RU2092963C1

RU2092963C1 - Dc drive

Info

Publication number: RU2092963C1
Application number: RU96110993/07A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Сабуров; Ю.Д. Харизман; А.А. Соловьев
Original assignee: Научно-производственное предприятие "Элим Энво"
Priority date: 1996-05-29
Filing date: 1996-05-29
Publication date: 1997-10-10

Abstract

FIELD: DC motor speed control when power is supplied from ac mains. SUBSTANCE: DC drive has DC commutator motor whose armature winding is shorted out by diode and is connected through power switch across diagonally opposite terminals of rectifier bridge, voltage regulator whose input is connected to inverting input of comparator. Comparator output is connected to power switch input; it also has speed setting element whose output is connected to noninverting input of comparator. Newly introduced in electric drive are diode and low-frequency active filter whose input is connected output of voltage divider connected across diagonally opposite terminals of rectifier bridge; output of low-frequency active filter is connected to input of speed setting element; armature winding is connected, together with power switch, across diagonally opposite terminals of rectifier bridge, through additional diode. EFFECT: improved stability of speed control. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования частоты вращения электродвигателей постоянного тока при питании от сети переменного тока. The invention relates to electrical engineering and can be used to control the speed of DC motors when powered by AC power.

Известен электропривод постоянного тока, содержащий коллекторный электродвигатель постоянного тока, якорная обмотка которого шунтирована диодом и через силовой ключ включена в диагональ выпрямительного моста, параллельно включенные в диагональ второго выпрямительного моста стабилизатор и делитель напряжения, выход которого соединен с инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого подключен к выходу задатчика частоты вращения, а выход компаратора соединен с входом силового ключа, выполненного на транзисторе. A known direct current 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 stabilizer and voltage divider are connected in parallel to the diagonal of the second rectifier bridge, the output of which is connected to 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 to the input of the power switch made on the transistor.

Недостатком известного электропривода является неустойчивая работа при колебаниях напряжения сети, особенно при работе электропривода на напряжениях, близких к максимальному. Это обусловлено тем, что при при заданном, стабильном уровне напряжения на неинвертирующем входе компаратора уровень переменного напряжения на инвертирующем входе изменяется при изменении напряжения в сети, и, следовательно, меняется время срабатывания компаратора, управляющего силовым ключом. A disadvantage of the known electric drive is unstable operation when the voltage fluctuates, especially when the drive is operating at voltages close to maximum. This is due to the fact that for a given, stable voltage level at the non-inverting input of the comparator, the level of the alternating voltage at the inverting input changes when the voltage in the network changes, and, therefore, the response time of the comparator controlling the power switch changes.

Целью изобретения является повышение стабильности регулирования частоты вращения. The aim of the invention is to increase the stability of speed control.

Поставленная цель достигается тем, что в электроприводе постоянного тока, содержащем коллекторный электродвигатель постоянного тока, якорная обмотка которого шунтирована диодом и через силовой ключ включена в диагональ выпрямительного моста, стабилизатор напряжения, делитель напряжения, выход которого подключен к инвертирующему входу компаратора, выход которого соединен со входом силового ключа, задатчик частоты вращения, выход которого соединен с неинвертирующим входом компаратора, дополнительно введены диод и активный фильтр нижней частоты, вход которого соединен с выходом делителя напряжения, включенного в диагональ выпрямительного моста, а выход активного фильтра нижней частоты соединен со входом задатчика частоты вращения, при этом якорная обмотка с силовым ключом включена в диагональ выпрямительного моста через дополнительный диод. This goal is achieved by the fact that in a DC drive containing a DC collector motor, the anchor winding of which is shunted by a diode and through a power switch connected to the diagonal of the rectifier bridge, a voltage stabilizer, voltage divider, the output of which is connected to the inverting input of the comparator, the output of which is connected to the input of the power switch, the speed controller, the output of which is connected to the non-inverting input of the comparator, an additional diode and an active filter lower frequency, the input of which is connected to the output of the voltage divider included in the diagonal of the rectifier bridge, and the output of the active low-pass filter is connected to the input of the speed regulator, while the anchor winding with a power switch is included in the diagonal of the rectifier bridge through an additional diode.

На фиг. 1 приведена функциональная схема электропривода постоянного тока; на фиг. 2 форма электрического сигнала: на инвертирующем U $\binom{-}{к}$ и неинвертирующем U $\binom{+}{к}$ входах компаратора (а), на выходе активного фильтра нижней частоты U_ф (а), на электродвигателе U_дв (б).In FIG. 1 shows a functional diagram of a direct current electric drive; in FIG. 2 waveform of electric signal: on inverting U $\binom{-}{to}$ and non-inverting U $\binom{+}{to}$ the inputs of the comparator (a), at the output of an active low-pass filter U _f (a), on an electric motor U _dv (b).

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 и входом активного фильтра нижней частоты 9. Выход активного фильтра 9 соединен со входом задатчика частоты вращения 10, выход которого соединен с неинвертирующим входом компаратора 8. Выход компаратора 8 подключен ко входу силового ключа 3. 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 connected in parallel to the diagonal of the rectifier bridge 5. The output of the voltage divider 6 connected to the inverting input of the comparator 8 and the input of the active low-pass filter 9. The output of the active filter 9 is connected to the input of the speed controller 10, the output of which is connected to non by the turning input of the comparator 8. The output of the comparator 8 is connected to the input of the power switch 3.

Электропривод работает следующим образом. При включении электропривода в сеть переменного тока на функциональные элементы схемы поступает постоянное напряжение питания U_п с выхода стабилизатора напряжения 7. Одновременно на инвертирующий вход компаратора 8 с выхода делителя 6 подается сетевое выпрямленное напряжение U $\binom{-}{к}$ в виде полуволн положительной полярности и амплитудой, не превышающей допускаемого входного напряжения компаратора (см. фиг. 2а), а на неинвертирующий вход подается постоянное напряжение U $\binom{+}{к}$ с выхода задатчика частоты вращения 10, которое (в зависимости от положения органа управления задатчиком частоты вращения) может устанавливаться от 0 до напряжения U_ф (см. фиг. 2а). При этом, когда постоянное напряжение U $\binom{+}{к}$ ф на неинвертирующем входе превышает переменное напряжение U $\binom{-}{к}$ на инвертирующем входе, компаратор 8 срабатывает и открывает силовой ключ 3. Таким образом, длительность τ открытого состояния силового ключа (см. фиг. 2б) определяется величиной напряжения U $\binom{+}{к}$ на выходе задатчика частоты вращения, и, следовательно, задавая напряжение U $\binom{+}{к}$ , можно регулировать величину напряжения на электродвигателе 1 от нуля до максимального сетевого напряжения (см. фиг. 2б).The electric drive operates as follows. When the electric drive is turned on to the AC mains, a constant supply voltage U _{p is} supplied to the functional elements of the circuit from the output of the voltage regulator 7. At the same time, a rectified mains voltage U is supplied to the inverting input of the comparator 8 from the output of the divider 6 $\binom{-}{to}$ in the form of half-waves of positive polarity and amplitude not exceeding the permissible input voltage of the comparator (see Fig. 2a), and a constant voltage U is applied to the non-inverting input $\binom{+}{to}$ from the output of the speed controller 10, which (depending on the position of the control body of the speed controller) can be set from 0 to voltage U _f (see Fig. 2A). In this case, when the constant voltage U $\binom{+}{to}$ f at a non-inverting input exceeds an alternating voltage U $\binom{-}{to}$ at the inverting input, the comparator 8 is activated and opens the power switch 3. Thus, the duration τ of the open state of the power switch (see Fig. 2b) is determined by the voltage U $\binom{+}{to}$ at the output of the speed controller, and, therefore, setting the voltage U $\binom{+}{to}$ , you can adjust the voltage on the motor 1 from zero to the maximum mains voltage (see Fig. 2b).

При колебаниях напряжения в сети изменяется амплитуда переменного напряжения U $\binom{-}{к}$ на инвертирующем входе компаратора, но практически одновременно меняется величина напряжения U_ф на выходе активного фильтра 9 (см. фиг. 2а). Так как выходное напряжение U_ф активного фильтра 9 является входным для задатчика частоты вращения 10, то напряжение U $\binom{+}{к}$ на неинвертирующем входе компаратора отслеживает колебания напряжения в сети, и, следовательно, длительность τ открытого состояния силового ключа 3 практически не изменяется (см. фиг. 2б). Это позволяет исключить значительные колебания напряжения на электродвигателе при изменении сетевого напряжения, особенно при работе электродвигателя электропривода на напряжениях, близких к максимальному. Использование активного фильтра низких частот позволяет получить низкий уровень пульсаций выходного постоянного напряжения U_ф при сохранении высоких динамических характеристик фильтра.With voltage fluctuations in the network, the amplitude of the alternating voltage U changes $\binom{-}{to}$ at the inverting input of the comparator, but almost simultaneously the voltage U _f changes at the output of the active filter 9 (see Fig. 2a). Since the output voltage U _{f of the} active filter 9 is input to the speed controller 10, the voltage U $\binom{+}{to}$ at the non-inverting input of the comparator monitors voltage fluctuations in the network, and, therefore, the duration τ of the open state of the power switch 3 is practically unchanged (see Fig. 2b). This makes it possible to exclude significant voltage fluctuations on the electric motor when the mains voltage changes, especially when the electric motor is operating at close to maximum voltages. Using an active low-pass filter allows you to get a low ripple output DC voltage U _f while maintaining high dynamic characteristics of the filter.

Задавая коэффициент передачи К_п активного фильтра низкой частоты, можно изменять значения напряжения U_ф на задатчике частоты вращения и, следовательно, устанавливать необходимый диапазон регулирования напряжения U_дв на электродвигателе при сохранении максимального хода органа управления задатчиком частоты вращения.By setting the transfer coefficient K _{p of the} active low-pass filter, it is possible to change the voltage U _f at the speed controller and, therefore, set the required voltage control range U _dv on the electric motor while maintaining the maximum travel of the control unit of the speed controller.

Дополнительный диод 4 исключает попадание через делитель напряжения 6 на инвертирующий вход компаратора 8 ЭДС электродвигателя, коллекторных пульсаций и импульсов напряжения, возникающих при срабатывании силового ключа. Это обеспечивает устойчивую работу схемы электропривода независимо от типа применяемого электродвигателя (универсальный коллекторный или с возбуждением от постоянных магнитов), от состояния щеточно-коллекторного узла и др. факторов. An additional diode 4 eliminates the ingress of voltage 6 through the divider to the inverting input of the comparator 8 of the motor EMF, collector ripple and voltage pulses that occur when the power switch is triggered. This ensures the stable operation of the electric drive circuit, regardless of the type of electric motor used (universal collector or with excitation from permanent magnets), the condition of the brush-collector assembly and other factors.

Предлагаемый электропривод апробирован в составе привода бытовых швейных машин "Чайка-143 А", оверлоков "Крош", "Прима" на базе универсальных коллекторных электродвигателей мощностью до 60 Вт. Результаты испытаний показали достаточно высокие потребительские качества электропривода: стабильная и устойчивая работа при значительных колебаниях напряжения в сети (до 50), возможность установки необходимого диапазона регулирования частоты вращения при сохранении максимального хода органа управления задатчиком частоты вращения (например, крышки педали). The proposed drive has been tested as part of the drive of household sewing machines "Chaika-143 A", overlocks "Krosh", "Prima" on the basis of universal collector electric motors with a capacity of up to 60 watts. The test results showed quite high consumer qualities of the electric drive: stable and stable operation with significant voltage fluctuations in the network (up to 50), the ability to set the required range of speed control while maintaining the maximum travel of the control unit of the speed controller (for example, pedal cover).

Функциональные элементы схемы электропривода могут быть реализованы на различных общеизвестных в электронной технике схемных решениях и конструктивно могут быть реализованы на различных сериях полупроводниковых приборов. На фиг. 1 приведен пример реализации электропривода на базе операционных усилителей, при этом вся схема может быть достаточно компактно реализована на базе одной микросхемы КР 1401 УД2Б, содержащей четыре операционных усилителя и допускающей однополярное питание. Functional elements of an 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. In FIG. Figure 1 shows an example of the implementation of an electric drive based on operational amplifiers, while the entire circuit can be quite compactly implemented on the basis of one KR 1401 UD2B microcircuit, which contains four operational amplifiers and allows unipolar power supply.

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. Thus, the introduction of additional functional elements and new connections between them into the electric drive circuit allows us to increase the consumer and technical qualities of devices that use the electric drive.

Claims

A DC 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 rectifier bridge, a voltage regulator, a voltage divider, the output of which is connected to the inverting input of the comparator, the output of which is connected to the input of the power switch, the speed controller the output of which is connected to a non-inverting input of the comparator, characterized in that an additional diode and an active low-pass filter are added to it, input One of which is connected to the output of the voltage divider included in the diagonal of the rectifier bridge, and the output of the active low-pass filter is connected to the input of the rotational speed setter, while the anchor winding with the power switch is included in the diagonal of the rectifier bridge through an additional diode.