей электропривода. Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в канал обратной связи вводится устройство вычисления корня квадратного, формирующее квадратичную функцию от сигнала обратной связи, и тем самым действующее значение напряжения изменяется в функции квадратного корня от электромагнитного момента двигателя при постоянной скорости, а следовательно, обеспечивается оптимальный, с точки зрения обеспечения максимума КПД в динамических режимах, закон управления электроприводом. 1 ил.

 

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

Известно устройство (http://www.coilgun.ru/920/regulator.gif) для автоматической стабилизации частоты вращения электродвигателя постоянного тока последовательного возбуждения, включающее в себя генератор пилообразного напряжения (ГПН), схему сравнения сигнала с выхода ГПН с сигналом обратной связи и широтно-импульсный преобразователь для регулирования скорости двигателя. Недостатком данного решения является то, что оно не реагирует на ряд возмущений (например, отклонения напряжения источника питания и температуры нагрева обмоток двигателя), так как не контролирует выходной координаты - частоты вращения электродвигателя.

Наиболее близким к заявляемому решению, по мнению заявителей, является устройство для реализации способа стабилизации частоты вращения однофазного коллекторного электродвигателя по а.с. СССР №997216, Н02Р 5/12 от 15.02.83 г. 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, включающего конденсатор, на котором формируется заданное напряжение, транзистор, напряжение отпирания которого является опорным напряжением.

Недостатком указанного устройства является то, что в динамических режимах работы величина коэффициента полезного действия (КПД) системы стабилизации частоты вращения однофазного коллекторного двигателя имеет достаточно небольшое значение, при том что основным режимом работы такого электропривода является динамический режим, тогда как максимальное значение КПД будет при номинальных значениях тока и напряжения, на которые и рассчитывался двигатель.

Технический результат предлагаемого решения заключается в повышении коэффициента полезного действия электропривода в динамических режимах.

Поставленная цель достигается тем, что в цепь обратной связи вводится устройство вычисления корня квадратного (квадратор) (Бобровников Л.З. Радиотехника и электротехника. / Л.З. Бобровников. - 4-е изд., доп. и перераб. - М.: Недра, 1990, с.172), формирующее квадратичную зависимость от сигнала обратной связи, и пропорционально выходному сигналу квадратора изменяется действующее значение напряжения питания двигателя на выходе ШИП.

На фиг.1 представлена схема устройства стабилизации частоты вращения однофазного коллекторного электродвигателя.

Устройство для стабилизации частоты вращения электродвигателя содержит неуправляемый выпрямитель 1, широтно-импульсный преобразователь 2, электродвигатель постоянного тока последовательного возбуждения 5, зашунтированный обратным диодом и разрядным резистором, общая точка которых подключена к системе управления 6, которая определяет темп спадания ЭДС самоиндукции, квадратор 4, который формирует сигнал управления коммутирующим устройством, пропорциональный квадратному корню электромагнитного момента двигателя, и коммутирующее устройство 3, которое формирует сигнал управления широтно-импульсным преобразователем для регулирования ширины приложенного импульса выпрямленного питающего напряжения.

Устройство работает следующим образом.

В момент времени, когда транзистор, входящий в состав широтно-импульсного преобразователя 2, выключен, электродвигатель можно рассматривать отключенным от сети и, если при этом его цепь замкнута на разрядный резистор, для образованного контура электродвигатель - диод -резистор можно записать уравнение

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, Rов - 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 Iн. По той же причине и kФ=const.

Время t0, при котором ток, определяемый уравнением (1), обращается в нуль, а следовательно, обращается в нуль и ЭДС самоиндукции, с большой степенью точности пропорционально току нагрузки и обратно пропорционально частоте вращения двигателя. Интервал времени от π до π+ωt0 соответствует ширине импульса напряжения на разрядном резисторе, шунтирующем двигатель (5), который поступает на вход системы управления (6), определяя темп спадания ЭДС самоиндукции. Выходной сигнал системы управления (6), содержащий информацию об угловой частоте вращения двигателя, подается на вход квадратора (4), в котором формируется сигнал, пропорциональный квадратному корню от электромагнитного момента двигателя. Сформированный сигнал подается на вход коммутирующего устройства (3), которое формирует сигналы управления транзисторами широтно-импульсного преобразователя.

Необходимость формирования сигнала обратной связи в функции квадратного корня от электромагнитного момента двигателя определяется оптимальным, с точки зрения обеспечения максимума КПД в динамических режимах, законом управления однофазным коллекторным электродвигателем.

Для определения критерия управления рассмотрим структуру «управляемый преобразователь - двигатель последовательного возбуждения» в относительных единицах:

i = I I H = μ ; μ = M M H = i 2 ; ν = ω ω H ; u = U U H ; μ C = M C M H ; τ = t T M ; T M = J ω H M H ; ρ = R Я R H

Тогда основное уравнение движения ЭП в системе относительных единиц имеет вид:

μ = d ν d τ + μ c

Задачу оптимального управления электропривода можно сформулировать следующим образом: изменить скорость двигателя от значения ν1 до ν2 так, чтобы за произвольное время переходного процесса энергия, потребляемая от преобразователя, была минимальной. Для этого необходимо обеспечить максимум динамическому КПД:

η ( τ ) = ( μ c ν ) d τ ( μ c ν + Δ P ) d τ

где ΔР - это потери в ЭП: электрические ΔРэл и механические ΔРмех.

Очевидно, что максимум данному функционалу будет обеспечиваться при следующем условии:

( μ C ν + u 2 ρ + Δ P M E X ) d τ min

Выразив из уравнения движения dτ и заменив пределы интегрирования, получим

0 τ П П ( μ C ν + u 2 ρ + Δ P M E X ) d τ = ν 1 ν 2 ν ( μ C + u 2 ρ + Δ P M E X ) d ν μ μ C

В тех случаях, когда µС является функцией скорости и не зависит явно от времени и пути, минимум определенного интеграла достигается при том условии, что при каждом значении скорости на интервале ν12 момент двигателя обеспечивает минимум подынтегрального выражения

d d μ [ ( ν μ C + u 2 ρ + Δ P M E X ) μ μ C ] = 0

Найдем производную и выразим напряжение, пренебрегая механическими потерями:

u = ± a μ

где a=ν·ρ.

Таким образом, заявленный технический результат достигнут вследствие того, что в канал обратной связи вводится множительно-делительное устройство, формирующее квадратичную функцию от сигнала обратной связи, и тем самым действующее значение напряжения изменяется в функции квадратного корня от электромагнитного момента двигателя при постоянной скорости, а следовательно, обеспечивается оптимальный, с точки зрения обеспечения максимума КПД в динамических режимах, закон управления электроприводом.

Устройство стабилизации частоты вращения однофазного коллекторного двигателя, содержащее двигатель постоянного тока последовательного возбуждения, питаемый от широтно-импульсного преобразователя 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 устройство вычисления корня квадратного, формирующее сигнал управления коммутирующим устройством, которое управляет транзисторами широтно-импульсного преобразователя таким образом, что действующее значение напряжения питания однофазного коллекторного двигателя изменяется в функции квадратного корня от электромагнитного момента двигателя, а также усилитель мощности состоит из неуправляемого выпрямителя и широтно-импульсного преобразователя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электрическими машинами с помощью импульсно-фазового управления. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в высоковольтных устройствах, вращающейся машине или в двигателе транспортного средства для преобразования переменного тока в постоянный или наоборот или для изменения формы, амплитуды и частоты тока.

Изобретение относится к электротехнике, к электроприводу с двигателем постоянного тока и может быть использовано для плавного пуска, реверса. .

Изобретение относится к электротехнике, к электроприводу с двигателем постоянного тока и может быть использовано для плавного пуска, реверса, динамического торможения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в коллекторных электродвигателях и в электрическом транспортном средстве. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в коллекторных электродвигателях и в электрическом транспортном средстве. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрифицированном инструменте, бытовых и промышленных электроприборах, в приборах специального назначения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрифицированном инструменте, бытовых и промышленных электроприборах, в приборах специального назначения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для автоматического регулирования тока электродвигателей постоянного тока в системах автоматизированного электропривода переменного тока, построенных на базе асинхронных электродвигателей, в активных корректорах коэффициента мощности.

Изобретение относится к устройствам преобразовательной техники. Силовая схема выполнена по реверсивной трехпульсной противопараллельной схеме выпрямления с уравнительными дросселями, с естественной коммутацией тиристоров и шунтирующими устройствами. Технический результат: исключение статических уравнительных токов, исключение знакопеременного напряжения и тока при нулевой скорости двигателя, устранение зависимости коэффициента усиления тиристорного преобразователя от силы тока нагрузки и от режима прерывистости и непрерывности тока - достигается тем, что начальные углы открывания тиристоров от начала положительной полуволны синусоиды сетевого напряжения, при включенных шунтирующих устройствах в силовой схеме, устанавливаются для катодной группы тиристоров равные π, 3π и т.д., а для анодной группы равные 0, 2π, 4π и т.д. или равные 150° при отсчете углов открывания от момента естественной коммутации тиристоров, затем при увеличении управляющего сигнала эти импульсы смещаются по фазе, располагаясь в области либо положительной, либо отрицательной полуволны синусоиды, чем исключается уравнительный ток, регулировочную характеристику рассчитывают по формуле , которая линейна на рабочем участке, и при этом коэффициент передачи тиристорного преобразователя не зависит от силы тока и его прерывистости. 2 н.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системе управления электроприводами. Техническим результатом является повышение быстродействия и уменьшение динамической погрешности при регулировании скорости рабочего органа в электромеханической системе с упругими связями. Электропривод содержит последовательно соединенные блок задания скорости, регулятор скорости, замкнутый контур регулирования тока с датчиком тока якоря, электромеханическую часть двигателя, рабочий орган с упругими связями, а также датчик скорости вала рабочего органа, датчик скорости вала двигателя, датчик упругого момента и датчик статической нагрузки. Регулятор скорости включает дифференцирующее звено, семь масштабирующих элементов, суммирующий элемент и интерполятор нулевого порядка. Первый масштабирующий элемент подключен к блоку задания скорости, второй масштабирующего элемента - к дифференцирующему звену, третий масштабирующий элемент - к выходу датчика статической нагрузки, четвертый масштабирующий элемент - к выходу датчика тока якоря, вход которого подключен к выходу замкнутого контура регулирования ток. Пятый масштабирующий элемент подключен к выходу датчика скорости вала двигателя, шестой масштабирующий элемент - к выходу датчика упругого момента, а седьмой масштабирующий элемент - к выходу датчика скорости вала рабочего органа. Масштабирующие элементы подключены к входам суммирующего элемента. 5 ил.

Настоящее изобретение относится к электрически приводимой в действие машине. Технический результат заключается в повышении надёжности силовой схемы и двигателя. Электрически приводимая в действие машина включает в себя двигатель и силовую схему, приводящую в движение двигатель посредством поставляемой от источника питания электроэнергии. Силовая схема включает в себя блок преобразования напряжения, преобразующий поданное в соответствии с напряжением источника питания входное напряжение для выработки выходного напряжения и подачи выработанного выходного напряжения на двигатель, и блок регистрации тока, выдающий первый сигнал в соответствии с током, протекающим через двигатель. Блок преобразования напряжения снижает величину вырабатываемого нового выходного напряжения, когда блок регистрации тока выдает первый сигнал. Блок преобразования напряжения выполнен с возможностью преобразования входного напряжения от источника питания для выработки заданного выходного напряжения, являющегося входным напряжением двигателя и превышающего выходное напряжение источника питания. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в качестве способа управления выпрямительно-инверторным преобразователем на электроподвижном составе, получающим питание от контактной сети однофазного переменного тока. Технический результат - повышение коэффициента мощности - достигается за счёт шунтирования цепи выпрямленного тока одной из двух цепочек, подключенных между катодной и анодной шинами, состоящих из последовательно включенных между собой диода и тиристора, который отпирают путем подачи на его управляющий электрод импульса управления с соответствующей режиму работы преобразователя фазой, и бесконтактного отключения при переходе из режима выпрямителя в инвертор и наоборот одной из этих цепочек от анодной шины с помощью тиристора, который своим запертым состоянием на протяжении времени перехода и времени работы преобразователя в выбранном режиме отключает эту цепочку. 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано, в частности, в электрифицированном инструменте, бытовых и промышленных электроприборах, приборах специального назначения. Технический результат заключается в повышении надежности работы электропривода. В устройстве для стабилизации частоты вращения однофазного коллекторного электродвигателя повышенной надежности в цепь управления тиристорами включен блок защиты, не допускающий подачу отпирающих импульсов при отрицательном напряжении на аноде тиристора. 1ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано, в частности, в электрифицированном инструменте, бытовых и промышленных электроприборах, приборах специального назначения. Технический результат заключается в повышении надежности работы электропривода. В устройстве для стабилизации частоты вращения однофазного коллекторного электродвигателя повышенной надежности в цепь управления тиристорами включен блок защиты, не допускающий подачу отпирающих импульсов при отрицательном напряжении на аноде тиристора. 1ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано на электроподвижном составе, получающем питание от однофазной сети переменного тока. Техническим результатом является максимальное повышение коэффициента мощности в режиме рекуперативного торможения. При зонно-фазовом управлении выпрямительно-инверторным преобразователем в режиме рекуперативного торможения с применением управляемых электронных ключей включение нерегулируемой обмотки тягового трансформатора каждый полупериод напряжения осуществляется на промежутке от нуля до некоторого момента времени, а выключение производится не позднее конца полупериода. Для достижения полной зоны фазы включения и выключения регулируемой обмотки тягового трансформатора такие же, как и при работе нерегулируемой обмотки, для уменьшения выпрямленного напряжения зоны включение и выключение регулируемой обмотки осуществляется по фазе таким образом, что напряжение зоны продолжает уменьшаться с некоторого момента времени, с начала к концу полупериода напряжения, тем самым сдвигая максимальные мгновенные значения тока в максимальные мгновенные значения напряжения сети. Разрядное диодное плечо, длительность работы которого определяется последовательно включенным электронным ключом, работает на промежутке времени, когда закрыты все плечи ВИП, обеспечивая непрерывное протекание тока якоря двигателей. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для управления дебалансным вибровозбудителем, который содержит электродвигатель постоянного тока. Технической результат - снижение пульсаций момента двигателя, повышение точности регулирования, исключение режима прерывистых токов, снижение энергопотребления за счет отсутствия резисторов и функциональная надежность системы за счет использования двузонной модуляции для импульсного регулирования тока электродвигателя. 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах передачи и воспроизведения информации, например в приводе устройств видеозаписи и в обзорно-поисковых и сканирующих системах. Техническим результатом является повышение быстродействия при переходе в режиме синхронизации, уменьшение времени синхронизации и снижение величины перерегулирования электропривода. В стабилизированный электропривод введены лок определения отсутствия рассогласования по угловой скорости, одноразрядный счетчик, аналогово-цифровой преобразователь, вычислительное устройство, компаратор, второй ключ, второй сумматор, три элемента И, два элемента ИЛИ-НЕ, два элемента НЕ, запоминающее устройство, блок сравнения частот. Первый вход блока сравнения подключен к частотно-задающему блоку, второй вход - к выходу к импульсному датчику частоты вращения, а выход - к управляющему входу бесконтактного ключа. Вход блока определения отсутствия рассогласования по угловой скорости и основной вход второго ключа подключены к выходу дифференцирующего блока; выход указанного блока подключен к управляющему входу запоминающего устройства и к входу одноразрядного счетчика, выход которого подключен к первым входам первого и второго элемента И, к третьему входу частотно-фазового дискриминатора и через первый элемент НЕ - к первому входу третьего элемента И, второй вход которого подключен к дополнительному выходу частотно-фазового дискриминатора, а выход - к управляющему входу второго ключа, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ-НЕ, первый вход которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ-НЕ, первый вход которого подключен к основному выходу частотно-фазового дискриминатора, а второй вход - к выходу первого элемента И, второй вход которого совместно с входом второго элемента НЕ подключен к выходу компаратора, вход которого подключен к выходу второго сумматора. Положительный вход сумматора подключен к выходу аналогово-цифрового преобразователя, а отрицательный вход - к выходу запоминающего устройства, основной вход которого через вычислительное устройство подключен к выходу аналогово-цифрового преобразователя, вход которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ-НЕ, вторым входом подключенного к выходу второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго элемента НЕ. 2 ил.

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Электропривод содержит, по крайней мере, один электродвигатель и один преобразователь, выполненный на двух последовательно соединенных управляемых полупроводниковых ключах, шунтированных обратными диодами. При этом электродвигатель подсоединен между общей точкой управляемых полупроводниковых ключей преобразователя и одним из выводов источника питания через конденсаторный накопитель. Конденсаторный накопитель зашунтирован диодом, пропускающим ток в двигательном режиме работы электропривода. Технический результат заключается в повышении энергетической эффективности электропривода. 3 ил.
Наверх