Устройство управления частотой вращения якоря коллекторного электродвигателя с постоянным полем возбуждения

Авторы патента:

H02P5 - Устройства для регулирования числа оборотов электродвигателей, основанные на сравнении измеренной скорости вращения двигателя с заданным физическим параметром, причем результат сравнения используется для регулирования

Полезная модель относится к технике регулирования числа оборотов электродвигателей с импульсной коммутацией питающего напряжения и предназначена для применения, например, при реализации управления электродвигателем вентилятора отопителя транспортного средства. Устройство содержит последовательно включенные задатчик частоты, узел сравнения, усилитель ошибки, импульсный преобразователь напряжения и коммутирующий элемент, включенный в питающую цепь якоря электродвигателя. Имеются также тактовый генератор и узел выборки напряжения. Выход тактового генератора соединен с тактирующим входом импульсного преобразователя напряжения. Входы узла выборки напряжения подключены к выводам якоря электродвигателя и выходу тактового генератора с возможностью выборки напряжения, генерируемого электродвигателем во время разомкнутого состояния коммутирующего элемента, а выход через узел памяти соединен со входом обратной связи узла сравнения. Полезная модель позволяет повысить точность регулирования частоты вращения электродвигателя при одновременном упрощении конструкции управляющего устройства. Это обеспечивает повышение качества и надежности управления электродвигателем.

Известны устройства, обеспечивающие регулирование и стабилизацию частоты вращения якоря электродвигателя постоянного тока с использованием введенного в цепь питания якоря коммутирующего элемента, управляемого по сигналам блока сравнения, подключенного к задатчику частоты и узлу обратной связи по току якоря, имеющим потенциальные выходы (SU 1384170 А1, Н 02 Р 5/06, 23.07.1989; RU 2025883 С1, Н 02 Р 5/06, 30.12.1994; RU 2256286 С1, Н 02 Р 5/175, 10.07.2005).

Недостатки известных устройств связаны с невысоким КПД ограниченным существенными потерями мощности на датчике тока, включаемом последовательно с якорем электродвигателя.

Известны также управляющие устройства того же назначения, структуру которых определяет импульсный регулятор напряжения на якоре электродвигателя с коммутирующим элементом и контуром регулирования, включающим в себя усилитель ошибки, а также сигнальные задатчик и датчик, последний из которых выполнен воспринимающим напряжение, генерируемое электродвигателем во время разомкнутого состояния коммутирующего элемента (SU 1753571 А1, Н 02 Р 5/06, 07.08.1992; RU 2152684 С1, Н 02 Р 5/418, 10.07.2000 - прототип).

Однако известные устройства характеризуются значительной конструктивной сложностью и неудовлетворительными характеристиками регулирования (например, в части коэффициента стабилизации частоты), обусловленными большим количеством промежуточных преобразований. Это предопределяет низкую эксплуатационную надежность подобных устройств.

Задачей полезной модели является повышение точности регулирования частоты вращения электродвигателя при одновременном упрощении конструкции управляющего устройства.

Техническим результатом полезной модели является повышение качества и надежности управления электродвигателем.

Для решения поставленной задачи и достижения технического результата устройство управления частотой вращения якоря коллекторного электродвигателя с постоянным полем возбуждения содержит последовательно включенные задатчик частоты, узел сравнения, усилитель ошибки, импульсный преобразователь напряжения и коммутирующий элемент, включенный в питающую цепь якоря электродвигателя, а также тактовый генератор, выход которого соединен с тактирующим входом импульсного преобразователя напряжения, и узел выборки напряжения, входы которого подключены к выводам якоря электродвигателя и выходу тактового генератора с возможностью выборки напряжения, генерируемого электродвигателем во время разомкнутого состояния коммутирующего элемента, а выход через узел памяти соединен со входом обратной связи узла сравнения.

На чертеже приведена функциональная схема предложенного устройства.

Устройство содержит задатчик 1 частоты, узел 2 сравнения, усилитель 3 ошибки, импульсный преобразователь 4 напряжения, коммутирующий (например, транзисторный) элемент 5, узел 6 выборки напряжения, узел 7 памяти и тактовый генератор 8. Позицией 9 на схеме обозначен управляемый коллекторный электродвигатель с постоянным полем возбуждения.

Опорный вход узла 2 сравнения соединен с выходом задатчика 1 частоты. Вход усилителя 3 ошибки соединен с выходом узла 2 сравнения,

а выход - с одним из входов импульсного преобразователя 4 напряжения.

Выход тактового генератора 8 подключен к другому входу импульсного преобразователя 4 напряжения. Коммутирующий элемент 5 включен в питающую цепь якоря электродвигателя 9 и соединен управляющим входом с выходом импульсного преобразователя 4 напряжения. Входы узла 6 выборки напряжения подключены к выводам якоря электродвигателя 9 и выходу тактового генератора 8 с возможностью выборки напряжения, генерируемого электродвигателем 9 во время разомкнутого состояния коммутирующего элемента 5, а выход через узел 7 памяти соединен со входом обратной связи узла 2 сравнения.

Устройство может быть выполнено с применением процессорной техники.

Работа устройства происходит следующим образом. Задающий частоту сигнал от задатчика 1 частоты поступает на опорный вход узла 2 сравнения 2, на вход обратной связи которого через узел 7 памяти подается сигнал с выхода узла 6 выборки напряжения, которое генерируется электродвигателем 9 во время разомкнутого состояния коммутирующего элемента 5. Это напряжение пропорционально частоте вращения якоря электродвигателя 9 и используется в устройстве как сигнал отрицательной обратной связи для стабилизации заданной частоты. Узел сравнения 2 сравнивает между собой два подведенных сигнала. Полученный на выходе узла 2 сравнения сигнал рассогласования усиливается усилителем 3 ошибки и

направляется на один из входов импульсного преобразователя 4 напряжения. На выходе преобразователя 4 действует модулированное по длительности импульсное напряжение, которым осуществляется переключение коммутирующего элемента 5. При этом длительность открытого (и соответственно закрытого) состояния коммутирующего элемента 5 определяется напряжением источника питания (с выводами «+», «-») и нагрузкой электродвигателя 9 и при их изменениях также меняется. Среднее значение напряжения, имеющегося после коммутирующего элемента 5 и поступающего к якорю электродвигателя 9, определяет частоту вращения якоря электродвигателя 9.

Таким образом, предложенное устройство при незначительном количестве составных элементов и малых потерях мощности обеспечивает качественное и надежное управление коллекторным электродвигателем с постоянным полем возбуждения. На технических характеристиках устройства положительно сказывается использование в контуре обратной связи узла с###U156 возможностью выборки напряжения, генерируемого электродвигателем во время разомкнутого состояния коммутирующего элемента.

Устройство управления частотой вращения якоря коллекторного электродвигателя с постоянным полем возбуждения, содержащее последовательно включенные задатчик частоты, узел сравнения, усилитель ошибки, импульсный преобразователь напряжения и коммутирующий элемент, включенный в питающую цепь якоря электродвигателя, а также тактовый генератор, выход которого соединен с тактирующим входом импульсного преобразователя напряжения, и узел выборки напряжения, входы которого подключены к выводам якоря электродвигателя и выходу тактового генератора с возможностью выборки напряжения, генерируемого электродвигателем во время разомкнутого состояния коммутирующего элемента, а выход через узел памяти соединен со входом обратной связи узла сравнения.