RU2219649C2

RU2219649C2 - Direct-current drive

Info

Publication number: RU2219649C2
Application number: RU2001127369/09A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Сабуров; А.А. Соловьёв; Ю.А. Илларионов
Priority date: 2001-10-08
Filing date: 2001-10-08
Publication date: 2003-12-20

Abstract

FIELD: electrical engineering; stepless starting and speed governing for dc motors fed from ac mains. SUBSTANCE: dc drive has dc commutator motor whose armature winding is shorted out by diode and inserted through isolating diode and power switch between two diagonally opposite terminals of electrical bridge; voltage regulator and voltage divider placed across two diagonally opposite terminals of bridge. Voltage divider output is connected to input of active low-frequency filter and to inverting input of comparator whose output is connected to power switch input; output of active low-frequency filter is connected to input of speed control element and output, to noninverting input of comparator. Additional diode is connected in parallel with low-frequency filter. EFFECT: enhanced reliability. 1 cl, 3 dwg

Description

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

Известен электропривод постоянного тока [1], содержащий коллекторный электродвигатель постоянного тока, якорная обмотка которого шунтирована диодом и через разделительный диод и силовой ключ включена в диагональ выпрямительного моста, стабилизатор напряжения, делитель напряжения, параллельно включенные в диагональ выпрямительного моста, при этом выход делителя напряжения одновременно подключен к входу активного фильтра нижней частоты и инвертирующему входу компаратора, выход которого соединен с входом силового ключа, а выход активного фильтра нижней частоты подключен к входу задатчика частоты вращения, выход которого соединен с неинвертирующим входом компаратора. Known DC electric drive [1], containing a DC collector motor, the anchor winding of which is shunted by a diode and through the isolation diode and power switch is included in the diagonal of the rectifier bridge, a voltage regulator, voltage divider, parallel connected to the diagonal of the rectifier bridge, while the output of the voltage divider simultaneously connected to the input of the active low-pass filter and the inverting input of the comparator, the output of which is connected to the input of the power switch, and the output is active A low-pass filter is connected to the input of the speed setter, the output of which is connected to the non-inverting input of the comparator.

Недостатком известного электропривода является резкий запуск электродвигателя при скачкообразном изменении выходного сигнала задатчика частоты вращения, что приводит к значительным пусковым токам, снижающим надежность электропривода и резко увеличивающим нагрузку питающей сети. A disadvantage of the known electric drive is the abrupt start of the electric motor with a sudden change in the output signal of the speed controller, which leads to significant starting currents that reduce the reliability of the electric drive and dramatically increase the load of the supply network.

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 задача решается тем, что в электропривод, содержащий коллекторный электродвигатель постоянного тока, якорная обмотка которого шунтирована диодом и через разделительный диод и силовой ключ включена в диагональ выпрямительного моста, стабилизатор напряжения, делитель напряжения, параллельно включенные в диагональ выпрямительного моста, при этом выход делителя напряжения одновременно подключен к входу активного фильтра нижней частоты и инвертирующему входу компаратора, выход которого соединен с входом силового ключа, а выход активного фильтра нижней частоты подключен к входу задатчика частоты вращения, дополнительно введены диод и фильтр нижней частоты, вход которого подключен к выходу задатчика частоты вращения, а выход - к неинвертирующему входу компаратора, при этом дополнительный диод включен параллельно фильтру нижней частоты. The problem is solved in that in an electric drive containing a DC collector motor, the anchor winding of which is shunted by a diode and through a diode diode and a power switch are included in the diagonal of the rectifier bridge, a voltage stabilizer, a voltage divider parallel to the diagonal of the rectifier bridge, while the output of the divider voltage is simultaneously connected to the input of the active low-pass filter and the inverting input of the comparator, the output of which is connected to the input of the power switch, and in stroke active low-pass filter connected to the input of the setpoint speed, a diode and low pass filter further introduced, whose input is connected to the output of the setpoint speed and the output - to the noninverting input of the comparator, wherein the additional diode is connected in parallel with the lowpass filter.

На фиг.1 приведена функциональная схема электропривода постоянного тока; на фиг. 2 - форма напряжения: на инвертирующем Uк и неинвертирующем входах компаратора, на выходе задатчика Uз, на электродвигателе Uдв; на фиг.3 - функциональные зависимости: напряжения на электродвигателе Uдв от напряжения на неинвертирующем входе компаратора Uк⁺ (а) и напряжения Uк⁺ от времени при скачкообразном изменении напряжения на выходе задатчика Uз (б).Figure 1 shows a functional diagram of a DC electric drive; in FIG. 2 - voltage form: at the inverting Uк and non-inverting inputs of the comparator, at the output of the setter Uз, at the electric motor Uдв; figure 3 - functional dependence: the voltage on the electric motor Udv from the voltage at the non-inverting input of the comparator Uk ⁺ (a) and voltage Uk ⁺ versus time with a sudden change in voltage at the output of the setpoint Uз (b).

Электропривод содержит коллекторный электродвигатель постоянного тока 1, который шунтирован диодом 2 и через разделительный диод 3 и силовой ключ 4 включен в диагональ выпрямительного моста 5, стабилизатор напряжения 6 и делитель напряжения 7, параллельно включенные в диагональ выпрямительного моста 5, при этом выход делителя напряжения 7 одновременно подключен к входу активного фильтра нижней частоты 8 и инвертирующему входу компаратора 9, выход которого соединен с входом силового ключа 4. Выход активного фильтра нижней частоты 8 подключен к входу задатчика частоты вращения 10, выход которого соединен с входом фильтра нижней частоты 11. Выход фильтра нижней частоты 11 подключен к неинвертирующему входу компаратора 9. Дополнительный диод 12 включен параллельно фильтру 11. The electric drive contains a DC collector motor 1, which is shunted by a diode 2 and through a separation diode 3 and a power switch 4 is included in the diagonal of the rectifier bridge 5, a voltage stabilizer 6 and a voltage divider 7, parallel included in the diagonal of the rectifier bridge 5, while the output of the voltage divider 7 simultaneously connected to the input of the active low-pass filter 8 and the inverting input of the comparator 9, the output of which is connected to the input of the power switch 4. The output of the active low-pass filter 8 is connected to the input of the speed adjuster 10, the output of which is connected to the input of the low-pass filter 11. The output of the low-pass filter 11 is connected to the non-inverting input of the comparator 9. An additional diode 12 is connected in parallel with the filter 11.

Электропривод работает следующим образом. При включении электропривода в сеть переменного тока на функциональные элементы схемы поступает постоянное напряжение питания Uп с выхода стабилизатора напряжения 6. Одновременно на инвертирующий вход компаратора 9 с делителя напряжения 7 подается сетевое выпрямленное напряжение Uк^- в виде полуволн положительной полярности и амплитудой, не превышающей допускаемого входного напряжения компаратора 9. На неинвертирующий вход компаратора 9 подается напряжение Uк⁺ с выхода фильтра нижних частот 11. При этом когда величина напряжения Uк⁺ превышает величину Uк^-, компаратор 9 срабатывает и открывает силовой ключ 4. Величина напряжения Uк⁺ в установившемся режиме (см. фиг.2) равна напряжению Uз на выходе задатчика частоты вращения 10, которое (в зависимости от положения органа управления задатчиком) может устанавливаться от нуля до выходного напряжения Uф активного фильтра 8, и, следовательно, длительность τ открытого состояния силового ключа 4 в установившемся режиме определяется напряжением Uз на выходе задатчика 10, что позволяет регулировать величину напряжения на двигателе Uдв от нуля до максимального сетевого напряжения (см. фиг.2).The electric drive operates as follows. When the drive is connected to the AC mains, a constant supply voltage Uп is supplied to the functional elements of the circuit from the output of the voltage regulator 6. At the same time, the rectified mains voltage Uк ^is supplied to the inverting input of the comparator 9 from the voltage divider 7 ^— in the form of half-waves of positive polarity and an amplitude not exceeding the allowable input a voltage comparator 9. The noninverting input of the comparator 9 is fed the voltage Uk ⁺ output from the low pass filter 11. In this case, when the magnitude of the voltage Uk ⁺ next page creases value Uk ^- comparator 9 is triggered and opens the power switch 4. The voltage Uk ⁺ in the steady state (see Figure 2). Uz is equal to the voltage at the output of the setpoint rotational speed 10, which (depending on the control body position setter) may be installed from zero to the output voltage Uf of the active filter 8, and, therefore, the duration τ of the open state of the power switch 4 in the steady state is determined by the voltage Uz at the output of the setpoint 10, which allows you to adjust the voltage on the motor Udv from Uhl to a maximum mains voltage (see. figure 2).

При скачкообразном увеличении напряжения Uз на выходе задатчика 10 диод 12 запирается, и напряжение Uк⁺ возрастает по экспоненциальной зависимости (см. фиг.3б). Функциональная зависимость напряжения Uдв на электродвигателе 1 от напряжения Uк⁺ имеет вид, приведенный на фиг.3а, поэтому напряжение на двигателе Uдв возрастает практически линейно во всем диапазоне, что обеспечивает плавный запуск электродвигателя 1.With an abrupt increase in the voltage Uz at the output of the master 10, the diode 12 is locked, and the voltage Uk ⁺ increases exponentially (see fig.3b). The functional dependence of the voltage Udv on the electric motor 1 from the voltage Uk ⁺ has the form shown in figa, therefore, the voltage on the motor Udv increases almost linearly in the entire range, which ensures a smooth start of the motor 1.

При скачкообразном уменьшении напряжения Uз открывается дополнительный диод 12 и напряжение Uк⁺ уменьшается одновременно с напряжением Uз, что обеспечивает быстрое торможение электродвигателя 1.With an abrupt decrease in the voltage Uz, an additional diode 12 opens and the voltage Uk ⁺ decreases simultaneously with the voltage Uz, which ensures fast braking of the electric motor 1.

При колебаниях напряжения в сети изменяется амплитуда напряжения Uк^-, но практически одновременно меняется величина напряжения Uф на выходе активного фильтра 8. Так как напряжение Uф является входом для задатчика частоты вращения 10, то напряжение Uк⁺ отслеживает колебания напряжения в сети, и, следовательно, длительность τ открытого состояния силового ключа 4 практически не изменяется. Это позволяет исключить значительные колебания напряжения Uдв на электродвигателе при изменении сетевого напряжения.When the voltage fluctuates in the network, the voltage amplitude Uк ^- changes, but the voltage Uf at the output of the active filter 8 changes almost simultaneously. Since the voltage Uf is the input for the speed setter 10, the voltage Uk ⁺ monitors the voltage fluctuations, and therefore the duration τ of the open state of the power switch 4 is practically unchanged. This eliminates significant voltage fluctuations Udv on the motor when the mains voltage changes.

Предлагаемый электропривод апробирован на электродвигателях с возбуждением от постоянных магнитов и универсальных коллекторных электродвигателях мощностью до 350 Вт. The proposed drive has been tested on electric motors with excitation from permanent magnets and universal collector electric motors with a power of up to 350 watts.

Функциональные элементы схемы электропривода могут быть выполнены 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. The functional elements of the electric drive circuit can be performed on various circuit solutions well known in electronic technology and can be structurally implemented on various series of semiconductor devices. In FIG. 1 shows an example of the implementation of an electric drive based on operational amplifiers.

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.

Литература
1. Патент РФ 2092963, H 02 P 5/418, БИ 28, 1997 - прототип.Literature
1. RF patent 2092963, H 02 P 5/418, BI 28, 1997 - prototype.

Claims

A direct current electric drive containing a DC collector motor, the anchor winding of 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 stabilizer, a voltage divider parallel to the diagonal of the rectifier bridge, while the output of the voltage divider is simultaneously connected to the input active low-pass filter and the inverting input of the comparator, the output of which is connected to the input of the power switch, and the output of the active filter the lower frequency is connected to the input of the speed setter, characterized in that an diode and a low frequency filter are additionally introduced into it, the input of which is connected to the output of the speed setter, and the output to the non-inverting input of the comparator, while the additional diode is connected in parallel with the low-pass filter.