RU2074502C1

RU2074502C1 - Direct current electric drive

Info

Publication number: RU2074502C1
Application number: RU94037490/07A
Authority: RU
Inventors: А.В. Костенко; Ю.Д. Харизман; А.Н. Сабуров; А.А. Соловьев; В.А. Сергеев
Original assignee: Научно-производственное предприятие "Элим Энво"
Priority date: 1994-10-05
Filing date: 1994-10-05
Publication date: 1997-02-27
Also published as: RU94037490A

Abstract

FIELD: electric engineering. SUBSTANCE: device regulates rotation frequency of direct current electric motor which is supplied by alternating current power supply. Device may be used in home appliances which require smooth regulation of rotation frequency in wide range under condition that radio interference is minimal. Corresponding device has direct current electric motor, power gate, rectifying bridge, rotation frequency setter, voltage stabilizer. In addition diode, resistor, comparator and voltage scaling circuit are introduced to accomplish the goal of invention. Power gate is designed using field-effect transistor. EFFECT: increased dynamic range of electric motor rotation frequency regulation, low radio interference level, linear regulation. 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 в широком диапазоне (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 main, mainly in household devices where smooth control of the rotational speed in a wide range (from zero to maximum), as well as a minimum level of radio interference over the network, is required created by electric drive.

Известен электропривод постоянного тока, представляющий собой тринисторный регулятор [1] содержащий коллекторный электродвигатель постоянного тока, шунтирующий якорную обмотку диод, силовой ключ, выполненный на тринисторе, выпрямительный мост, стабилизатор напряжения, генератор импульсов, при этом якорная обмотка электродвигателя включена через силовой ключ в диагональ выпрямительного моста, а вход силового ключа подключен к выходу генератора импульсов, цепь питания которого соединена с выходом задатчика частоты вращения, представляющего собой фазосдвигающую цепь. Known DC electric drive, which is a trinistor regulator [1] containing a DC collector motor, shunting the armature winding diode, a power switch made on a trinistor, a rectifier bridge, voltage regulator, pulse generator, while the armature motor winding is connected through the power key to the diagonal rectifier bridge, and 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, is phase shifting circuit.

Принцип работы электропривода основан на двухполупериодном фазовом управлении тринистором. 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 и элементов защиты от радиопомех. A disadvantage of the known electric drive is the restriction 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 circuits and protection elements from radio interference.

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

Поставленная цель достигается тем, что в электропривод, содержащий 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 диод, резистор, компаратор и делитель напряжения, при этом якорная обмотка с силовым ключом включена в диагональ выпрямительного моста через дополнительный диод, а делитель напряжения непосредственно, выход делителя напряжения соединен с инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого подключен к выходу задатчика частоты вращения, а выход компаратора соединен через резистор с входом силового ключа, выполненного на полевом транзисторе. This 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, an additional diode, resistor, comparator and voltage divider are introduced, while the anchor winding with a power switch is included in the diagonal of the rectifier bridge through an additional diode, and the voltage divider is directly, the output of the voltage divider is connected to and the inverting input of the comparator, the non-inverting input of which is connected to the output of the speed controller, and the output of the comparator is connected through a resistor to the input of a power switch made on the field-effect transistor.

На фиг. 1 приведена функциональная схема электропривода постоянного тока; на фиг. 2 форма электрического сигнала: на инвертирующем входе компаратора и на выходе задатчика частоты вращения U_зд. (а), на выходе компаратора (б), после дополнительного диода (в), на электродвигателе (г).In FIG. 1 shows a functional diagram of a direct current electric drive; in FIG. 2 form of an electric signal: at the inverting input of the comparator and at the output of the speed adjuster U _rear. (a), at the output of the comparator (b), after an additional diode (c), on an electric motor (d).

Электропривод содержит коллекторный электродвигатель постоянного тока 1, якорная обмотка которого шунтирована диодом 2 и через силовой ключ 3 и дополнительный диод 4 включена в диагональ выпрямительного моста 5. Делитель напряжения 6 и стабилизатор напряжения 7 параллельно включены в диагональ выпрямительного моста 5. Выход делителя напряжения 6 соединен с инвертирующим входом компаратора 8, неинвертирующий вход которого соединен с выходом задатчика частоты вращения 9. Выход компаратора 8 соединен через резистор 10 с входом силового ключа 3, выполненного на полевом транзисторе. The electric drive contains a DC collector motor 1, the anchor winding of which is shunted by a diode 2 and through a power switch 3 and an additional diode 4 is included in the diagonal of the rectifier bridge 5. A voltage divider 6 and a voltage regulator 7 are parallelly connected to the diagonal of the rectifier bridge 5. The output of the voltage divider 6 is connected with an inverting input of the comparator 8, the non-inverting input of which is connected to the output of the speed controller 9. The output of the comparator 8 is connected through a resistor 10 to the input of the power switch 3, made on a field effect transistor.

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

При включении электропривода в сеть переменного тока на компаратор 8 и задатчик частоты вращения поступает постоянное напряжение питания с выхода стабилизатора напряжения 7. Одновременно на инвертирующий вход компаратора 8 с выхода делителя напряжения 6 подается сетевое выпрямленное напряжение в виде полуволн положительной полярности и амплитудой, не превышающей величины допускаемого входного напряжения компаратора (см. фиг. 2,а), а на неинвертирующий вход компаратора 8 подается постоянное напряжение U_зд с выхода задатчика частоты вращения 9, которое (в зависимости от положения органа управления задатчиком) может меняться от 0 до напряжения питания (см. фиг.2, а).When the drive is connected to the AC mains, the comparator 8 and the speed control unit receive a constant supply voltage from the output of the voltage regulator 7. At the same time, the rectified mains voltage is supplied to the inverting input of the comparator 8 from the output of the voltage divider 6 and has an amplitude not exceeding a value the permissible input voltage of the comparator (see. Fig. 2a), and the non-inverting input of comparator 8 is fed a DC voltage from the output U _zd setpoint frequency rot Nia 9, which (depending on the position of setting device management body) may vary from 0 to the supply voltage (see FIG. 2, a).

Пока постоянное напряжение на неинвертирующем входе компаратора 8 ниже переменного напряжения на инвертирующем входе, выходное напряжение компаратора равно нулю, силовой ключ 3 закрыт, цепь питания якорной обмотки электродвигателя 1 разомкнута и вал электродвигателя не вращается. Как только постоянное напряжение на неинвертирующем входе компаратора превысит напряжение на инвертирующем входе, компаратор 8 сработает и на его выходе появляется напряжение положительной полярности (см. фиг.2,6), силовой ключ 3 открывается, через якорную обмотку электродвигателя 1 начинает протекать ток и вал электродвигателя вращается. Длительность открытого состояния силового ключа 3 определяется величиной напряжения на выходе задатчика частоты вращения 9 и, следовательно, задавая напряжение на выходе задатчика частоты вращения, можно регулировать величину напряжения на электродвигателе 1 от нуля до максимального сетевого напряжения (см. фиг. 2,г), что позволяет управлять частотой вращения в широком диапазоне. While the constant voltage at the non-inverting input of the comparator 8 is lower than the alternating voltage at the inverting input, the output voltage of the comparator is zero, the power switch 3 is closed, the power supply circuit of the armature winding of the motor 1 is open and the motor shaft 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 will operate and a voltage of positive polarity will appear at its output (see Fig. 2,6), the power switch 3 opens, current and the shaft begin to flow through the armature winding of the electric motor 1 electric motor rotates. 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, you can adjust the voltage on the motor 1 from zero to the maximum mains voltage (see Fig. 2, d), which allows you to control the speed in a wide range.

Дополнительный диод 4 исключает попадание через делитель напряжения 6 на инвертирующий вход компаратора 8 импульсов напряжения положительной полярности, возникающих при вращении вала электродвигателя (коллекторные пульсации) и в моменты срабатывания силового ключа, а также противо-ЭДС, в случае применения в электроприводе электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов. Это обеспечивает устойчивую работу схемы электропривода независимо от типа применяемого электродвигателя (универсальный коллекторный или с возбуждением от постоянных магнитов), состояния щеточно-коллекторного узла и т.п. An additional diode 4 eliminates the ingress of 8 voltage pulses of positive polarity through a voltage divider 6 to the inverting input of the comparator when the motor shaft rotates (collector pulsations) and at the moments of operation of the power switch, as well as the counter-EMF, in the case of an electric motor with excitation from permanent magnets. This ensures stable operation of the electric drive circuit regardless of the type of electric motor used (universal collector or with excitation from permanent magnets), the state of the brush-collector assembly, etc.

Выход компаратора 8 подключен к входу силового ключа 3 через резистор 10, который вместе с входной емкостью Сз-и полевого транзистора (составляющей, например, для транзистора КП707 В2 ≈ 1000 пФ) образует фильтр нижней частоты (см. фиг.1), увеличивающий длительность переднего и заднего фронтов выходных импульсов компаратора. Это позволяет снизить крутизну фронтов импульсов тока через якорную цепь электродвигателя и тем самым снизить уровень радиопомех по сети, создаваемых электроприводом. The output of the comparator 8 is connected to the input of the power switch 3 through a resistor 10, which, together with the input capacitance of the C3 and field-effect transistor (component, for example, for the transistor KP707 B2 ≈ 1000 pF) forms a low-pass filter (see figure 1), increasing the duration leading and trailing edges of the output pulses of the comparator. This allows you to reduce the steepness of the fronts of the current pulses through the anchor circuit of the electric motor and thereby reduce the level of radio noise through the network created by the electric drive.

Предлагаемый электропривод спроектирован в составе привода швейной машины "Чайка-134А" с электродвигателями постоянного тока мощностью 40 В (с возбуждением от постоянных магнитов и универсальным коллекторным с последовательным возбуждением). Результаты испытаний показали достаточно высокие потребительские качества электропривода (широкий диапазон регулирования частоты вращения, плавное регулирование частоты вращения практически во всем диапазоне, низкий уровень радиопомех по сети). The proposed electric drive is designed as part of the drive of the sewing machine "The Seagull-134A" with DC electric motors with a capacity of 40 V (with excitation from permanent magnets and a universal collector with serial excitation). The test results showed quite high consumer qualities of the electric drive (a wide range of speed control, smooth speed control in almost the entire range, low level of radio noise over the network).

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

Таким образом введение в схему электропривода дополнительных функциональных элементов и новых связей между ними позволяет повысить потребительские и технические качества устройств, в которых используется электропривод, а также снизить уровень радиопомех и тем самым значительно упростить или исключить схемы и элементы защиты от радиопомех. Thus, the introduction into the electric drive circuit of additional functional elements and new connections between them can improve the consumer and technical qualities of devices that use the electric drive, as well as reduce the level of radio noise and thereby significantly simplify or eliminate the schemes and elements of protection from radio interference.

Claims

A direct current drive comprising 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 rectifier bridge, a rotational speed adjuster, a voltage regulator, characterized in that an additional diode, resistor, comparator and voltage divider are introduced into it, An anchor winding with a power switch is included in the diagonal of the rectifier bridge through an additional diode, and the voltage divider is directly connected to the output of the voltage divider the inverting input of a comparator, whose non-inverting input connected to the output of the setpoint speed and the output of the comparator is connected via a resistor to the input of a power key provided on the FET.