RU2095932C1

RU2095932C1 - Device for stabilization of electric motor rotation speed

Info

Publication number: RU2095932C1
Application number: RU95102642A
Authority: RU
Inventors: В.П. Завьялов; А.А. Меркушев
Original assignee: Государственное предприятие "Ижевский механический завод"
Priority date: 1995-02-23
Filing date: 1995-02-23
Publication date: 1997-11-10
Also published as: RU95102642A

Abstract

FIELD: speed stabilization of single-phase collector electric motors, in particular, for portable electric instruments. SUBSTANCE: device has simile transistor 1, which is connected in series to alternating current electric motor 2, simile transistor control unit 3, which output is connected to threshold gate 8, and electric motor current feedback circuit 11 which has output rectifier 12. In addition device has controlled pulse power supply 14 which terminals are connected in parallel to simile transistor 1. Input 18 of controlled pulse power supply 14 is connected to terminal 20 of electric motor 2; output 13 of power supply 14 is connected to output rectifier 12. EFFECT: increased speed control range, decreased weight and size. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для стабилизации скорости вращения однофазных коллекторных электродвигателей, например переносных электроинструментов. The invention relates to electrical engineering and can be used to stabilize the speed of rotation of single-phase collector electric motors, for example, portable power tools.

Известны устройства для стабилизации скорости вращения электродвигателя [1] и [2] содержащие симметричный симистор, включенный последовательно с электродвигателем в сеть переменного тока, блок управления тиристором, включающий управляющие резисторы и конденсаторы, выходом подключенный к пороговому элементу, выполненному в виде выпрямительного моста с динистором, включенным в его диагональ, и цепь обратной связи по току двигателя с выходным выпрямителем. Known devices for stabilizing the rotation speed of the electric motor [1] and [2] containing a symmetric triac connected in series with the electric motor in an alternating current network, a thyristor control unit including control resistors and capacitors, connected to a threshold element made in the form of a rectifier bridge with a dinistor included in its diagonal, and the feedback circuit of the motor current with the output rectifier.

Недостатком известных устройств является ограниченный диапазон регулирования скорости электродвигателя в связи с тем, что максимально возможное напряжение, подаваемое в этих устройствах на электродвигатель, значительно меньше напряжения питающей сети. Это обусловлено тем, что, во-первых, управляющий конденсатор, определяющий сдвиг фазы управляющего сигнала, заряжается синусоидальным напряжением, причем подаваемым на выходной выпрямитель через делитель напряжения. Во-вторых, управляющие резисторы, последовательно стоящие в зарядной цепи конденсатора, увеличивают постоянную времени заряда. Уменьшение величины сопротивления управляющих резисторов ведет к увеличению рассеиваемой на них мощности, что препятствует микроминиатюрному исполнению известных устройств. A disadvantage of the known devices is the limited range of regulation of the speed of the electric motor due to the fact that the maximum possible voltage supplied in these devices to the electric motor is much less than the voltage of the supply network. This is due to the fact that, firstly, the control capacitor, which determines the phase shift of the control signal, is charged with a sinusoidal voltage, and supplied to the output rectifier through a voltage divider. Secondly, the control resistors, sequentially standing in the charging circuit of the capacitor, increase the charge time constant. A decrease in the resistance of the control resistors leads to an increase in the power dissipated by them, which prevents the microminiature execution of known devices.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение диапазона регулирования скорости электродвигателя за счет увеличения максимально возможного напряжения питания, подаваемого на двигатель. При этом должна обеспечиваться возможность микроминиатюрного исполнения устройства. The problem to which the invention is directed, is to expand the range of regulation of the speed of the electric motor by increasing the maximum possible supply voltage supplied to the motor. At the same time, the possibility of microminiature device design should be provided.

Для решения поставленной задачи в устройстве для стабилизации скорости вращения электродвигателя, содержащем симистор, включенный последовательно с электродвигателем в сеть переменного тока, блок управления симистором, выходом подключенный через пороговый элемент к управляющему электроду симистора, и цепь обратной связи по току с выходным выпрямителем, один вывод выходной диагонали выходного выпрямителя цепи обратной связи по току соединен с одним выводом блока управления симистором и оно дополнительно снабжено управляемым импульсным источником питания, первым входом соединенным от симистора выводом электродвигателя, а вторым входом, соединенным со вторым выводом блока управления симистором, и управляющий вход управляемого импульсного источника питания подключены параллельно симистору, а выход связан с вторым выводом выходной диагонали выходного выпрямителя. To solve the problem in a device for stabilizing the rotation speed of an electric motor containing a triac connected in series with the electric motor to an alternating current network, a triac control unit, an output connected through a threshold element to the triac control electrode, and a current feedback circuit with an output rectifier, one output the output diagonal of the output rectifier of the current feedback circuit is connected to one terminal of the triac control unit and it is additionally equipped with a controlled pulse by a source supply connected to the first input terminal of the triac of the motor, and a second input connected to a second terminal of the triac control unit, and the control input of the controlled pulse power source connected in parallel with the triac, and the output is connected to the second output terminal of the output diagonal of the rectifier.

Введение управляемого источника питания (УИИП), выходом соединенного с выходным выпрямителем, расширяет диапазон регулирования скорости электродвигателя, т. к. наличие импульсного напряжения на выходном выпрямителе обеспечивает возможность подачи на двигатель полного напряжения питания, близкого напряжению сети. При этом низкий уровень рассеиваемой УИИП- мощности позволяет изготавливать предлагаемое устройство в микроминиатюрном исполнении. The introduction of a controlled power source (UIIP) connected by an output to the output rectifier extends the range of regulation of the motor speed, since the presence of a pulse voltage at the output rectifier provides the possibility of supplying a full supply voltage close to the mains voltage to the motor. At the same time, the low level of dissipated UIIP power makes it possible to manufacture the proposed device in a microminiature design.

На фиг.1 показана электрическая схема устройства для стабилизации скорости вращения электродвигателя; на фиг. 2 эпюры напряжений, поясняющие работу устройства. Figure 1 shows an electrical diagram of a device for stabilizing the rotation speed of an electric motor; in FIG. 2 voltage plots explaining the operation of the device.

Устройство содержит симистор 1, включенный последовательно с электродвигателем 2 в сеть переменного тока. Блок 3 управления симистором 1, содержащий управляющие резисторы 4,5 и конденсаторы 6, 7, выходом подключен к управляющему электроду симистора 1 через пороговый элемент 8. Пороговый элемент 8 может быть выполнен в виде выпрямительного моста 9 с диагональным динистором 10. Цепь обратной связи 10 по току двигателя выполнена с выходным выпрямителем 12, у которого один вывод выходной диагонали соединен с одним из выводов блока 3 управления, а второй вывод выходной диагонали соединен с выходом 13 УИИПа 14. Управляющим входом 15 через ограничительный резистор 16 и вторым входом 17 непосредственно УИИП 14 подключен параллельно симистору 1. Первый вход 18 УИИПа через ограничительный резистор 19 соединен со свободным от симистора выводом 20 электродвигателя 2. УИИП 14 содержит выпрямитель на диодах 21, 22, стабилизаторы 23, 24, зарядные конденсаторы 25, 26, ключи на транзисторах 27, 28. The device comprises a triac 1 connected in series with an electric motor 2 in an alternating current network. The control unit 3 of the triac 1, containing the control resistors 4,5 and capacitors 6, 7, is connected to the control electrode of the triac 1 through the threshold element 8. The threshold element 8 can be made in the form of a rectifier bridge 9 with a diagonal dinistor 10. Feedback circuit 10 according to the current of the motor, it is made with an output rectifier 12, in which one output of the output diagonal is connected to one of the terminals of the control unit 3, and the second output of the output diagonal is connected to the output 13 of UIIP 14. The control input 15 is through a limiting resist OP 16 and the second input 17 directly of the UIIP 14 is connected in parallel to the triac 1. The first input 18 of the UIIP through a limiting resistor 19 is connected to the terminal 20 of the electric motor 2 free from the triac. The UIIP 14 contains a rectifier on diodes 21, 22, stabilizers 23, 24, charging capacitors 25 , 26, keys on transistors 27, 28.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В установившемся режиме частота вращения электродвигателя определяется сдвигом фазы управляющего сигнала, формируемого управляющими резисторами 4, 5, конденсаторами 6, 7 и сигналом обратной связи по току двигателя, формируемым в виде проводимости выходного выпрямителя 12. Напряжение (см. фиг.2а) через ограничительный резистор 19 и выпрямители на диодах 21, 22 поступают на конденсаторы 25, 26, напряжение заряда которых определяются стабилитронами 23, 24. Через резистор 16 подается напряжение сети на управление транзисторными ключами 27, 18, которые поочередно, в зависимости от полярности полуволны питающего напряжения, подключают к выходному выпрямителю соответствующий зарядный конденсатор 25 или 26. Этим обеспечивается формирование и подача импульсного напряжения U_вх1 (см. фиг.2б) в момент перехода питающего напряжения сети через нуль в выхода УИИПа 14 через выходной выпрямитель 12 на управляющий конденсатор 7. При достижении напряжения заряда на конденсаторе 7 уровня срабатывания (U_сраб.) порогового элемента 8 (см. фиг.2в) происходит включение симистора 1 (см. фиг.2г) для достижения максимально возможного напряжения питания на двигателе 2, близкого к напряжению сети, заряд конденсатора 7 до величины U_сраб. должен происходить за очень малое время t_зар1 (см. фиг.2в), практически мгновенно. В предлагаемом устройстве это достигается, во-первых, подачей через выходной выпрямитель 12 на конденсатор 7 импульсов достаточной мощности в момент перехода напряжения питающей сети через нуль, во-вторых, уменьшением постоянной времени заряда путем исключения управляющих резисторов из зарядной цепи конденсатора 7.In the steady state, the frequency of rotation of the electric motor is determined by the phase shift of the control signal generated by the control resistors 4, 5, capacitors 6, 7 and the feedback signal of the motor current, formed in the form of the conductivity of the output rectifier 12. Voltage (see figa) through the limiting resistor 19 and rectifiers on diodes 21, 22 are supplied to capacitors 25, 26, the charge voltage of which is determined by zener diodes 23, 24. Through a resistor 16, the mains voltage is supplied to control transistor switches 27, 18, which eredno, depending on the polarity of the half-wave voltage, a rectifier connected to the output corresponding to the charging capacitor 25 or 26. This ensures the formation and feed pulse voltage U _INP1 (see. 2b) at the time of transition of the supply voltage through zero at the output 14 via UIIPa output rectifier 12 to the control capacitor 7. When the charge voltage on the capacitor 7 _{reaches the} actuation level (U _cf. ) of the threshold element 8 (see Fig. 2c), the triac 1 (see Fig. 2d) is turned on to achieve the maximum possible supply voltage on the motor 2, close to the mains voltage, the charge of the capacitor 7 to the value of U _srab. should occur in a very short time t _zar1 (see figv), almost instantly. In the proposed device, this is achieved, firstly, by supplying through the output rectifier 12 to the capacitor 7 pulses of sufficient power at the moment the supply voltage passes through zero, and secondly, by reducing the charge time constant by eliminating the control resistors from the charging circuit of the capacitor 7.

Достаточная мощность формируемых УИИП 14 импульсов обеспечивается наличием постоянной связи входа 18 с напряжением питающей сети. Заряд конденсаторов 25, 26 происходит в период времени, когда симистор 1 включен. При этом чем дольше включен симистор 1, тем большее время накапливается заряд на конденсаторах 25, 26. Sufficient power generated by UIIP 14 pulses is provided by the presence of a constant connection of input 18 with the voltage of the supply network. The charge of the capacitors 25, 26 occurs in the period of time when the triac 1 is turned on. Moreover, the longer the triac 1 is turned on, the longer the charge accumulates on the capacitors 25, 26.

В известных же устройствах через выходной выпрямитель на управляющий конденсатор подается синусоидальное напряжение U_вх2 (см. фиг.2д), при этом время заряда управляющего конденсатора t_зар2 для уровня U_сраб. больше чем t_зар1 (см. фиг.2е). Поэтому полная мощность, подаваемая на электродвигатель в предлагаемом устройстве больше, чем в известных.In known devices, through the output rectifier, a sinusoidal voltage U _in2 is applied to the control capacitor (see Fig.2d), while the charge time of the control capacitor is t _zar2 for level U _crab. greater than t _zar1 (see _FIG . 2e). Therefore, the total power supplied to the electric motor in the proposed device is greater than in the known ones.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет расширить диапазон регулирования скорости электродвигателя, одновременно обеспечивая возможность его микроминиатюрного исполнения. Thus, the proposed device allows you to expand the range of speed control of the electric motor, while simultaneously providing the possibility of its microminiature performance.

Claims

A device for stabilizing the rotation speed of an electric motor, comprising a triac connected in series with the electric motor to an alternating current network, a triac control unit, an output connected via a threshold element to a triac control electrode, and a current feedback circuit with an output rectifier, characterized in that one output is output the diagonal of the output rectifier of the current feedback circuit is connected to one terminal of the triac control unit and the device is equipped with a controlled switching power supply Nia, a first input connected to the free terminal of the triac of the motor, a second input coupled to the second terminal of the triac control unit, and the control input of the controlled pulse power source connected in parallel with the triac, and the output is connected to the second output terminal of the output diagonal of the rectifier.