RU2103798C1

RU2103798C1 - Ac commutator motor speed governor

Info

Publication number: RU2103798C1
Authority: RU
Inventors: Анатолий Иванович Плохута; Николай Федорович Врублевский
Original assignee: Анатолий Иванович Плохута; Николай Федорович Врублевский
Priority date: 1992-07-22
Filing date: 1992-07-22
Publication date: 1998-01-27

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: device has Schmitt flip-flop, driven multivibrator, complementing flip-flop, M-bit binary counter, decoder, mode control unit RS flip-flop, and electronic switch. EFFECT: improved noise immunity, provision for maintaining sinusoidal waveform of motor supply voltage in the course of its speed control, improved service life of motor due to reduced wear of its commutator and brushes as result of electric erosion. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для управления частотой вращения вала коллекторного электродвигателя переменного тока, а также мощностью инерционных потребителей, в том числе в условиях высокого уровня индустриальных помех. The invention relates to electrical engineering and is intended to control the rotational speed of the shaft of the AC collector motor, as well as the power of inertial consumers, including in conditions of a high level of industrial interference.

Известны устройства управления частотой вращения вала коллекторного электродвигателя переменного тока, которые изменяют параметры питающего напряжения [1]. Known devices for controlling the rotational speed of the shaft of the AC collector electric motor, which change the parameters of the supply voltage [1].

Известно устройство управления частотой вращения вала коллекторного электродвигателя переменного тока, использующее фазовое регулирование питающего напряжения, содержащее электронный ключ, управляющий вход которого подключен к выходу блока управления режимом работы, на другой вход которого подано напряжение питающей сети, а к выходу подключен коллекторный электродвигатель переменного тока [2]. A device for controlling the rotational speed of the shaft of an AC collector electric motor using phase control of the supply voltage, containing an electronic key, the control input of which is connected to the output of the operation mode control unit, the other input of which is supplied with the mains voltage, and the AC collector electric motor is connected to the output [ 2].

Недостаток известного устройства состоит в том, что коммутация электродвигателя при фазовом сдвиге φ > 0 и, особенно, близком к φ = 90^o, вызывает ускоренный износ коллектора и щеток вследствие электроэрозии, что сокращает срок службы электродвигателя. Кроме того, работа электродвигателя с таким устройством управления сопровождается высоким уровнем электромагнитных помех.A disadvantage of the known device is that switching the motor with a phase shift of φ> 0 and, especially, close to φ = 90 ^o , causes accelerated wear of the collector and brushes due to electrical discharge, which reduces the service life of the electric motor. In addition, the operation of the electric motor with such a control device is accompanied by a high level of electromagnetic interference.

Существенные признаки предлагаемого устройства управления частотой вращения вала коллекторного электродвигателя переменного тока и мощностью инерционных потребителей характеризуются тем, что устройство управления содержит электронный ключ, управляющий вход которого подключен к выходу блока управления режимом работы электронного ключа, на другой подано напряжение питающей сети, а к выходу подключен коллекторный электродвигатель переменного тока, причем блок управления режимом работы электронного ключа выполнен в виде триггера Шмитта, на вход которого поступает выпрямленное напряжение питающей сети, выход которого соединен с входом ждущего мультивибратора, выход которого соединен с входом счетного триггера, выход которого соединен с входом М-разрядного двоичного счетчика, выходы которого соединены с входами дешифратора, нулевой выход которого соединен с входом S RS-триггера, а остальные выходы соединены с входами узла задания режима работы, выход которого подключен к входу R RS-триггера, выход которого является выходом блока управления режимом работы электронного ключа. The essential features of the proposed device for controlling the rotational speed of the collector AC motor shaft and the power of inertial consumers are characterized by the fact that the control device contains an electronic key, the control input of which is connected to the output of the control unit of the electronic key operation mode, the mains voltage is supplied to the other, and the output is connected AC collector electric motor, moreover, the electronic key operating mode control unit is made in the form of a Shm trigger itta, the input of which receives the rectified voltage of the supply network, the output of which is connected to the input of the standby multivibrator, the output of which is connected to the input of the counting trigger, the output of which is connected to the input of the M-bit binary counter, the outputs of which are connected to the inputs of the decoder, the zero output of which is connected to RS S trigger input, and the remaining outputs are connected to the inputs of the operation mode setting node, the output of which is connected to the RS RS trigger input, the output of which is the output of the electronic operating mode control unit the key.

Совокупность перечисленных существенных признаков характеризуется техническим эффектом, направленным на увеличение срока службы электродвигателя и снижение уровня электромагнитных помех в процессе регулирования частоты вращения его вала. Указанный эффект достигается за счет чередования активного (через двигатель протекает полный ток) и пассивного (ток через двигатель не протекает) циклов работы двигателя и синхронизации начала и конца активного цикла с моментами перехода питающего напряжения через ноль, т. е. сохранение синусоидальной формы напряжения питания. При этом из каждой следующих друг за другом последовательностей целого числа N периодов питающего напряжения исключается определенное число n целых периодов, в результате чего образуются циклы активного и пассивного режимов, состоящие из (N-n) и n периодов соответственно. При таком режиме питания средняя мощность, потребляемая электродвигателем, и частота вращения его вала зависят от соотношения (N-n)/N, а момент на валу, развиваемый электродвигателем в активном режиме, равен номинальному. The combination of these essential features is characterized by a technical effect aimed at increasing the service life of the electric motor and reducing the level of electromagnetic interference in the process of regulating the speed of its shaft. This effect is achieved by alternating the active (full current flows through the motor) and passive (current does not flow through the motor) cycles of the motor and synchronization of the beginning and end of the active cycle with the moments when the supply voltage passes through zero, i.e., maintaining a sinusoidal shape of the supply voltage . Moreover, from each successive sequence of an integer N of periods of the supply voltage, a certain number n of integer periods is excluded, as a result of which active and passive cycles are formed, consisting of (N-n) and n periods, respectively. With this power mode, the average power consumed by the electric motor and the rotational speed of its shaft depend on the ratio (N-n) / N, and the torque on the shaft developed by the electric motor in the active mode is equal to the rated one.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства управления частотой вращения вала коллекторного электродвигателя переменного тока, состоящая из электронного ключа и блока управления режимом его работы; на фиг.2 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства управления. Figure 1 presents the structural diagram of the proposed device for controlling the rotational speed of the shaft of the AC collector electric motor, consisting of an electronic key and a control unit for its operation mode; figure 2 is a timing diagram illustrating the operation of the control device.

Блок управления режимом работы электронного ключа содержит триггер Шмитта 1, на вход которого поступает выпрямленное напряжение питающей сети. Выход триггера Шмитта 1 соединен с входом ждущего мультивибратора 2, выход ждущего мультивибратора 2 соединен с входом счетного триггера 3, выход которого соединен со входом М-разрядного двоичного счетчика 4. Параллельный код с выходов счетчика 4 поступает на вход дешифратора 5. Нулевой выход дешифратора 5 соединен с входом S RS-триггера 7, а выходы 1, 2,..., К подключены к входам узла задания режима работы 6, выход которого подключен к входу R RS-триггера 7. Выход RS-триггера 7, являющийся выходом блока управления режимом работы электронного ключа, подключен к управляющему входу электронного ключа 8, на другой вход которого подано напряжение питающей сети. К выходу электронного ключа 8 подключен коллекторный электродвигатель переменного тока 9 или другой инерционный потребитель. The electronic key operating mode control unit contains a Schmitt trigger 1, to the input of which a rectified supply voltage is supplied. The output of Schmitt’s trigger 1 is connected to the input of the standby multivibrator 2, the output of the standby multivibrator 2 is connected to the input of the counting trigger 3, the output of which is connected to the input of the M-bit binary counter 4. The parallel code from the outputs of the counter 4 goes to the input of the decoder 5. The zero output of the decoder 5 connected to the input S of the RS-flip-flop 7, and the outputs 1, 2, ..., K are connected to the inputs of the unit for setting the operating mode 6, the output of which is connected to the input R of the RS-flip-flop 7. The output of the RS-flip-flop 7, which is the output of the control unit electronic key operation mode, connect chen to the control input of the electronic switch 8, the other input of which the voltage is applied the mains. The output of the electronic key 8 is connected to a collector AC motor 9 or another inertial consumer.

Устройство управления (фиг. 1) работает следующим образом. The control device (Fig. 1) operates as follows.

Выпрямленное пульсирующее напряжение питающей сети (фиг. 2,а) поступает на вход триггера Шмитта 1, на выходе которого в моменты, близкие к переходу напряжения питающей сети через ноль, формируются короткие прямоугольные импульсы. Первым сформированным импульсом запускается ждущий мультивибратор 2, генерирующий калиброванный по длительности импульс, который является вторичным импульсом синхронизации и во время действия которого устройство управления становится нечувствительным к импульсным помехам на его входе, что обеспечивает генерацию только одного синхроимпульса, совпадающего с моментом перехода синусоидального напряжения через ноль (фиг. 2,b). Длительность импульса, генерируемого ждущим мультивибратором, выбирается равным времени, в течение которого амплитуда входного сигнала (фиг.2,а) соизмерима с уровнем помех на входе триггера Шмитта 1. Генерируемые ждущим мультивибратором импульсы, совпадающие с началом полупериода питающего напряжения, поступают на вход счетного триггера 3, на выходе которого последовательность прямоугольных импульсов имеет период, равный периоду питающего напряжения (фиг.2,с). Сигнал с выхода счетного триггера поступает на вход двоичного М-разрядного счетчика, где осуществляется циклический (непрерывный) счет поступающих импульсов. Параллельный двоичный код с выходов счетчика дешифрируется дешифратором 5. Сигнал с нулевого выхода дешифратора (фиг.2,d) поступает на вход установки (S) RS-триггера 7, а сигнал с одного из выходов 1, 2,..., К (фиг. 2, е) в зависимости от состояния узла задания режима работы 5 подключается к входу сброса (R) RS-триггера 7. Таким образом, на выходе RS-триггера 7 формируется управляющий сигнал (фиг.2,f), открывающий электронный ключ 8, на другой вход которого подано напряжение питающей сети (фиг. 2g). Электронный ключ 8 подключает электродвигатель 9 к сети на время, определяемое состоянием узла задания режима работы 6. Временная диаграмма, иллюстрирующая заданный режим работы электродвигателя, представлена на фиг.2,h. The rectified pulsating voltage of the supply network (Fig. 2, a) is fed to the input of the Schmitt trigger 1, at the output of which, at the moments close to the transition of the supply voltage through zero, short rectangular pulses are generated. The first generated pulse starts the waiting multivibrator 2, generating a pulse calibrated by duration, which is a secondary synchronization pulse and during which the control device becomes insensitive to impulse noise at its input, which ensures the generation of only one clock pulse that coincides with the moment the sinusoidal voltage passes through zero (Fig. 2, b). The duration of the pulse generated by the waiting multivibrator is chosen to be equal to the time during which the amplitude of the input signal (Fig. 2, a) is comparable with the noise level at the input of the Schmitt trigger 1. Pulses generated by the waiting multivibrator coincide with the beginning of the half-cycle of the supply voltage, and enter the counting input trigger 3, the output of which a sequence of rectangular pulses has a period equal to the period of the supply voltage (figure 2, c). The signal from the output of the counting trigger enters the input of the binary M-bit counter, where a cyclic (continuous) count of incoming pulses is carried out. The parallel binary code from the outputs of the counter is decrypted by decoder 5. The signal from the zero output of the decoder (Fig. 2, d) is input to the setup (S) of the RS-flip-flop 7, and the signal from one of the outputs 1, 2, ..., K ( Fig. 2, f) depending on the state of the operation mode setting unit 5, it is connected to the reset input (R) of the RS flip-flop 7. Thus, a control signal is generated at the output of the RS-flip-flop 7 (Fig. 2, f), which opens the electronic key 8, to the other input of which a mains voltage is applied (Fig. 2g). An electronic key 8 connects the electric motor 9 to the network for a time determined by the state of the unit for setting the operating mode 6. A timing diagram illustrating the specified operating mode of the electric motor is shown in FIG. 2, h.

Claims

A control device for the rotational speed of the shaft of the AC collector electric motor and the power of inertial consumers, containing an electronic key, the control input of which is connected to the output of the control unit of the electronic key operation mode, the other input of which is supplied with the mains voltage, and the AC collector electric motor, which differs, is connected to the output the fact that the control unit of the electronic key operating mode is made in the form of a Schmitt trigger, the input of which receives a rectified voltage the supply network, the output of which is connected to the input of the standby multivibrator, the output of which is connected to the input of the counting trigger, the output of which is connected to the input of the M-bit binary counter, the outputs of which are connected to the inputs of the decoder, the zero output of which is connected to the S-input of the RS trigger and the remaining outputs are connected to the inputs of the operation mode setting node, the output of which is connected to the R-input of the RS-trigger, the output of which is the output of the electronic key operating mode control unit.