устройство для управления коллекторным двигателем

Формула изобретения

Устройство для управления коллекторным двигателем, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого через двоичный делитель частоты соединен с информационным входом мультиплексора, выходом подключенный к счетному входу счетчика, выход которого подключен к управляющему входу мультиплексора и входу установки начального состояния генератора линейно изменяющегося сигнала, другой вход которого является входом устройства, а выход подключен через элемент сравнения к формирователю выходных импульсов, выход которого является выходом устройства, при этом вход асинхронной установки начального состояния счетчика соединен с выходом блока сброса при включении питания, вход которого соединен с шиной питания, отличающееся тем, что устройство снабжено блоком управления счетом, счетчик снабжен входом прямого/обратного счета, который соединен с одним выходом блока управления счетом, другой выход подключен к управляющему входу мультиплексора, а входы блока управления счетом предназначены для подключения через каналы обратной связи к двигателю.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для обеспечения плавного пуска и стабилизации скорости вращения коллекторного электродвигателя устройств бытового и промышленного назначения.

Известно устройство для регулирования частоты вращения для универсального электродвигателя (а.с. СССР №1686684, МПК Н02Р 5/16, опубл. 23.10.1991, бюл. №39), содержащее двухполупериодный мост, подключенный к источнику питания и двигателю, и блок управления, выделяющий противоЭДС с помощью измерительного моста. Недостатком устройства является использование значительного количества силовых дискретных элементов, что не позволяет реализовать данное устройство в интегральном исполнении.

Известно устройство (а.с. СССР №1330723, МПК Н02Р 5/00, опубл. 15.08.1987, бюл. №30), содержащее цепь обратной связи, соединенную с двигателем, источник питания, блок управления, соединенный с вентилем, регулирующим скорость вращения двигателя, а также суммирующий интегратор, подключенный к цепи обратной связи. Недостатком данного устройства является сложность реализации блока управления и суммирующего интегратора в интегральном исполнении. В определенной мере недостатком также является то, что сигналы обратной связи обрабатываются в аналоговой форме, что повышает помехоустойчивость схемы.

Наиболее близким по составу и сущности к заявляемому является устройство для плавного пуска однофазного коллекторного двигателя (патент РФ №2246789, МПК Н02Р 1/24, Н02М 1/08, опубл. 20.02.2005, бюл. №5). Данное устройство содержит генератор тактовых импульсов, делитель частоты, мультиплексор, устройство сброса при включении питания и последовательно соединенные генератор синхронизирующих импульсов, генератор линейно изменяющегося сигнала, элемент сравнения, формирователь импульсов. Блок сброса при включении питания подключен к входу асинхронной установки в начальное состояние счетчика. При этом выход счетчика подключен к входу установки начального состояния генератора линейно изменяющегося сигнала и к управляющему входу мультиплексора. Выход генератора тактовых импульсов соединен с входом делителя частоты, выход которого соединен с информационным входом мультиплексора, выход которого подключен к счетному входу счетчика. Недостатком данного устройства является невозможность стабилизации скорости вращения коллекторного двигателя.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является расширение функциональных возможностей устройства и возможность реализации его в интегральном исполнении.

Поставленная задача решается тем, что устройство для управления коллекторным двигателем, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого через двоичный делитель частоты соединен с информационным входом мультиплексора, выходом подключенный к счетному входу счетчика, выход которого подключен к управляющему входу мультиплексора и входу установки начального состояния генератора линейно изменяющегося сигнала, другой вход которого является входом устройства, а выход подключен через элемент сравнения к формирователю выходных импульсов, выход которого является выходом устройства, при этом вход асинхронной установки начального состояния счетчика соединен с выходом блока сброса при включении питания, вход которого соединен с шиной питания, дополнительно снабжено блоком управления счетом, счетчик снабжен входом прямого/обратного счета, который соединен с одним выходом блока управления счетом, другой выход которого подключен к управляющему входу мультиплексора, а входы блока управления счетом предназначены для подключения через каналы обратной связи к двигателю.

Введение блока управления счетом обеспечит не только плавный пуск, но и стабилизацию скорости вращения коллекторного двигателя, тем самым обеспечивается расширение функциональных возможностей устройства и возможность реализации его в интегральном исполнении.

На фиг.1 представлена схема устройства для управления коллекторным двигателем,

на фиг.2 - диаграммы работы предлагаемого устройства,

на фиг.3 - вариант выполнения схемы блока управления счетом,

на фиг.4 - диаграмма работы блока управления счетом.

Устройство для управления коллекторным двигателем содержит генератор 1 тактовых импульсов (фиг.1), двоичный делитель 2 частоты, мультиплексор 3, счетчик 4, блок 5 сброса при включении питания, генератор 6 линейно изменяющегося сигнала, элемент 7 сравнения, формирователь 8 выходных импульсов, блок 9 управления счетом. Генератор 6 линейно изменяющегося сигнала, элемент 7 сравнения и формирователь 8 выходных импульсов соединены последовательно. При этом вход записи начального состояния генератора 6 линейно изменяющегося сигнала предназначен для подключения к источнику сигналов, синхронизированных с моментами перехода сетевого напряжения через ноль, т.е. является входом устройства. Выход формирователя 8 выходных импульсов является выходом устройства. Выход генератора 1 тактовых импульсов соединен с двоичным делителем 2 частоты. Выходы делителя 2 частоты подключены к информационным входам D мультиплексора 3, выход которого соединен со счетным входом счетчика 4. Вход асинхронной установки начального состояния счетчика 4 соединен с выходом блока 5 сброса при включении питания. Выходы счетчика 4 соединены с входами установки начального состояния генератора 6 линейно изменяющегося сигнала. Входы блока 9 управления счетом подключены через каналы обратной связи к обмотке возбуждения и якорю двигателя, один выход соединен с входом прямого/обратного счета счетчика 4, а другой выход соединен с одним из управляющих входов V мультиплексора 3.

Генератор 6 линейно изменяющегося сигнала может быть выполнен на счетчике, имеющем входы установки начального состояния. Блок 5 сброса при включении питания может быть выполнен на дифференцирующей RC цепочке. Блок 9 управления счетом может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг.3. Он содержит два компаратора, одни входы которых соединены и подключены к источнику опорного напряжения, а вторые входы служат для подключения к каналам обратной связи, и шесть логических элементов 12-17.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Аналоговые сигналы (кривые 1, 2 на фиг.4а, б) из каналов обратной связи двигателя поступают на входы блока 9 управления счетом. На примере выполнения блока управления счетом (фиг.3) можно представить работу данного блока. Компараторы 10, 11 блока 9 управления счетом преобразуют одну из полуволн данных сигналов в цифровые сигналы обратной связи (кривые 3, 4 на фиг.4а, б), длительность которых зависит от амплитуды, формы, длительности аналоговых сигналов обратной связи. Далее на логических элементах 12-17 происходит сравнение цифровых сигналов обратной связи и выдаются два сигнала: сигнал "прямой/обратный счет" (фиг.4в) и сигнал "запрет счета" (фиг.4г), которые поступают на соответствующие входы счетчика 4 и мультиплексора 3. При этом уровень логической 1 сигнала "прямой/обратный счет" соответствует счету счетчика 4 в прямом направлении, уровень логического 0 - в обратном направлении. Уровень логической 1 сигнала "запрет счета" запрещает выдачу на выход мультиплексора 3 и счетный вход счетчика 4 одной из частот, что соответствует запрету счета.

В режиме плавного пуска электродвигателя устройство работает по следующему принципу. Сигнал с генератора 1 тактовых импульсов поступает на двоичный делитель 2 частоты, в котором, например, последовательным делением частоты на 2 формируется ряд сигналов, поступающих на информационные входы мультиплексора 3. Один из этих информационных входов в зависимости от кода, поступающего на управляющие входы мультиплексора 3 с выходов счетчика 4, коммутируется мультиплексором 3 на его выход и, соответственно, на счетный вход счетчика 4. При включении источника питания устройства блок 5 сброса при включении питания выдает импульс сброса разрядов счетчика 4 в уровень логического 0, соответствующий началу плавного пуска коллекторного двигателя. После сброса разрядов счетчика 4 на его счетный вход поступает через мультиплексор 3 один из сигналов с входа двоичного делителя 2 частоты. До момента достижения электроинструментом заданных холостых оборотов длительность одного из сигналов обратной связи значительно превышает длительность другого, при этом блок 9 управления счетом выдает сигнал логической 1 на вход прямого/обратного счета счетчика 4. Изменение состояния счетчика 4 в процессе плавного пуска вызывает изменение коммутации мультиплексора 3 и, соответственно, частоты сигнала на счетном входе счетчика 4. Таким образом, зависимость частоты сигнала на счетном входе счетчика 4 от его состояния обуславливает нелинейное (кусочно-линейное) изменение кода на выходе счетчика 4 (фиг.2а, кривая 1). Данный код, поступая на входы установки начального состояния генератора 6 линейно изменяющегося сигнала, заносится в него в момент прихода импульса синхронизации перехода сетевого напряжения через ноль на входную шину и соответственно на вход записи начального состояния генератора 6 линейно изменяющегося сигнала (фиг.2б). С выхода генератора 6 линейно изменяющегося сигнала (фиг.2а, кривая 2) сигналы поступают на входы элемента 7 сравнения, который в момент совпадения входного кода с максимальным значением выдает управляющий единичный сигнал, приведенный на фиг.2в. Сигнал на выходе элемента 7 сравнения через формирователь 8 импульсов может управлять, например, симистором, включенным последовательно в цепь питания коллекторного двигателя. В результате постепенное изменение выходного кода счетчика 4 приводит к тому, что время, за которое генератор 6 линейно изменяющегося сигнала достигает определенного состояния, сокращается. При этом сокращается фазовый сдвиг между импульсом перехода сетевого напряжения через ноль (фиг.2б) и управляющим импульсом на выходе формирователя 8 импульсов (фиг.2в). Таким образом, происходит увеличение состояния счетчика 4 до кода, соответствующего холостым оборотам электродвигателя. В данном состоянии цифровые сигналы обратной связи на выходах компараторов 10, 11 блока 9 управления счетом имеют одинаковую длительность, что соответствует определенной скорости оборотов двигателя.

После завершения плавного пуска устройство работает в режиме стабилизации скорости вращения электродвигателя. При появлении в момент времени t₁ (фиг.2) нагрузки на валу двигателя изменяются сигналы обратной связи (сначала увеличивается длительность цифрового сигнала обратной связи в канале, подключенном к якорю двигателя). Это приводит к тому, что устройство будет стремиться выровнять длительность цифровых сигналов обратной связи за счет повышения напряжения на двигателе (сокращения фазового сдвига между импульсом перехода сетевого напряжения через ноль и управляющим импульсом на выходе). Для этого увеличится длительность сигнала "прямой счет" и соответственно увеличится выходной код счетчика 4. Данному увеличению соответствует линейно возрастающий участок t ₁-t₂ кривой 1 (фиг.2а). Состояние счетчика 4 будет удерживаться на постоянном уровне при условии неизменности нагрузки на валу двигателя (участок t ₁-t₃ на кривой 1, фиг.2а). При исчезновении нагрузки в момент времени t₃ снова изменяется форма сигналов обратной связи, чему соответствует снижение длительности цифровых сигналов обратной связи и уменьшение выходного кода счетчика 4 (линейно убывающий участок кривой 1 на фиг.2а).

Таким образом, в устройстве происходит непрерывное сравнение длительности цифровых сигналов обратной связи, которые зависят от нагрузки на валу двигателя, и обеспечивается фазоимпульсное управление при пуске и стабилизации скорости вращения коллекторного двигателя. Использование в предлагаемом устройстве для управления коллекторным двигателем только цифровых элементов позволит реализовать его в интегральном исполнении.