RU2042258C1

RU2042258C1 - Direct-current drive

Info

Publication number: RU2042258C1
Application number: RU93026054/07A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Сабуров; Ю.Д. Харизман; А.В. Костенко; В.М. Колпаков; А.А. Соловьев; В.В. Чумак
Original assignee: Научно-производственное предприятие "Элим-Энво"
Priority date: 1993-05-18
Filing date: 1993-05-18
Publication date: 1995-08-20

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: electric drive has commutator motor, power switch, rectifier bridge, speed setting element, and voltage regulator. In addition, it has second rectifier bridge, comparator, and voltage divider, as well as low-frequency filter. EFFECT: enlarged speed control range, reduced radio interference caused by drive. 2 cl, 2 dwg

Description

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 от нуля до максимальной, а также минимальный уровень радиопомех по сети, создаваемых электроприводом. The invention relates to electrical engineering and can be used to control the rotational speed of a DC motor when it is powered from an alternating current network, mainly in household devices where smooth control of the rotational speed from zero to maximum is required, as well as the minimum level of radio interference through the network created by the electric drive.

Известен электропривод постоянного тока, представляющий собой тринисторный регулятор, содержащий коллекторный электродвигатель постоянного тока, шунтирующий диод, силовой ключ, выпрямительный мост, стабилизатор напряжения, генератор импульсов, при этом якорная обмотка электродвигателя подключена через силовой ключ, выполненный на тринисторе, к выходу выпрямительного моста, причем 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. Known DC electric drive, which is a trinistor regulator containing a DC collector motor, a shunt diode, power switch, rectifier bridge, voltage regulator, pulse generator, while the armature winding of the electric motor is connected through a power switch made on a trinistor to the output of the rectifier bridge, moreover, the input of the power switch is connected to the output of the pulse generator, the power circuit of which is connected to the output of the speed controller, which is phase shifting circuit. The principle of operation of the electric drive is based on a half-wave phase control of the trinistor.

Недостатком известного электропривода является ограничение на значение минимальной частоты вращения вала электродвигателя вследствие неустойчивой работы тринисторного 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 практически невозможно. Это приводит к необходимости установки габаритных и дорогостоящих схем защиты по силовой цепи. A disadvantage of the known electric drive is the limitation on the value of the minimum frequency of rotation of the motor shaft due to the unstable operation of the trinistor key at small angles of cutoff of the control pulse. In addition, the drive in question creates a high level of radio noise over the network, since the trinistor key generates current pulses with steep edges, which are practically impossible to control the slope of the trinistor key control circuit. This leads to the need to install dimensional and expensive protection circuits along the power circuit.

Целью изобретения является расширение диапазона регулирования частоты вращения и снижение уровня радиопомех, создаваемых электроприводом. The aim of the invention is to expand the range of speed control and reduce the level of radio interference generated by the electric drive.

Цель достигается тем, что в электроприводе, содержащем 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 второй выпрямитель мост, компаратор и делитель напряжения, при этом стабилизатор напряжения и делитель напряжения параллельно включены в диагональ второго выпрямительного моста, выход делителя напряжения соединен с инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого подключен к выходу задатчика вращения, а выход компаратора соединен с входом силового ключа, выполненного на транзисторе, непосредственно или через дополнительно введенный фильтр нижней частоты. The goal is achieved by the fact that in an electric drive containing a DC collector motor, the anchor winding of which is shunted by a diode and through the power switch is included in the diagonal of the rectifier bridge, the speed controller, voltage stabilizer, a second bridge rectifier, a comparator and a voltage divider are additionally introduced, while the stabilizer voltage and voltage divider are parallelly included in the diagonal of the second rectifier bridge, the output of the voltage divider is connected to the inverting input of the comparator, einvertiruyuschy input of which is connected to the output setpoint of rotation, and the output of the comparator is connected to an input of a power key provided on the transistor, directly or through an additional lowpass filter inputted.

На фиг.1 приведена функциональная схема электропривода постоянного тока; на фиг.2 форма электрического сигнала: а) на выходе второго выпрямительного моста и на выходе задатчика частоты вращения U_зд; б) на выходе компаратора; в) на выходе первого выпрямительного моста; г) на электродвигателе.Figure 1 shows a functional diagram of a DC electric drive; figure 2 the shape of the electric signal: a) at the output of the second rectifier bridge and at the output of the speed generator U _rear ; b) at the output of the comparator; c) at the exit of the first rectifier bridge; d) on an electric motor.

Электропривод содержит коллекторный электродвигатель 1 постоянного тока, якорная обмотка которого шунтирована диодом 2 и через силовой ключ 3 включена в диагональ выпрямительного моста 4. В диагональ второго выпрямительного моста 5 параллельно включены делитель 6 напряжения и стабилизатор 7 напряжения. Выход делителя 6 напряжения соединен с инвертирующим входом компаратора 8, неинвертирующий вход которого соединен с выходом задатчика 9 частоты вращения. Выход компаратора 8 соединен с входом силового ключа 3 непосредственно или через фильтр 10 нижней частоты. The electric drive contains a DC collector motor 1, the anchor winding of which is shunted by a diode 2 and through the power switch 3 is included in the diagonal of the rectifier bridge 4. A voltage divider 6 and a voltage regulator 7 are included in parallel to the diagonal of the second rectifier bridge 5. The output of the voltage divider 6 is connected to the inverting input of the comparator 8, the non-inverting input of which is connected to the output of the speed control unit 9. The output of the comparator 8 is connected to the input of the power switch 3 directly or through a low-pass filter 10.

Электропривод работает следующим образом. The electric drive operates as follows.

При включении электропривода в сеть переменного тока на компаратор 8 и задатчик 9 частоты вращения поступает постоянное напряжение питания с выхода стабилизатора 7 напряжения. Одновременно на инвертирующий вход компаратора 8 с выхода делителя 6 напряжения подается сетевое выпрямленное напряжение в виде полуволн положительной полярности и амплитудой, не превышающей величины допускаемого входного напряжения компаратора 8, а на неинвертирующий вход компаратора 8 подается постоянное напряжение с выхода задатчика 9 частоты вращения, которое может устанавливаться в пределах от 0 до напряжения питания (см.фиг.2а). When you turn on the electric drive to the AC network, a comparator 8 and a speed controller 9 receive a constant supply voltage from the output of the voltage stabilizer 7. At the same time, a rectified mains voltage in the form of half-waves of positive polarity and amplitude not exceeding the allowable input voltage of the comparator 8 is supplied to the inverting input of the comparator 8 from the output of the voltage divider 6, and a constant voltage is supplied to the non-inverting input of the comparator 8 from the output of the speed setting unit 9, which can be installed in the range from 0 to the supply voltage (see Fig. 2a).

Когда постоянное напряжение на неинвертирующем входе компаратора 8 ниже переменного напряжения на неинвертирующем входе, выходное напряжение компаратора равно нулю, силовой ключ 3 закрыт, цепь питания якорной обмотки электродвигателя 1 разомкнута и вал электродвигателя 1 не вращается. Как только постоянное напряжение на неинвертирующем входе компаратора превысит напряжение на инвертирующем входе, компаратор 8 срабатывает, и на его выходе появляется напряжение положительной полярности (см.фиг.2б); силовой ключ 3 открывается, через якорную обмотку электродвигателя 1 протекает ток и вал электродвигателя начинает вращаться. Длительность открытого состояния силового ключа 3 определяется величиной напряжение на выходе задатчика 9 частоты вращения, и, следовательно, задавая напряжение на выходе задатчика 9 частоты вращения, можно регулировать величину напряжения на электродвигателе 1 от нуля до максимального сетевого напряжения за вычетом падения напряжения на открытом ключе (составляющем, например, для транзистора КТ834 Б 2 В). Это позволяет управлять частотой вращения вала электродвигателя в широком диапазоне. When the constant voltage at the non-inverting input of the comparator 8 is lower than the alternating voltage at the non-inverting input, the output voltage of the comparator is zero, the power switch 3 is closed, the power supply circuit of the anchor winding of the motor 1 is open and the shaft of the motor 1 does not rotate. As soon as the constant voltage at the non-inverting input of the comparator exceeds the voltage at the inverting input, the comparator 8 is activated, and a voltage of positive polarity appears at its output (see Fig.2b); the power switch 3 opens, current flows through the anchor winding of the electric motor 1 and the motor shaft starts to rotate. The duration of the open state of the power switch 3 is determined by the voltage at the output of the speed controller 9, and therefore, by setting the voltage at the output of the speed controller 9, it is possible to adjust the voltage on the electric motor 1 from zero to the maximum mains voltage minus the voltage drop across the open key ( component, for example, for the transistor KT834 B 2 V). This allows you to control the frequency of rotation of the motor shaft in a wide range.

Выход компаратора 8 может быть подключен к входу силового ключа 3 через фильтр 10 нижних частот, который увеличивает длительность переднего и заднего фронтов импульсов на выходе компаратора 8, поступающих на вход силового ключа 3 на транзисторе. Это позволяет снизить крутизну фронтов импульсов тока через якорную обмотку электродвигателя 1, что приводит к понижению уровня радиопомех по сети, создаваемых электроприводом. The output of the comparator 8 can be connected to the input of the power switch 3 through a low-pass filter 10, which increases the duration of the leading and trailing edges of the pulses at the output of the comparator 8, fed to the input of the power switch 3 on the transistor. This allows you to reduce the steepness of the fronts of the current pulses through the armature winding of the motor 1, which leads to a decrease in the level of radio noise through the network created by the electric drive.

Предлагаемый электропривод апробирован в составе привода с электродвигателем постоянного тока мощностью 40 Вт к швейной машине "Чайка-3М". Результаты испытаний показали достаточно высокие потребительские качества привода: плавное регулирование частоты вращения вала машины, плавный запуск, отсутствие рывков и устойчивая работа на малых частотах вращения; уровень радиопомех по сети не превышал 45 дБ во всем диапазоне частот по ГОСТ 23511-79. Электропривод технологичен при изготовлении, так как не требуется настройки схемы при изготовлении и сборке. The proposed drive has been tested as part of a drive with a 40 W direct current electric motor to the Chaika-3M sewing machine. The test results showed quite high consumer qualities of the drive: smooth control of the shaft speed of the machine, smooth start, no jerking and stable operation at low speeds; the level of radio interference over the network did not exceed 45 dB in the entire frequency range according to GOST 23511-79. The electric drive is technologically advanced during manufacture, since configuration of the circuit during manufacturing and assembly is not required.

Функциональные элементы схемы электропривода могут быть реализованы на различных общеизвестных в электронной технике схемных решениях и конструктивно могут быть выполнены на различных сериях полупроводниковых приборов и микросхем. The functional elements of the electric drive circuit can be implemented on various circuit solutions well known in electronic technology and can be structurally performed on various series of semiconductor devices and microcircuits.

Таким образом, введение в схему электропривода дополнительной цепи, включающей выпрямительный мост, делитель напряжения и компаратор, а также применение силового ключа на транзисторе и новых связей между функциональными элементами позволяет плавно регулировать частоту вращения вала электродвигателя от нуля до максимального значения, что позволяет значительно повысить потребительские и технические качества устройств, в которых используется электропривод. Кроме того, введение фильтра нижних частот между выходом компаратора и входом силового ключа позволяет существенно снизить уровень радиопомех по сети и тем самым значительно упростить или полностью исключить схемы защиты от радиопомех из устройств, где установлен предлагаемый электропривод. Thus, the introduction of an additional circuit into the electric drive circuit, including a rectifier bridge, a voltage divider and a comparator, as well as the use of a power switch on the transistor and new connections between functional elements, allows you to smoothly control the frequency of rotation of the motor shaft from zero to maximum value, which can significantly increase consumer and the technical quality of devices that use an electric drive. In addition, the introduction of a low-pass filter between the output of the comparator and the input of the power switch can significantly reduce the level of radio noise over the network and thereby greatly simplify or completely eliminate the protection scheme from radio interference from devices where the proposed electric drive is installed.

Claims

1. A DC electric drive containing a DC collector motor, the anchor winding of which is shunted by a diode and through a power switch is included in the diagonal of the first rectifier bridge, a speed controller, a voltage regulator, characterized in that a second rectifier bridge, a comparator and a divider are additionally introduced into it voltage, while the voltage stabilizer and voltage divider are parallelly included in the diagonal of the second rectifier bridge, the output of the voltage divider is connected to tiruyuschim input of the comparator, whose non-inverting input connected to the output of the setpoint speed and the output of the comparator is connected to an input of a power key provided on the transistor.

2. The electric drive according to claim 1, characterized in that a low-pass filter is additionally introduced into it, while the output of the comparator is connected to the input of the power switch through a low-pass filter.