RU2153220C2 - Direct current electric drive - Google Patents
Direct current electric drive Download PDFInfo
- Publication number
- RU2153220C2 RU2153220C2 RU98117420/09A RU98117420A RU2153220C2 RU 2153220 C2 RU2153220 C2 RU 2153220C2 RU 98117420/09 A RU98117420/09 A RU 98117420/09A RU 98117420 A RU98117420 A RU 98117420A RU 2153220 C2 RU2153220 C2 RU 2153220C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- comparator
- input
- additional
- voltage
- Prior art date
Links
Landscapes
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
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 [1], содержащий коллекторный электродвигатель постоянного тока, который шунтирован диодом и через разделительный диод и силовой ключ включен в диагональ выпрямительного моста, стабилизатор напряжения, делитель напряжения, выход которого одновременно подключен к инвертирующему входу компаратора и входу активного фильтра нижних частот, при этом выход компаратора соединен с входом силового ключа, а выход активного фильтра нижних частот подключен ко входу задатчика частоты вращения, выход которого соединен с неинвертирующим входом компаратора. Known DC drive [1], containing a DC collector motor, which is shunted by a diode and through a separation diode and a power switch is included in the diagonal of the rectifier bridge, a voltage regulator, a voltage divider, the output of which is simultaneously connected to the inverting input of the comparator and the input of the active low-pass filter while the output of the comparator is connected to the input of the power switch, and the output of the active low-pass filter is connected to the input of the speed setter, the output of which connected to the non-inverting input of the comparator.
Недостатком известного электропривода является недостаточная надежность, обусловленная выходом из строя элементов силовой цепи питания электродвигателя (силовой ключ, выпрямительный мост) при значительных перегрузках электропривода по току, вызванных, например, заклиниванием вала электродвигателя вращающимися механическими элементами устройства, исполнительным механизмом которого он является, появлением к.з. витков в обмотках электродвигателя и т.п. A disadvantage of the known electric drive is the lack of reliability due to the failure of the elements of the power circuit of the electric motor power supply (power switch, rectifier bridge) with significant current overloads caused by, for example, jamming of the motor shaft by rotating mechanical elements of the device, the actuator of which it is, the appearance of .z. turns in the motor windings, etc.
Задачей, на решение которой направлено создание предлагаемого изобретения, является повышение надежности электропривода. The task to which the creation of the invention is directed is to increase the reliability of the electric drive.
Поставленная цель достигается тем, что в электропривод, содержащий коллекторный электродвигатель постоянного тока, выпрямительный мост, шунтирующий и разделительный диоды, силовой ключ, стабилизатор затор напряжения, делитель напряжения, компаратор, активный фильтр нижних частот и задатчик частоты вращения, дополнительно введены фильтр нижних частот, компаратор, ключ, делитель напряжения, диод и датчик тока, выход которого соединен через фильтр нижних частот с неинвертирующим входом дополнительного компаратора, инвертирующий вход которого подключен к выходу задатчика частоты вращения через дополнительный делитель напряжения, а выход дополнительного компаратора одновременно соединен с входом дополнительного ключа и через диод с - неинвертирующим входом компаратора, причем выход дополнительного ключа подключен к входу силового ключа. This goal is achieved by the fact that in the electric drive containing a DC collector motor, a rectifier bridge, shunt and isolation diodes, a power switch, a voltage stabilizer, a voltage divider, a comparator, an active low-pass filter and a speed adjuster, an additional low-pass filter is introduced, a comparator, a key, a voltage divider, a diode and a current sensor, the output of which is connected through a low-pass filter to the non-inverting input of an additional comparator, the inverting input to orogo connected to the output setpoint speed through an additional voltage divider and the output of the additional comparator is connected to both an additional key input through a diode and a - a non-inverting input of the comparator, and an additional key output connected to the input of the power key.
На чертеже приведена функциональная схема электропривода постоянного тока. The drawing shows a functional diagram of a DC electric drive.
Электропривод содержит коллекторный электродвигатель постоянного тока 1, который шунтирован диодом 2 и через разделительный диод 3, силовой ключ 4 и датчик тока 5 включен в диагональ выпрямительного моста 6. Делитель напряжения 7 и стабилизатор напряжения 8 параллельно включены в диагональ выпрямительного моста 6. Выход делителя напряжения 7 соединен с инвертирующим входом компаратора 9 и входом активного фильтра нижних частот 10. Выход активного фильтра 10 соединен с входом задатчика частоты вращения 11, выход которого соединен с неинвертирующим входом компаратора 9. Выходы компаратора 9 и ключа 12 подключены к входу силового ключа 4. Выход датчика тока 5 соединен с неинвертирующим входом дополнительного компаратора 13 через фильтр нижних частот 14, а выход компаратора 13 одновременно подключен к входу ключа 12 и через дополнительный диод 15 - к неинвертирующему входу компаратора 13. Инвертирующий вход компаратора 13 подключен к выходу задатчика частоты вращения 11 через дополнительный делитель напряжения 16. The electric drive contains a DC collector motor 1, which is shunted by a diode 2 and through an isolation diode 3, a power switch 4 and a current sensor 5 are included in the diagonal of the rectifier bridge 6. A voltage divider 7 and a voltage regulator 8 are in parallel included in the diagonal of the rectifier bridge 6. The output of the voltage divider 7 is connected to the inverting input of the comparator 9 and the input of the active low-pass filter 10. The output of the active filter 10 is connected to the input of the speed adjuster 11, the output of which is connected to the non-invert the input of the comparator 9. The outputs of the comparator 9 and the key 12 are connected to the input of the power key 4. The output of the current sensor 5 is connected to the non-inverting input of the additional comparator 13 through a low-pass filter 14, and the output of the comparator 13 is simultaneously connected to the input of the key 12 and through an additional diode 15 - to the non-inverting input of the comparator 13. The inverting input of the comparator 13 is connected to the output of the speed controller 11 through an additional voltage divider 16.
Электропривод работает следующим образом. При включении электропривода в сеть переменного тока на функциональные элементы схемы поступает постоянное напряжение питания Uп с выхода стабилизатора напряжения 8. Одновременно на инвертирующий вход компаратора 9 с выхода делителя 7 подается сетевое выпрямленное напряжение Uк - в виде полуволн положительной полярности и амплитудой, не превышающей допускаемого входного напряжения компаратора, а на неинвертирующий вход подается постоянное напряжение Uк + с выхода задатчика частоты вращения 11, которое (в зависимости от положения органа управления устанавливается от 0 до Uф на выходе активного фильтра 10). При этом, когда постоянное напряжение Uк + на неинвертирующем входе превышает переменное напряжение Uк - на инвертирующем входе, компаратор 9 срабатывает и открывает силовой ключ 4. Таким образом длительность открытого состояния силового ключа определяется величиной напряжения Uк + на выходе задатчика частоты вращения и, следовательно, задавая напряжение Uк + можно регулировать величину напряжения на электродвигателе 1 от нуля до максимального сетевого напряжения.The electric drive operates as follows. When the electric drive is switched 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 8. At the same time, the rectified mains voltage U k is supplied to the inverting input of the comparator 9 from the output of the divider 7 — in the form of half-waves of positive polarity and amplitude not exceeding permissible input voltage of the comparator, and a non-inverting input is supplied with a constant voltage U k + from the output of the speed controller 11, which (depending on the position of the body control is set from 0 to U f at the output of the active filter 10). At the same time, when the constant voltage U k + at the non-inverting input exceeds the alternating voltage U k - at the inverting input, the comparator 9 activates and opens the power switch 4. Thus, the duration of the open state of the power switch is determined by the voltage U k + at the output of the speed generator and therefore, by setting the voltage U to +, it is possible to adjust the voltage on the motor 1 from zero to the maximum mains voltage.
При колебаниях напряжения в сети изменяется амплитуда переменного напряжения Uк - на инвертирующем входе компаратора, но практически одновременно меняется напряжение Uф на выходе активного фильтра 9. Так как выходное напряжение Uф активного фильтра является входным для задатчика частоты вращения 10, то напряжение Uк + на неинвертирующем входе компаратора отслеживает колебания напряжения в сети, и, следовательно, длительность открытого состояния силового ключа 3 практически не изменяется. Это позволяет исключить значительные колебания напряжения на электродвигателе при изменении сетевого напряжения.With voltage fluctuations in the network, the amplitude of the alternating voltage U k - at the inverting input of the comparator changes, but the voltage U f at the output of the active filter 9 changes almost simultaneously. Since the output voltage U f of the active filter is input to the speed controller 10, the voltage U k + at the non-inverting input of the comparator monitors voltage fluctuations in the network, and, therefore, the duration of the open state of the power switch 3 is practically unchanged. This eliminates significant voltage fluctuations on the electric motor when the mains voltage changes.
При работе электропривода, на выходе датчика 5 (выполненного, например, в виде последовательно включенного в цепь силового ключа 4) формируется сигнал в виде переменного напряжения, пропорционального величине тока, протекающего через электродвигатель 1. Выходной сигнал датчика тока 5 подается на вход фильтра нижних частот 14, на выходе которого формируется сигнал в виде постоянного напряжения, пропорционального току. Величина постоянной времени фильтра нижних частот 14 выбирается достаточной для фильтрации выходного сигнала датчика, но не превышающей величину времени, в течение которого допускаются кратковременные перегрузки по току элементов силовой цепи электропривода (выпрямительный мост, силовой ключ, электродвигатель). Выходной сигнал фильтра нижних частот 14 поступает на неинвертирующий вход компаратора 13, на инвертирующий вход которого подается постоянное напряжение с выхода двигателя 16, определяющее величину уставки по предельно допустимому току. При этом выходное напряжение делителя 16 (уставка по току) определяет величину предельно допустимого тока через электродвигатель, соответствующую величине напряжения на электродвигателе, так как входным напряжением делителя 16 является выходное напряжение задатчика частоты вращения 11, которое определяет величину напряжения на электродвигателе, в зависимости от положения органа управления задатчика частоты вращения и величины сетевого напряжения. When the drive is operating, a signal in the form of an alternating voltage proportional to the amount of current flowing through the motor 1 is generated at the output of the sensor 5 (made, for example, in the form of a power switch 4 connected in series), the output signal of the current sensor 5 is fed to the input of a low-pass filter 14, at the output of which a signal is generated in the form of a constant voltage proportional to the current. The value of the time constant of the low-pass filter 14 is selected sufficient to filter the output signal of the sensor, but not exceeding the amount of time during which short-term current overloads of the elements of the power circuit of the electric drive are allowed (rectifier bridge, power switch, electric motor). The output signal of the low-pass filter 14 is supplied to the non-inverting input of the comparator 13, to the inverting input of which a constant voltage is supplied from the output of the motor 16, which determines the value of the set point according to the maximum permissible current. In this case, the output voltage of the divider 16 (current setting) determines the maximum permissible current through the electric motor, corresponding to the voltage on the electric motor, since the input voltage of the divider 16 is the output voltage of the speed controller 11, which determines the magnitude of the voltage on the electric motor, depending on the position the control unit of the speed controller and the voltage value.
При работе электропривода в диапазоне допускаемых нагрузок величина напряжения на неинвертирующем входе компаратора 13 не превышает величину напряжения на инвертирующем входе и, следовательно, выходной сигнал компаратора 13 равен 0. При этом ключ 12 закрыт и на вход силового ключа 4 поступают управляющие импульсы с выхода компаратора 9. При появлении на валу электродвигателя нагрузки, превышающей допустимую, заклинивание вала, наличие к. з. витков в обмотках электродвигателя, увеличивает ток через электродвигатель, что приводит к повышению напряжения на неинвертирующем входе компаратора 13 и его срабатыванию. При этом напряжение на электродвигателе 1 становится равным 0, так как ключ 12 открывается и задерживает управляющие импульсы, поступающие с выхода компаратора 9 на вход силового ключа 4. Одновременно положительное выходное напряжение компаратора 13 поступает на неинвертирующий вход через диод 15 и фиксирует компаратор 13 в этом состоянии, что позволяет исключить повторное включение электропривода. Для повторного включения электропривода необходимо отключить его от сети переменного тока и снова включить. When the drive is in the range of permissible loads, the voltage at the non-inverting input of the comparator 13 does not exceed the voltage at the inverting input and, therefore, the output signal of the comparator 13 is 0. In this case, the key 12 is closed and control pulses from the output of the comparator 9 are input to the power key 4 . When the load exceeds the permissible load on the motor shaft, jamming of the shaft, presence of short circuit turns in the windings of the electric motor, increases the current through the electric motor, which leads to an increase in voltage at the non-inverting input of the comparator 13 and its operation. The voltage on the electric motor 1 becomes equal to 0, since the key 12 opens and delays the control pulses from the output of the comparator 9 to the input of the power switch 4. At the same time, the positive output voltage of the comparator 13 is supplied to the non-inverting input through the diode 15 and fixes the comparator 13 in this a condition that allows to exclude repeated inclusion of the electric drive. To turn on the drive again, disconnect it from the AC mains and turn it on again.
Таким образом, введение в электропривод схемы защиты по току, обеспечивающей формирование уставки по току, пропорциональной напряжению на электродвигателе, и фиксацию схемы, после ее срабатывания, в отключенном состоянии, обеспечивает надежную защиту электропривода от аварийных режимов работы во всем диапазоне частот вращения. Thus, the introduction of a current protection circuit into the electric drive, which ensures the formation of a current setting proportional to the voltage on the electric motor, and fixing the circuit, after its operation, in the off state, provides reliable protection of the electric drive from emergency operation in the entire range of rotational speeds.
Предлагаемый электропривод апробирован в составе привода бытовых швейных машин "Чайка-143А", оверлоков "Прима". "Крош" на базе универсальных коллекторных электродвигателей с полезной мощностью до 60 Вт. The proposed electric drive has been tested as part of the drive of household sewing machines "Seagull-143A", overlocks "Prima". "Krosh" based on universal collector motors with a net power of up to 60 watts.
Результаты испытаний показали достаточно высокую надежность работы схемы защиты электропривода по току, что позволяет значительно повысить надежность и долговечность электропривода при эксплуатации. The test results showed a sufficiently high reliability of the current protection circuit of the electric drive, which can significantly increase the reliability and durability of the electric drive during operation.
Функциональные элементы схемы электропривода могут быть реализованы на различных общеизвестных схемных решениях и конструктивно могут быть выполнены на различных сериях полупроводниковых приборов. На чертеже 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. The functional elements of the electric drive circuit can be implemented on various well-known circuit solutions and can be structurally performed on various series of semiconductor devices. The drawing 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 позволяет повысить потребительские и технические качества устройств, в которых используется электропривод. Thus, the introduction of additional functional elements and new connections into the electric drive circuit allows improving the consumer and technical qualities of devices in which the electric drive is used.
Список литературы
1. Патент РФ N 2092963, H 02 P 5/418, БИ N 28, 1997 - прототип.List of references
1. RF patent N 2092963, H 02 P 5/418, BI N 28, 1997 - prototype.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98117420/09A RU2153220C2 (en) | 1998-09-21 | 1998-09-21 | Direct current electric drive |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98117420/09A RU2153220C2 (en) | 1998-09-21 | 1998-09-21 | Direct current electric drive |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU98117420A RU98117420A (en) | 2000-06-20 |
| RU2153220C2 true RU2153220C2 (en) | 2000-07-20 |
Family
ID=20210590
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98117420/09A RU2153220C2 (en) | 1998-09-21 | 1998-09-21 | Direct current electric drive |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2153220C2 (en) |
-
1998
- 1998-09-21 RU RU98117420/09A patent/RU2153220C2/en active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4607205A (en) | Method and system for reconnecting inverter to rotating motors | |
| US4521840A (en) | D-C Bus current monitoring system | |
| JPH02119596A (en) | Method and device for detecting unipolar current of conductor and electronic commutation type motor control by detecting motor current | |
| US4392098A (en) | RPM Sensor for electronic motor braking | |
| US3657622A (en) | Control for adjusting and regulating the speed of an electric motor | |
| US5220258A (en) | Drive circuit for a brushless direct-current motor | |
| US20100201303A1 (en) | System for Controlling the Steady-State Rotation of a Synchronous Electric Motor | |
| JP4673539B2 (en) | Excitation current controller for three-phase AC generator | |
| RU2153220C2 (en) | Direct current electric drive | |
| US4754211A (en) | Method of and a device for braking an asynchronous motor | |
| US4720666A (en) | Electric braking apparatus for brushless excitation system generator | |
| RU2092963C1 (en) | Dc drive | |
| David et al. | Soft restart of an adjustable speed drive after a short disconnection without any mechanical speed sensor | |
| JPH10145960A (en) | Power generator and electric washing machine | |
| RU2042258C1 (en) | Direct-current drive | |
| RU2219649C2 (en) | Direct-current drive | |
| RU2076450C1 (en) | Method for regulation of rotation frequency of double-supply electric motor and device which implements said method | |
| RU2074502C1 (en) | Direct current electric drive | |
| RU2216096C2 (en) | Direct-current drive | |
| RU2020504C1 (en) | Method of measuring time constants of sync electric machines | |
| SU1501242A2 (en) | A.c. electric drive | |
| RU2281524C2 (en) | Electrified electrical-machine test facility | |
| RU2152684C1 (en) | Direct-current drive | |
| RU2076446C1 (en) | Direct current electric drive | |
| SU828353A1 (en) | Ac electric drive |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20070202 |
|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20130226 |