RU1823123C - Rotational speed governor for single-phase commutator motor - Google Patents

Abstract

Использование: в электротехнике, в частности в устройствах регулировани  частоты вращени  однофазных коллекторных электродвигателей. Сущность: регул тор стабилизирует частоту вращени  электродвигател  при переменной нагрузке и позвол ет получить при этом максимальную мощность при изменении частоты вращени  с защитой от перегрузок. Достигаетс  это за счет проведени  регулировани  по двум полупериодам напр жени  сети с использованием предварительно выделенного и сформированного сигнала обратной св зи по величине противоЭДС. Защита от перегрузок реализована с помощью фототиристора , шунтирующего цепь управлени  при перегрузке. 4 ил.Usage: in electrical engineering, in particular in devices for controlling the frequency of rotation of single-phase collector motors. Essence: the regulator stabilizes the rotational speed of the electric motor at a variable load and allows to obtain maximum power while changing the rotational speed with protection against overloads. This is achieved by adjusting over two half-periods of the mains voltage using a pre-allocated and generated feedback signal with respect to the back EMF value. Overload protection is implemented using a photo thyristor, bypassing the control circuit during overload. 4 ill.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к устройствам регулировани  частоты вращени  однофазных коллекторных электродвигателей, и может найти широкое применение в различных отрасл х народного хоз йства.The invention relates to electrical engineering, in particular to devices for controlling the rotational speed of single-phase collector electric motors, and can be widely used in various industries.

Цель изобретени  - стабилизаци  частоты вращени  электродвигател  в широком диапазоне частот при переменной нагрузке с защитой от перегрузки.The purpose of the invention is to stabilize the rotational speed of a motor over a wide frequency range under variable load with overload protection.

На фиг.1 представлена принципиальна  схема устройства: на фиг.2 - график напр жени  питани  на электродвигателе при малых оборотах без воздействи  на него внешней нагрузки; на фиг.З - график напр жени  питани  на электродвигателе при малых оборотах при воздействии на него внешней нагрузки; на фиг.4 - график напр жени  питани  на электродвигателе при дальнейшем увеличении частоты вращени .Fig. 1 is a schematic diagram of a device: Fig. 2 is a graph of a supply voltage on an electric motor at low revolutions without an external load acting on it; Fig. 3 is a graph of a supply voltage on an electric motor at low revolutions when exposed to an external load; Fig. 4 is a graph of a supply voltage on an electric motor with a further increase in rotational speed.

Устройство содержит нагрузку - последовательно соединенные обмотку возбуждени  1 и  корь электродвигател  2, включеннуюThe device contains a load - series-connected field winding 1 and the core of the electric motor 2, included

между анодами тиристоров 3, 4,параллельно которым включены равные им по мощности диоды 5, 6,и одновременно  вл ющуюс  диагональю моста узла выделени  напр жени  обратной св зи по величине противоЭДС двигател , состо щего из диодов 7-10, цепь управлени , состо щую из делител  - переменного резистора 11, один конец которого последовательно соединен с посто нным резистором 12, а средн   точка через резистор 13 и диоды 14, 15 с управл ющими электродами тиристоров 3, 4, а другой конец соединен через диоды 16, 17 с напр жением сети.between the anodes of thyristors 3, 4, parallel to which diodes 5, 6, equal in power, are connected, and at the same time being the diagonal of the bridge of the feedback voltage isolation unit in magnitude of the back-emf of the motor, consisting of diodes 7-10, the control circuit, consisting from the divider — a variable resistor 11, one end of which is connected in series with a constant resistor 12, and the midpoint through a resistor 13 and diodes 14, 15 with control electrodes of thyristors 3, 4, and the other end is connected through voltage diodes 16, 17 network.

Кроме того последовательно с нагрузкой включен низкоомный резистор 18, параллельно которому включена одна диагональ моста 19, на вторую диагональ, параллельно которой включен конденсатор 20,через ограничивающий резистор 21 нагружен светодиод оптрона 22.In addition, a low-impedance resistor 18 is connected in series with the load, parallel to which one diagonal of the bridge 19 is connected, to the second diagonal, parallel to which the capacitor 20 is connected, the optocoupler 22 LED is loaded through the limiting resistor 21.

Тиристор оптрона, соединенный последовательно со светодиодом 23, ограничиваыThe thyristor of the optocoupler, connected in series with the LED 23, are limited

ыs

fefe

0000

юYu

0000

ю соu with

ющим резистором 24 и диодом 25 включен параллельно переменному резистору 11 цепи управлени  регул тора. Конденсатор 1Ь служит длл фильтрации напр жени , поступающего на тиристор оптрона.a resistor 24 and a diode 25 are connected in parallel with the variable resistor 11 of the controller control circuit. The capacitor 1b serves to filter the voltage supplied to the optocoupler thyristor.

Нагрузка, цепь управлени , тиристоры, а также схемы защиты от перенагрузок за- пигываютс  от одного источника - напр жени  сети через предохранитель 27.The load, control circuit, thyristors, as well as overload protection circuits are ignited from one source - the mains voltage through the fuse 27.

, Устройство работает следующим образом Мост выпр мл ет напр жение самоиндукции и противоЭДС. Эти напр жени  всегда имеют противоположную пол рность Так. если напр жение самоиндукции приложено плюсом к точке В, то напр жение противоЭДС - плюсом к точке С и наоборот ., The device operates as follows. The bridge rectifies the voltage of self-induction and counter-emf. These voltages always have the opposite polarity So. if the self-induction voltage is applied plus to point B, then the counter-EMF voltage is plus to point C and vice versa.

Делитель напр жени , состо щий из резисторов 11, 12,задает потенциал в точке А в диапазоне 0-30 В и начальный ток управлени  через резистор 13, диоды 14, 15 и управл ющие электроды тиристоров. При работе ток ЭДС самоиндукции в одном полупериоде протекает по цепи от точки В через диод 8, резистор 12, резистор 13, диод Ю к точке С.The voltage divider, consisting of resistors 11, 12, sets the potential at point A in the range 0-30 V and the initial control current through the resistor 13, diodes 14, 15 and control electrodes of the thyristors. During operation, the self-induction EMF current in one half-cycle flows along the circuit from point B through diode 8, resistor 12, resistor 13, diode Yu to point C.

Падение напр жени  на резисторе 13 вычитаетс  из начального потенциала, заданного делителем в точке А .The voltage drop across the resistor 13 is subtracted from the initial potential given by the divider at point A.

Ток противоЭДС протекает по цепи от точки С через диод 9, резистор 12, резистор 13, диод 7 к точке В и тоже вычитаетс  из начальногоCurrent counter-EMF flows through the circuit from point C through diode 9, resistor 12, resistor 13, diode 7 to point B and is also subtracted from the initial

В следующий полуперкод направление тока ЭДС самоиндукции и противоЭДС мен ютс  местами.In the next half-code, the direction of the EMF current of self-induction and counter-EMF are reversed.

Ток в нагрузке переменный и протекает в одном полупериоде по цепи- точка Д, диод 5, обмотка возбуждени  1,  корь двигател  2, тиристор 4 к точке в другом полупериоде - точке Е, диод 6.  корь 2, обмотка 1, тиристор 3 к точке Д.The current in the load is alternating and flows in one half-cycle along circuit D, diode 5, field winding 1, motor core 2, thyristor 4 to a point in another half-cycle - point E, diode 6. meas. 2, winding 1, thyristor 3 to point D.

При работе напр жение противоЭДС сравниваетс  с опорным напр жением в точке А , которое в свою очередь определ етс  положением движка переменною резистора 11.In operation, the back-EMF voltage is compared with the reference voltage at point A, which in turn is determined by the position of the slider by the variable resistor 11.

Если остаточна  противоЭДС двигател  больше, чем амплитудное значе ние опорного напр жени  (т.е. если скорость вращени  превышает установленное значение), диодIf the residual back-emf of the motor is greater than the amplitude value of the reference voltage (i.e., if the rotation speed exceeds the set value), the diode

8или 9 в зависимости от полупериода заперт , тиристор не отпираетс  и напр жение на двигатель в данный полупериод не подаетс .8 or 9, depending on the half-cycle, is locked, the thyristor does not open and the voltage to the motor is not applied to this half-cycle.

Когда скорость снизитс  настолько, что противоЭДС станет меньше, чем максимальное значение опорного напр жени , диоды 8.When the speed decreases so that the back EMF becomes less than the maximum value of the reference voltage, diodes 8.

9откроютс  и на- управл ющие электроды9 open and control electrodes

тиристоров 3 4 будет подан отрицательный сигнал.thyristors 3 4 will be given a negative signal.

Наибольший угол отпирани , соответствующий наименьшей мощности, подводи- мой к нагрузке, составл ет дл  данной схемы четверть периода, поскольку наиболее поздний момент отпирани  тиристоров соответствует амплитудному значению опорного напр жени . Если нагрузка двига0The largest unlocking angle, corresponding to the lowest power supplied to the load, is a quarter of the period for this circuit, since the latest unlocking moment of the thyristors corresponds to the amplitude value of the reference voltage. If motor load 0

тел  нарастает так, что скорость и противоЭДС снижаютс , тиристоры отпираютс  с меньшей задержкой, увеличива  таким образом , подводимую мощность.the body increases so that the speed and counter-emf are reduced, the thyristors are unlocked with less delay, thus increasing the input power.

В случае малой нагрузки и установкиIn case of light load and installation

5 соответствующей малой скорости двигатель за четверть периода, в течение которого к нему подводитс  мощность, может настолько сильно увеличить свою скорость, что в дальнейшем пройдет много периодов на0 пр жени  сети, прежде чем его скорость упадет до установленного значени  и тиристоры вновь откроютс 5 of the corresponding low speed, the motor for a quarter of the period during which the power is supplied to it, can increase its speed so much that in the future there will be many periods of voltage 0 of the network before its speed drops to the set value and the thyristors open again

В результате на самых малых оборотах двигател  возникают качани  или преры5 оистое вращение, обусловленное частотой запускающих импульсов тока, что дает положительный эффект при некоторых практиче- ских применени х (например, при сверлении бетона и нарезании резьбы).As a result, swings or intermittent rotation occur at the smallest engine speeds, due to the frequency of the starting current pulses, which has a positive effect in some practical applications (e.g., drilling concrete and threading).

0При увеличении сопротивлени  Рц сначала будет увеличиватьс  частота запускающих импульсов тока, пока не сравн етс  с частотой сети.0When the resistance Rc increases, the frequency of the triggering current pulses will initially increase until it is compared with the frequency of the network.

Дальнейшее увеличение сопротивлени Further increase in resistance

5 будет уменьшать фазовый угол включени  тиристоров (си.фиг.4).5 will reduce the phase angle of thyristor switching (si. 4).

При превышении потребл емой мощности максимально допустимое падение напр жени  на резисторе 18 будет If the consumed power is exceeded, the maximum allowable voltage drop across the resistor 18 will be

0 достаточным, чтобы светодиод оптрона 22 открыл его тиристор и зашунтировал цепь управлени  регул тора, обесточив при этом нагрузку. При этом тиристор оптрона останетс  открытым до тех пор, пока регул тор0 it is sufficient that the LED of the optocoupler 22 opens its thyristor and shunts the control circuit of the regulator, while disconnecting the load. In this case, the thyristor of the optocoupler will remain open until the regulator

5 не будет отключен от сети,  вл  сь как бы элементом пам ти защиты, т.е. открытый первым импульсом, он будет удерживатьс  в открытом состо нии положительным напр жением , снимаемым с точки А и отфиль0 трованным конденсатором 26. Светодиод 23 индицирует при этом перегрузку.5 will not be disconnected from the network, as if it were an element of the protection memory, i.e. opened by the first pulse, it will be kept open by the positive voltage taken from point A and the filtered capacitor 26. The LED 23 indicates an overload.

Пример. Устройство выполнено в виде отдельной приставки дл  регулировани  частоты вращени  однофазного коллектораExample. The device is designed as a separate set-top box for controlling the rotation frequency of a single-phase collector

5 двигател  размещено в пластмассовом корпусе . Сверху регул тора выведена ручка потенциометра и светодиод, индицирующий перегрузку, а с боковой стороны - розетка дл  подключени  нагрузки (электродвигатель , или активна  нагрузка мощностью до5 engines are housed in a plastic case. A potentiometer knob and an LED indicating overload are displayed at the top of the regulator, and a socket for connecting the load (electric motor, or active load up to

2 кВт) шнур питани  с вилкой дл  включени  в сеть переменного токз и предохранитель. Внутри корпуса размещены элементы схемы- тиристоры 3. 4 Ку 202Н, диоды 5. 6 Д246А, потенциометр 11 ППЗ-41-1,5ком, посто н- .ные резисторы 12 МЛТ-1-Зком, 13 МЛТ-2- 10ком, 24-30 ом, диоды 7, 8, 9, 10 Д7, а диоды 14, 15, 16, 17,25- КД105В, резистор 21-СП5- 2-470 ом, оптрон 22 - фототиристор АОУ- 103А, конденсаторы С20-К50-16-500 мкФхЮ В, С25-К50 16-200 мкФхБО В. свето- диод23-АЛ-103Г.2 kW) power cord with plug for mains AC fuse and fuse. Inside the case there are elements of a thyristor circuit. 3.4 KU 202N, diodes 5. 6 D246A, potentiometer 11 PPZ-41-1.5kom, constant resistors 12 MLT-1-Zkom, 13 MLT-2-10kom, 24 -30 ohms, diodes 7, 8, 9, 10 D7, and diodes 14, 15, 16, 17.25-KD105V, resistor 21-СП5- 2-470 ohm, optocoupler 22 - AOT-103A photothyristor, capacitors C20-K50 -16-500 μFhU V, C25-K50 16-200 μFhBO V. LED23-AL-103G.

Данна  приставка используетс  дл  регулировани  частоты вращени  однофазного коллекторного электродвигател  (электродрели, швейной машины и т.д.) с наращиванием мощности на валу за счет изменени  величины обратной св зи по противоЭДС двигател ), а также дл  плавного регулировани  напр жени  в бытовых приборах (утюгах, электрокаминах, электропа льниках , бра, торшерах, кино-фотолампах и т.д.) мощностью до 2000 Вт с питанием от сети переменного тока напр жением 220 В частотой 50 Гц.This attachment is used to control the rotational speed of a single-phase collector motor (electric drill, sewing machine, etc.) with increasing the power on the shaft by changing the feedback value of the motor counter-emf), as well as to smoothly regulate the voltage in household appliances (irons , electric fireplaces, electric stoves, sconces, floor lamps, cinema photolamps, etc.) with a power of up to 2000 W with a power supply from an alternating current network with a voltage of 220 V at a frequency of 50 Hz.

Данна  приставка используетс  дл  регулировани  частоты напр жени  электродрели мощностью 600 Вт. При сверлении бетонной стены победитовым сверлом диа- метром 6 мм с частотой вращени  сверла 60 об/мин последнее заходило внутрь бетонной стены на глубину 40 мм за 30 с без затуплени  режущей части сверла.This set-top box is used to control the voltage frequency of an electric drill with a power of 600 watts. When drilling a concrete wall with a 6 mm diameter drill with a drill rotation speed of 60 rpm, the latter entered the concrete wall to a depth of 40 mm in 30 s without blunting the cutting part of the drill.

Авторами проводились сравнительные испытани  предложенного регул тора совместно с электродрелью со встроенным регул тором.The authors conducted comparative tests of the proposed controller in conjunction with an electric drill with an integrated controller.

Сопоставительный анализ показал, что в электродрел х со встроенным регул то- ром (например ИЭ 1036Э.01), выпускаемых отечественной промышленностью, при уменьшении числа оборотов резца снижалась мощность на валу электродвигател , что практически затрудн ет использование дрели на малых оборотах и больших нагрузках , например дл  сверлени  бетонной стены , а при больших оборотах наблюдалась быстра  посадка сверла.Comparative analysis showed that in electric drills with a built-in regulator (for example IE 1036E.01) manufactured by the domestic industry, with a decrease in the number of revolutions of the cutter, the power on the electric motor shaft decreased, which practically complicates the use of a drill at low revolutions and high loads, for example, for drilling a concrete wall, and at high revolutions a quick fit of the drill was observed.

Предложенный регул тор оборотов не имеет указанных недостатков и обеспечивает сохранение номинальной мощности на валу электродвигател  на малых оборотах при возрастании внешней нагрузки на вал.The proposed speed controller does not have these drawbacks and ensures the preservation of the rated power on the motor shaft at low speeds with increasing external load on the shaft.

Это позвол ет расширить область использовани  регул тора оборотов в различных отрасл х промышленности, в том числе и в индивидуальной трудовой де тельности, т.к. прерывистое вращение на малых оборотах при сверлении бетона разрушает его структуру, а при нарезании резьб - обламывает стружку, позвол   смазывающей жидкости пройти под резьбу, исключа  заклинивание.This allows us to expand the scope of use of the speed controller in various industries, including in individual labor activity, since intermittent rotation at low speeds when drilling concrete destroys its structure, and when cutting threads - breaks off chips, allowing lubricating fluid to pass under the thread, eliminating jamming.

Защита от перегрузок, примененна  в регул торе , эффективно срабатывает при превышении предельно допустимой мощности.Overload protection applied in the regulator works effectively when exceeding the maximum permissible power.

Claims (1)

Формула изобретени The claims Регул тор частоты вращени  дл  однофазного коллекторного электродвигател , содержащий два тиристора, катоды каждого из которых соединены соответственно с анодом и катодом первого, второго и третьего , четвертого диодов и с выводами дл  подключени  к источнику переменного напр жени , измерительный диодный мост, одна диагональ которого соединена с выво- дами дл  подключени  электродвигател , первый вывод другой диагонали через переменный резистор соединен с анодами второго и четвертого диодов, а второй вывод другой диагонали подключен к анодам п того и шестого диодов, катоды которых соединены соответственно с управл ющими электродами тиристоров, отличающий- с   тем, что, с целью расширени  диапазона регулировани  и повышени  надежности, в него введены узел защиты от перегрузки и резистивпый датчик тока, включенный между анодом первого тиристора, соединенным с катодом первого диода, и первым выводом дл  подключени  электродвигател , анод второго тиристора и катод третьего диода объединены и соединены с вторым выводом дл  подключени  электродвигател , выход резистивного датчика тока соединен с входом узла защиты от перегрузки, выход которого подключен к входу переменного резистора и через другой резистор - к второму выводу другой диагонали моста.Speed controller for a single-phase collector motor containing two thyristors, the cathodes of each of which are connected to the anode and cathode of the first, second, third, fourth diodes respectively and with leads for connecting to an AC voltage source, a measuring diode bridge, one diagonal of which is connected with outputs for connecting an electric motor, the first output of the other diagonal through a variable resistor is connected to the anodes of the second and fourth diodes, and the second output of the other diagonal is connected to the anodes of the fifth and sixth diodes, the cathodes of which are connected respectively to the control electrodes of the thyristors, characterized in that, in order to expand the regulation range and increase reliability, an overload protection unit and a resistive current sensor connected between the anode are introduced into it the first thyristor connected to the cathode of the first diode and the first terminal for connecting the electric motor, the anode of the second thyristor and the cathode of the third diode are combined and connected to the second terminal for connecting the electric motor, the output is resist vnogo current sensor connected to the input node overload, the output of which is connected to the input of the variable resistor and through another resistor - to the second terminal of the other diagonal of the bridge. 1823123 D1823123 D UiUi 5№5№ fcafca L(L ( иг2ig2 . w. w ww фиг 3fig 3 гоо; /Л goo; / L i   i r 7« V/ r 7 "V / РедакторEditor Составитель В.Букин Техред М.МоргенталCompiled by V. Bukin Tehred M. Morgenthal Г:АG: A «лс«с"Hp" with Фиг ЧFig h Корректор В.ПетрашProofreader V. Petrash