Регулятор швидкості обертів двигуна змінного струму

Реферат: UA 96924 U UA 96924 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Заявлене рішення є семісторним регулятором змінного струму, належить до електротехніки і може бути використаним для плавного регулювання: потужності нагрівачів, освітлення освітлювальних пристроїв, вихідної напруги випрямлячів для живлення електрохімічного обладнання, швидкості обертання двигунів у швейних машинках, електричних дрилях і в іншому схожому обладнанні. Сучасні тенденції розвитку схожих регуляторів диктують підвищені вимоги до таких їхніх показників, як: дуже плавне регулювання вихідної напруги, простота управління регулятором, надійність і довговічність елементів електричної схеми, широкий діапазон регулювання і інші показники, які поліпшують характеристики регулятора. Для прикладу, на цей час відомі: тиристорний перетворювач напруги (а. с. № 2246748 С1, патент РФ, МПК 7G05F5/02, тиристорный преобразователь напряжения, В.В. Пешков, номер заявки № 2003123724/0, заявл. 31.07.2003, опубл. 20.02.2005) і пристрій імпульсно-фазового управління (а.с. №2160957, патент РФ, МПК Н02М1/08, Н02М1/06, устройство импульснофазового управления, И.И. Ушаков, А.М. Кузьмичев, номер заявки № 99102346/09, заявл. 08.02.1999, опубл. 20.12.2000). До тиристорного перетворювача напруги, представленого першим, входять: інтегратор випрямленої напруги, ключ розрядки конденсатора, компаратор, формувач імпульсів управління тиристором і джерело напруги управління. Використання в електричній схемі малої кількості функціональних блоків призводить до невеликих затрат на виготовлення, простоти в налагоджуванні і здешевлення регулятора. Судячи з опису роботи регулятора, він задовольняє тим характеристикам, які заклали його розробники в електричну схему - лінійна залежність між напругою управління і вихідною напругою. Розглянувши функціональну схему регулятора, можна зробити такі висновки: а) добиваючись лінійної залежності між напругою управління і вихідною напругою, розробники звузили діапазон регулювання напруги через використання інтегратора випрямленої напруги, схема якого, сама по собі, має вузькі межі регулювання і, до того ж, на виході формує косинусоїдальну випрямлену напругу, яка дозволяє регулятору працювати тільки на вузьких ділянках косинусоїди; б) для розширення діапазону регулювання регулятора, розробники пропонують використати в схемі ключа мікроконтактне реле, а в схемі інтегратора - високоякісний операційний підсилювач. Але використання контактних реле знижує надійність схеми і скорочує час виробітку її, а використання високоякісних підсилювачів здорожчує регулятор; в) в регуляторі розробники використали метод вертикального імпульсно-фазового управління [1] тиристорами і семісторами. В цьому методі імпульс управління симістором формується в момент порівняння: в цьому випадку, косинусоїдальної напруги, яка подається на один із входів компаратора з виходу інтегратора, з напругою управління, яка подається на другий вхід компаратора з джерела напруги управління. При цьому всяке спотворення форми напруги косинусоїди, яке має місце в неідеальній схемі інтегратора, призводить до погіршення роботи регулятора. Цей недолік можна подолати, якщо в регуляторі використати не косинусоїду, а пилкоподібну або трикутну форму напруги, але тоді не буде досягнуто лінійної залежності між напругою управління і вихідною напругою. Це протиріччя призводить до нестійкої роботи регулятора і, загалом, до погіршення якості перехідних процесів. Найбільш близьким за сукупністю ознак і технічним результатом до заявленого рішення є пристрій імпульсно-фазового управління, представлений другим. До нього входять: фільтр, два компаратори, генератор опорної напруги, підсилювач, ключ, формувач імпульсів управління, два вихідні ключі управління тиристорами чи семісторами. Вихідні ключі пристрою імпульснофазового управління виробляють за формою такі ж імпульси управління семісторами, що й вузол управління семістором заявленого рішення. Електрична схема пристрою імпульснофазового управління трохи складніша за схему тиристорного перетворювача напруги, яка представлена першою, але у виготовленні теж нескладна і проста в налагоджуванні. Якщо звернути увагу на опис роботи пристрою, то цей пристрій також задовольняє тим характеристикам, які, в його роботу, заклали розробники - спрощення схеми пристрою, зниження ціни на виготовлення і підвищення надійності. Робота електричної схеми пристрою дає можливість зробити деякі висновки: а) порівнюючи пристрій серії ЕПУ 1М, який виробляє промисловість РФ і на який послались розробники, з тим пристроєм, який вони заявили, можна зробити висновок, що складність електричної схеми змінилась незначною мірою (майже не змінилась), бо одні елементи замінені на другі. Також не змінилась надійність - основа схеми залишилась та ж. Ціна теж не змінилась; б) метод вертикального імпульсно-фазового управління [1] тиристорами, який використано в 1 UA 96924 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 пристрої, дає можливість зробити той же висновок, що й для тиристорного перетворювача напруги, який представлено в першому прикладі, - вузький діапазон регулювання, що звужує технічні і технологічні можливості використання пристрою. Цей пристрій імпульсно-фазового управління за кількістю загальних ознак прийнятий за прототип. В основу заявленого рішення поставлено задачу на створення такої електричної схеми регулятора, яка б: а) підвищувала довговічність поєднуваного навантаження: нагрівачів, освітлювального обладнання, двигунів і таке інше; б) мала широкий діапазон регулювання; в) мала дуже плавне регулювання; г) мала просте і зрозуміле управління; а також мала інші показники, які поліпшують характеристики регулятора. Ця задача була вирішена з використанням в електричній схемі регулятора надійної, довговічної, високочастотної, мало споживчої (від джерел живлення) і більш досконалої цифрової елементної бази. До того ж, в електричній схемі регулятора використано, як більш досконалий, цифровий метод управління [1] семісторами. Також, Поставлена задача вирішена й тим, що регулятор швидкості обертів двигуна змінного струму, відповідно до заявленого рішення, містить вузол трансформатора, вузол випрямляча, вузол синхронізації, вузол генератора, вузол задання цифри, вузол цифрового перетворення, вузол управління семістором, вузол семістора, двигун змінного струму, де всі вузли регулятора живляться напругою з вузла випрямляча, другі входи вузла генератора і вузла задання цифри під'єднані до кнопок управління "Швидше" і "Повільніше", інші входи вузла цифрового перетворення і вузла управління симістором під'єднані до виходів вузла синхронізації і вузла генератора. Порівнюючи характеристики відомих регуляторів із заявленим, можна зробити такий висновок: а) в порівнянні з регулятором першого прикладу, у заявленого відсутні інтегратор, порівнювач і формувач імпульсів, тому й відсутні всі недоліки регулятора першого прикладу; б) в порівнянні з пристроєм другого прикладу, у заявленого відсутні фільтр, компаратори, генератор опорної напруги, підсилювач, ключ і формувач імпульсів, тому в заявленому регуляторі теж відсутні всі недоліки пристрою другого прикладу. Зважаючи на те, що регулятор першого прикладу і пристрій другого прикладу були розроблені ще в той час, коли промисловість не випускала досконалих мікросхем управління і розміри тих радіоелементів були значно більшими, то й габарити регулятора першого і пристрій другого прикладів значно більші, ніж у заявленого регулятора. Наявність перечислених ознак дозволяє зробити висновок про новизну технічного рішення. При порівнянні заявленого регулятора з регулятором першого і пристроєм другого прикладів в цій області техніки є сукупність ознак, які вирізняють заявлений регулятор. Таким чином, заявлений регулятор має нове рішення, може випускатись промисловістю і бути використаним у промисловості. Суть заявленого рішення пояснюється принципово відмінною електричною схемою регулювання за блок-схемою, яка показана на фіг. 1. Блок-схема має такі вузли: вузол трансформатора 1, вузол випрямляча 2, вузол синхронізації 3 вузол генератора 4, вузол задання цифри 5, вузол цифрового перетворення 6, вузол управління семістором 7, вузол семістора 8, двигун змінного струму 9. Регулятор швидкості обертів двигуна змінного струму, скорочено регулятор, працює таким чином: з вмиканням тумблера "Мережа" напруга з мережі 220 В подається на вузол трансформатора 1. З вторинної обмотки трансформатора напруга подається на вузол випрямляча 2. З вузла випрямляча 2 випрямлена напруга подається на всі вузли регулятора. В момент подачі напруги на всі вузли регулятора спрацьовує схема обнулення у вузлі задання цифри 5, яка обнулює лічильник цього вузла в початковий нульовий стан. Після цього обнуления двигун змінного струму залишається вимкнутим і не обертається, а регулятор постає в стан готовності до праці з ним. Якщо натискати кнопку "Повільніше", вона не буде спрацьовувати, бо двигун і так вимкнено. Якщо натискати кнопку "Швидше", вона спрацює, увімкнеться двигун. Він почне повільно і плавно обертатись. Чим довше тримати кнопку "Швидше" натиснутою, тим швидше буде обертатись двигун - аж до максимальної його швидкості. При відпусканні кнопки "Швидше" швидкість обертання двигуна зафіксується на зазначеному рівні. Кнопка "Повільніше" спрацює тільки при обертанні двигуна. Якщо двигун обертається, то, при натиснутій кнопці "Повільніше", він буде повільно і плавно зменшувати свої оберти. Чим довше тримати кнопку "Повільніше" натиснутою, тим повільніше буде обертатись 2 UA 96924 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 двигун - аж до повної його зупинки. В момент обертання двигуна, відпускання кнопки "Повільніше" зафіксує швидкість обертання його на зазначеному рівні. Така робота двигуна з кнопками пояснюється функціональною схемою таким чином: при натисканні кнопки "Швидше" напруга живлення з вузла випрямляча 2, через контакти кнопки, подається на дозвільний вхід генератора вузла генератора 4. Генератор починає виробляти імпульси, які подаються на підрахунковий вхід лічильника вузла задавання цифри 5. Також, напруга живлення, через контакти кнопки "Швидше", подається на вхід прямого і зворотного підрахунку імпульсів того ж лічильника вузла задання цифри 5 і лічильник починає прямий підрахунок імпульсів. Якщо кнопка відпущена, лічильник перестає рахувати імпульси блокується робота вузла генератора 4. Лічильник запам'ятовує підраховану кількість імпульсів генератора. З пам'яті інформація передається на паралельні виходи цього ж лічильника вузла задання цифри 5. З паралельних виходів інформація в двійковому (цифровому) коді подається на паралельні входи запису інформації лічильника вузла цифрового перетворення 6. На дозвільний вхід запису інформації лічильника, цього вузла, подаються короткі синхроімпульси з вузла синхронізації 3. В момент подачі, кожний наступний синхроімпульс стирає кожну попередньо записану інформацію на паралельних входах цього ж лічильника і дозволяє записати ту ж, або нову подальшу інформацію, яка постійно подається на паралельні входи лічильника вузла цифрового перетворення 6. На підрахунковий вхід цього лічильника подаються імпульси з другого виходу вузла генератора 4 і підраховуються ним. В якийсь момент підрахунку, певна кількість імпульсів збігається з записаною інформацією в пам'яті лічильника на паралельних входах і на виході переносу цього лічильника вузла цифрового перетворення 6 виробляється одиночний імпульс збігу цих двох цифр. Такий процес - стирання наступним синхроімпульсом попередньої інформації, записаної з паралельних входів попереднім синхроімпульсом, і запис в пам'ять лічильника наступної інформації, потім підрахунок імпульсів генератора до його збігу з записаною наступною інформацією і, через цей збіг, вироблення на виході переносу лічильника одиночного імпульсу збігу двох цифр повторюється постійно, поки увімкнено регулятор і натиснута або відпущена кнопка "Швидше". При відпущеній кнопці "Швидше" лічильник вузла задавання цифри 5 тримає в пам'яті підраховану кількість імпульсів і цей підрахунок не зміниться доти, поки не буде натиснута будьяка кнопка. Через це, на виході переносу лічильника вузла цифрового перетворення 6 виробляється одиночний імпульс збігу двох цифр - підрахованої кількості імпульсів лічильника вузла задання цифри 5 і підрахованої кількості імпульсів лічильника вузла цифрового перетворення 6. Цей імпульс збігу знаходиться на незмінній відстані в часі від попереднього синхроімпульсу і подальшого. Тому швидкість двигуна залишається незмінною. Якщо кнопку "Швидше" натиснути знову, то, до записаної в пам'ять лічильника вузла задавання цифри 5 кількості імпульсів, додаються подальші імпульси з вузла генератора 4, підраховуються, записуються в пам'ять і передаються на паралельні виходи цього лічильника. Оновлена інформація з цих виходів подається на паралельні входи лічильника вузла цифрового перетворення б, порівнюється з підрахованою цим лічильником кількістю імпульсів з вузла генератора 4 і, тому, на виході переносу цього лічильника, виробляється одиночний імпульс збігу цих цифр зміщений у часі від попереднього і подальшого синхроімпульсів. Семістор вузла семістора 8 відкривається і напруга з мережі 220 В на двигуні підвищується. Двигун починає обертатись швидше. Якщо кнопку "Швидше" не відпускати, то, в результаті описаних вище процесів, лічильник вузла 5 заповниться до максимальної цифри, а на виході переносу лічильника вузла 6 імпульс збігу буде зміщений у часі на найбільшу відстань від попереднього синхроімпульсу і найменшу відстань до подальшого. Семістор відкривається повністю. На двигун подається вся напруга з мережі і він обертається з максимальною швидкістю. Відпускання і натискання в цей час кнопки "Швидше" вже не впливає на оберти двигуна. При натисканні кнопки "Повільніше" напруга живлення з вузла випрямляча 2, через контакти кнопки, подається на дозвільний вхід вузла генератора 4. З генератора вироблені імпульси подаються на підрахунковий вхід лічильника вузла задання цифри 5. Також, напруга живлення, через контакти кнопки "Повільніше", подається на вхід прямого і зворотного підрахунку імпульсів цього ж лічильника тільки з від'ємним значенням і лічильник починає зворотний підрахунок імпульсів. Таким чином, від раніше записаної кількості імпульсів йде їх віднімання. Таке віднімання призводить, в результаті описаних вище процесів, до вироблення на виході переносу лічильника вузла цифрового перетворення 6 одиночного імпульсу збігу двох цифр, який зміщується у часі на відстань ближчу до попереднього синхроімпульсу і дальшу від подальшого. Симістор, при цьому, плавно і повільно вимикається, а швидкість двигуна, від максимальної, плавно і повільно зменшується до повної його зупинки. При відпусканні кнопки "Повільніше", поки двигун ще обертається, в лічильнику вузла задавання цифри 5 залишається 3 UA 96924 U 5 10 15 20 25 30 35 в пам'яті підрахована кількість імпульсів і цей підрахунок не змінюється доти, поки не буде натиснута будь-яка кнопка. Через описані вище процеси, одиночний імпульс збігу двох цифр, який виробляє лічильник вузла цифрового перетворення 6 на своєму виході переносу, знаходиться на незмінній відстані в часі від попереднього і подальшого синхроімпульсів. Семістор залишається увімкненим на фіксованому рівні, а двигун обертається з фіксованою незмінною швидкістю. Такі ж процеси, які описані вище з кнопкою "Швидше", відбуваються і з повторним натисканням кнопки "Повільніше". Тільки, при цьому йде віднімання імпульсів в лічильниках вузлів 5 і 6 від підрахованих і запам'ятованих раніше, а, в результаті, через описані вище процеси, одиночний імпульс збігу двох цифр зміщується в часі на відстань ближчу до попереднього синхроімпульсу і дальшу до подальшого. Це призводить до зупинки двигуна. Вузол управління семістором 7 працює таким чином: на один з трьох входів (заповнювальний вхід) вузла постійно подаються імпульси з другого виходу (вихід високочастотних імпульсів) вузла генератора 4. На другий вхід (вхід запуску) вузла подаються короткі синхроімпульси з вузла синхронізації 3, які є імпульсами дозволу на пропускання імпульсів з вузла генератора 4. Імпульси вузла генератора 4 заповнюють імпульс дозволу, фронт підйому якого починається з моменту запуску схеми вузла управління семістором 7 синхроімпульсами з вузла синхронізації 3, а фронт спаду якого завершується моментом повернення цієї схеми вузла 7 в попередній стан одиночними імпульсами збігу двох цифр, які виробляються на виході переносу лічильника вузла цифрового перетворення 6 і подаються на третій вхід (відновлювальний вхід) вузла управління семістором 7. Така синхронізована серія імпульсів з виходу вузла управління семістором 7 подається на базу транзистора вузла семістора 8, до емітера якого під'єднано трансформатор гальванічної розв'язки. З вторинної обмотки трансформатора синхронізована серія імпульсів подається на електрод управління симістором вузла симістора 8. Напруга з мережі 220 В подається на двигун змінного струму 9 через р-n-р-n переходи симістора вузла симістора 8. Вузол синхронізації 3 з випрямленої незгладженої напівсинусоїди виробляє короткі (в часі) синхроімпульси, які збігаються з фазою переходу синусоїдальної напруги змінного струму мережі 220 В через електричний нуль, і подає їх на вхід вузла генератора 4, вузла цифрового перетворення 6 і вузла управління симістором 7. Вузол генератора 4, після подачі на нього дозвільної напруги, виробляє: низькочастотні імпульси, що подаються на підрахунковий вхід лічильника вузла задавання цифри 5, і високочастотні -, що подаються на підрахунковий вхід лічильника вузла цифрового перетворення 6 і на заповнювальний вхід вузла управління семістором 7. Джерела інформації: 1. Преобразовательная техника. В.С. Руденко, В.И. Сенько, И.М. Чиженко, г. Киев "Вища школа" 1978 г., стор. 121-127. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 55 Регулятор швидкості обертів двигуна змінного струму, що містить вузол трансформатора, вузол випрямляча, вузол семістора, двигун змінного струму, один контакт якого під'єднано довиходу вузла семістора, а другий - до мережі 220 В, який відрізняється тим, що в регулятор швидкості обертів двигуна змінного струму введені послідовно під'єднані: незгладженим виходом вузла випрямляча до входу формування синхроімпульсів вузла синхронізації, виходом сформованих синхроімпульсів вузла синхронізації до входу синхронізації вузла генератора, виходом низькочастотних імпульсів вузла генератора до підрахункового входу лічильника вузла задання цифри, паралельними виходами лічильника вузла задання цифри до паралельних входів лічильника вузла цифрового перетворення, виходом переносу лічильника вузла цифрового перетворення до відновлювального входу вузла управління семістором, виходом вузла управління семістором до входу вузла семістора; при цьому вихід вузла синхронізації також під'єднано до входу запису лічильника вузла цифрового перетворення і до входу запуску вузла управління семістором, вихід високочастотних імпульсів вузла генератора під'єднано до підрахункового входу лічильника вузла цифрового перетворення і до заповнювального входу вузла управління семістором, одні контакти кнопок "Швидше" і "Повільніше" під'єднані до напруги живлення вузла випрямляча, другий контакт кнопки "Швидше" під'єднано до дозвільного входу вузла генератора і до входу прямого і зворотного підрахунку імпульсів лічильника вузла задання цифри, другий контакт кнопки "Повільніше" під'єднано до дозвільного входу вузла генератора. 4 UA 96924 U Комп’ютерна верстка М. Шамоніна Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5