RU2491706C1 - Device to stabilise rotation frequency of single-phased commutator motor - Google Patents
Device to stabilise rotation frequency of single-phased commutator motor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2491706C1 RU2491706C1 RU2012104051/07A RU2012104051A RU2491706C1 RU 2491706 C1 RU2491706 C1 RU 2491706C1 RU 2012104051/07 A RU2012104051/07 A RU 2012104051/07A RU 2012104051 A RU2012104051 A RU 2012104051A RU 2491706 C1 RU2491706 C1 RU 2491706C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- motor
- pulse
- square root
- input
- transistor
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к электрифицированному инструменту, бытовым и промышленным электроприборам, приборам специального назначения.The invention relates to electrical engineering and, in particular, to an electrified tool, household and industrial electrical appliances, devices for special purposes.
Известно устройство (http://www.coilgun.ru/920/regulator.gif) для автоматической стабилизации частоты вращения электродвигателя постоянного тока последовательного возбуждения, включающее в себя генератор пилообразного напряжения (ГПН), схему сравнения сигнала с выхода ГПН с сигналом обратной связи и широтно-импульсный преобразователь для регулирования скорости двигателя. Недостатком данного решения является то, что оно не реагирует на ряд возмущений (например, отклонения напряжения источника питания и температуры нагрева обмоток двигателя), так как не контролирует выходной координаты - частоты вращения электродвигателя.A device is known (http://www.coilgun.ru/920/regulator.gif) for automatically stabilizing the rotational speed of a dc sequential excitation electric motor, which includes a sawtooth voltage generator (GPN), a circuit for comparing the signal from the output of the GPN with a feedback signal and a pulse-width converter for controlling engine speed. The disadvantage of this solution is that it does not respond to a number of disturbances (for example, deviations of the voltage of the power source and the heating temperature of the motor windings), since it does not control the output coordinate - the frequency of rotation of the electric motor.
Наиболее близким к заявляемому решению, по мнению заявителей, является устройство для реализации способа стабилизации частоты вращения однофазного коллекторного электродвигателя по а.с. СССР №997216, Н02Р 5/12 от 15.02.83 г. Устройство содержит электрический двигатель постоянного тока последовательного возбуждения, включенный в диагональ полууправляемого вентильного моста (усилителя мощности) и зашунтированный обратным диодом и разрядным резистором, общая точка которого подключена к входу промежуточного усилителя, состоящего из операционного усилителя и транзистора, причем выход промежуточного усилителя является входом интегратора, состоящего из транзистора и конденсатора, который подключен ко входу коммутирующего устройства, выполняющего функции блока управления усилителем мощности, включающего конденсатор, на котором формируется заданное напряжение, транзистор, напряжение отпирания которого является опорным напряжением.Closest to the claimed solution, according to the applicants, is a device for implementing a method of stabilizing the rotational speed of a single-phase collector motor according to as USSR No. 997216, Н02Р 5/12 dated 02.15.83, the device contains an electric DC motor with series excitation, included in the diagonal of a semi-controlled valve bridge (power amplifier) and shunted by a reverse diode and discharge resistor, the common point of which is connected to the input of an intermediate amplifier, consisting of an operational amplifier and a transistor, the output of the intermediate amplifier being the input of an integrator consisting of a transistor and a capacitor that is connected to the input of the switching device a solid, performing the functions of a power amplifier control unit, including a capacitor, on which a given voltage is generated, a transistor, the unlock voltage of which is a reference voltage.
Недостатком указанного устройства является то, что в динамических режимах работы величина коэффициента полезного действия (КПД) системы стабилизации частоты вращения однофазного коллекторного двигателя имеет достаточно небольшое значение, при том что основным режимом работы такого электропривода является динамический режим, тогда как максимальное значение КПД будет при номинальных значениях тока и напряжения, на которые и рассчитывался двигатель.The disadvantage of this device is that in dynamic modes of operation the value of the coefficient of efficiency (COP) of the stabilization system of the rotational speed of a single-phase collector motor is quite small, while the main mode of operation of such an electric drive is dynamic mode, while the maximum value of efficiency will be at nominal values of current and voltage, for which the engine was calculated.
Технический результат предлагаемого решения заключается в повышении коэффициента полезного действия электропривода в динамических режимах.The technical result of the proposed solution is to increase the efficiency of the electric drive in dynamic modes.
Поставленная цель достигается тем, что в цепь обратной связи вводится устройство вычисления корня квадратного (квадратор) (Бобровников Л.З. Радиотехника и электротехника. / Л.З. Бобровников. - 4-е изд., доп. и перераб. - М.: Недра, 1990, с.172), формирующее квадратичную зависимость от сигнала обратной связи, и пропорционально выходному сигналу квадратора изменяется действующее значение напряжения питания двигателя на выходе ШИП.This goal is achieved by the fact that a device for calculating the square root (quadrator) is introduced into the feedback circuit (Bobrovnikov LZ Radio engineering and electrical engineering. / LZ Bobrovnikov. - 4th ed., Ext. And revised. - M. : Nedra, 1990, p. 172), which forms a quadratic dependence on the feedback signal, and in proportion to the output signal of the quadrator, the effective value of the motor voltage at the output of the SHIP changes.
На фиг.1 представлена схема устройства стабилизации частоты вращения однофазного коллекторного электродвигателя.Figure 1 presents a diagram of a device for stabilizing the speed of a single-phase collector motor.
Устройство для стабилизации частоты вращения электродвигателя содержит неуправляемый выпрямитель 1, широтно-импульсный преобразователь 2, электродвигатель постоянного тока последовательного возбуждения 5, зашунтированный обратным диодом и разрядным резистором, общая точка которых подключена к системе управления 6, которая определяет темп спадания ЭДС самоиндукции, квадратор 4, который формирует сигнал управления коммутирующим устройством, пропорциональный квадратному корню электромагнитного момента двигателя, и коммутирующее устройство 3, которое формирует сигнал управления широтно-импульсным преобразователем для регулирования ширины приложенного импульса выпрямленного питающего напряжения.A device for stabilizing the rotational speed of an electric motor comprises an uncontrolled rectifier 1, a pulse-width converter 2, a dc motor of series excitation 5, shunted by a reverse diode and a discharge resistor, the common point of which is connected to the control system 6, which determines the rate of decay of the self-induction EMF, quadrator 4, which generates a control signal for a switching device proportional to the square root of the electromagnetic moment of the motor, and a switching device Property 3, which generates a control signal of a pulse-width converter for regulating the width of the applied pulse of the rectified supply voltage.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
В момент времени, когда транзистор, входящий в состав широтно-импульсного преобразователя 2, выключен, электродвигатель можно рассматривать отключенным от сети и, если при этом его цепь замкнута на разрядный резистор, для образованного контура электродвигатель - диод -резистор можно записать уравнениеAt a time when the transistor included in the pulse-width converter 2 is turned off, the electric motor can be considered disconnected from the network and, if its circuit is closed to a discharge resistor, for the formed motor-diode-resistor circuit, one can write the equation
где e(t) - ЭДС якоря двигателя;where e (t) is the EMF of the engine armature;
с - конструктивная постоянная электродвигателя;C is the structural constant of the electric motor;
kФ - коэффициент пропорциональности между током якоря и магнитным потоком;k Ф - proportionality coefficient between armature current and magnetic flux;
Rя, Rов - сопротивления обмоток якоря и возбуждения;R I , R s - resistance windings of the armature and excitation;
ω - частота вращения вала электродвигателя, 1/с;ω is the frequency of rotation of the motor shaft, 1 / s;
L - индуктивность цепи электродвигателя, Гн.L is the inductance of the electric motor circuit, GN.
С большой точностью можно принять, что L=const, поскольку ток i(t) якоря вызван действием ЭДС самоиндукции и составляет около 10-15% от номинального тока Iн. По той же причине и kФ=const.With great accuracy, we can assume that L = const, since the current i (t) of the armature is caused by the action of the self-induction EMF and is about 10-15% of the nominal current I n . For the same reason, and k Ф = const.
Время t0, при котором ток, определяемый уравнением (1), обращается в нуль, а следовательно, обращается в нуль и ЭДС самоиндукции, с большой степенью точности пропорционально току нагрузки и обратно пропорционально частоте вращения двигателя. Интервал времени от π до π+ωt0 соответствует ширине импульса напряжения на разрядном резисторе, шунтирующем двигатель (5), который поступает на вход системы управления (6), определяя темп спадания ЭДС самоиндукции. Выходной сигнал системы управления (6), содержащий информацию об угловой частоте вращения двигателя, подается на вход квадратора (4), в котором формируется сигнал, пропорциональный квадратному корню от электромагнитного момента двигателя. Сформированный сигнал подается на вход коммутирующего устройства (3), которое формирует сигналы управления транзисторами широтно-импульсного преобразователя.Time t 0 , at which the current defined by equation (1) vanishes, and therefore vanishes and the self-induction EMF is, with a high degree of accuracy, proportional to the load current and inversely proportional to the engine speed. The time interval from π to π + ωt 0 corresponds to the width of the voltage pulse across the discharge resistor shunting the motor (5), which is fed to the input of the control system (6), determining the rate of decline of the self-induction EMF. The output signal of the control system (6), containing information on the angular frequency of rotation of the engine, is fed to the input of a quadrator (4), in which a signal is generated proportional to the square root of the electromagnetic moment of the engine. The generated signal is fed to the input of the switching device (3), which generates control signals for the transistors of the pulse-width converter.
Необходимость формирования сигнала обратной связи в функции квадратного корня от электромагнитного момента двигателя определяется оптимальным, с точки зрения обеспечения максимума КПД в динамических режимах, законом управления однофазным коллекторным электродвигателем.The necessity of generating a feedback signal as a function of the square root of the electromagnetic moment of the motor is determined by the optimal, from the point of view of ensuring maximum efficiency in dynamic modes, control of a single-phase collector electric motor.
Для определения критерия управления рассмотрим структуру «управляемый преобразователь - двигатель последовательного возбуждения» в относительных единицах:To determine the control criterion, we consider the structure "controlled converter - sequential excitation engine" in relative units:
Тогда основное уравнение движения ЭП в системе относительных единиц имеет вид:Then the basic equation of motion of the electron beam in the system of relative units has the form:
Задачу оптимального управления электропривода можно сформулировать следующим образом: изменить скорость двигателя от значения ν1 до ν2 так, чтобы за произвольное время переходного процесса энергия, потребляемая от преобразователя, была минимальной. Для этого необходимо обеспечить максимум динамическому КПД:The task of optimal control of the electric drive can be formulated as follows: change the motor speed from the value ν 1 to ν 2 so that for an arbitrary time of the transition process the energy consumed from the converter is minimal. For this, it is necessary to provide maximum dynamic efficiency:
где ΔР - это потери в ЭП: электрические ΔРэл и механические ΔРмех.where ΔР is the loss in the electric field: electrical ΔР el and mechanical ΔР mech .
Очевидно, что максимум данному функционалу будет обеспечиваться при следующем условии:Obviously, the maximum of this functionality will be provided under the following condition:
Выразив из уравнения движения dτ и заменив пределы интегрирования, получимExpressing dτ from the equation of motion and replacing the integration limits, we obtain
В тех случаях, когда µС является функцией скорости и не зависит явно от времени и пути, минимум определенного интеграла достигается при том условии, что при каждом значении скорости на интервале ν1-ν2 момент двигателя обеспечивает минимум подынтегрального выраженияIn those cases when µ C is a function of speed and does not depend explicitly on time and path, the minimum of a certain integral is achieved provided that for each value of speed in the interval ν 1 -ν 2 the motor moment provides a minimum of the integrand
Найдем производную и выразим напряжение, пренебрегая механическими потерями:Find the derivative and express the stress, neglecting mechanical losses:
где a=ν·ρ.where a = ν · ρ.
Таким образом, заявленный технический результат достигнут вследствие того, что в канал обратной связи вводится множительно-делительное устройство, формирующее квадратичную функцию от сигнала обратной связи, и тем самым действующее значение напряжения изменяется в функции квадратного корня от электромагнитного момента двигателя при постоянной скорости, а следовательно, обеспечивается оптимальный, с точки зрения обеспечения максимума КПД в динамических режимах, закон управления электроприводом.Thus, the claimed technical result is achieved due to the fact that a multiplier dividing device is introduced into the feedback channel, forming a quadratic function of the feedback signal, and thereby the effective voltage value changes as a function of the square root of the electromagnetic moment of the engine at a constant speed, and therefore provides the optimal, from the point of view of ensuring maximum efficiency in dynamic modes, the law of control of the electric drive.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012104051/07A RU2491706C1 (en) | 2012-02-06 | 2012-02-06 | Device to stabilise rotation frequency of single-phased commutator motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012104051/07A RU2491706C1 (en) | 2012-02-06 | 2012-02-06 | Device to stabilise rotation frequency of single-phased commutator motor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2491706C1 true RU2491706C1 (en) | 2013-08-27 |
Family
ID=49163940
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012104051/07A RU2491706C1 (en) | 2012-02-06 | 2012-02-06 | Device to stabilise rotation frequency of single-phased commutator motor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2491706C1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU997216A1 (en) * | 1981-01-28 | 1983-02-15 | Томский Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт Им.С.М.Кирова | Method of stabilizing single-phase communication electric motor rotational speed |
RU2323173C1 (en) * | 2006-11-30 | 2008-04-27 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Glass |
-
2012
- 2012-02-06 RU RU2012104051/07A patent/RU2491706C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU997216A1 (en) * | 1981-01-28 | 1983-02-15 | Томский Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт Им.С.М.Кирова | Method of stabilizing single-phase communication electric motor rotational speed |
RU2323173C1 (en) * | 2006-11-30 | 2008-04-27 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Glass |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI446138B (en) | Wind power excitation synchronous generator system and control method thereof | |
CN104067508B (en) | The method for controlling brushless electric machine | |
EP3736954B1 (en) | Predictive pulse width modulation for an open delta h-bridge driven high efficiency ironless permanent magnet machine | |
JP2011072092A (en) | Output control apparatus of generator | |
WO2005109623A1 (en) | Adaptive system for optimizing excitation current waveform profiles for electric motors | |
Frayyeh et al. | Speed control of direct current motor using Mechanical Characteristics | |
KR970069851A (en) | Control device to control elevator AC motor with high driving efficiency | |
Afrasiabi et al. | DC motor control using chopper | |
US9419556B2 (en) | Method and arrangement for operating a pump | |
RU2444838C1 (en) | Device to stabilise rotation frequency of single-phased commutator motor | |
RU2361356C1 (en) | Method and device for control of asynchronous motor | |
JP5188734B2 (en) | DC brushless motor controller | |
RU2491706C1 (en) | Device to stabilise rotation frequency of single-phased commutator motor | |
JP2013062971A (en) | Motor drive | |
JP4972583B2 (en) | Inverter and method of suppressing demagnetization | |
JP2009240040A (en) | Current control device | |
RU2487459C1 (en) | Device to stabilise rotation frequency of single-phased commutator motor | |
RU2568816C1 (en) | Device to stabilise rotation frequency of single-phased commutator motor with enhanced reliability | |
RU136261U1 (en) | EXTREME CONTROL DC ELECTRIC DRIVE | |
US20150270798A1 (en) | Wind Power Excitation Synchronous Generation System Having Maximum Power Determining Unit and Control Method thereof | |
CN201774454U (en) | Ion heat-dissipating equipment | |
JP2006246667A (en) | Motor driving device | |
RU2344949C1 (en) | Electromagnetic torque control method for direct-current railway motors on electric rolling stock | |
CN102611374A (en) | Method for voltage buildup of three-phase alternating-current synchronous generator and circuit | |
RU2530532C1 (en) | Asynchronous motor soft start-up device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140207 |