Стабилизатор частоты вращения двигателя постоянного тока

СТАБИЛИЗАТОР СКОРОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА Советский патент 1969 года по МПК H02P7/28

Описание патента на изобретение SU235153A1

Изобретение относится к стабилизаторам скорости двигателя постоянного тока, в которых стабилизадия осуществляется путем синхронизации последовательности импульсов, частота которых пропорциональна скорости двигателя и последовательпости импульсов стабильиой частоты.

Стабилизаторы такого типа содержат источник стабильной частоты, коммутатор, соединяющий источник с обмоткой возбуждения двигателя, и задатчик частоты коммутации, соединяющий вход управления коммутатора с валом двигателя.

В известиых синхронизаторах формы выполиения указанных элементов исключают возможность изменения стабилизируемого значения скорости двигателя и возможность улучщения динамических характеристик системы стабилизатор — двигатель путем введения гибкой обратной связи.

Устранение этих недостатков в предлагаемом стабилизаторе обеспечивается тем, что задатчик частоты коммутаци выполнен в виде аМультИвибратора, частота на выходе которого задается значением постоянного напряжения на его входе, соединенном посредством потенциометра уставки скорости с тахогенсратором двигателя, а кол мутатор выиолнен в виде управляемого выпрямителя, вход управления которого соединен с выходом мультивибратора.

В стабилизаторе используется мультивибратор Ройера, трансформатор которого выполнен на двух сердечниках и сиабжен двумя обмотками иодмагничивания, исиользуемыми для смещения характеристики мультивибратора и для гибкой обратной связи.

На фиг. 1 показана принципиальная схема иредлагае.мого стабилизатора; на фиг. 2 — иринципиальпая схема мультивибратора, обеспечивающая возможность введения гибкой обратной связи.

Двигатель постоянного тока / (см. фиг. 1) имеет две обмотки возбуждения — гаунтовую 2 и регулировочную 3, действующие согласно. Управляемый выпрямитель 4, выполняющий функцпп коммутатора, выполнен на диодах и тиристорах. Мультивибратор о в совокупности с потеициометром 6 уставки скорости и тахогенератором 7 выполняет функции задатчика частоты коммутации. Элементы, связывающие мультивибратор 5 с выходом выпрямителя 4 и с его входом унравлепия, выполняют соогпетственно функции элементов гибкой обратной связи и элементов формирования фронта управляющих импульсов. Поскольку напряжение тахогенератора пропорционально скорости вращения двигателя, а частота мультивибратора — напряжению питания, то система тахогеператор 7 — мультивибратор 5 преобразует скорость вращения двигателя / в частоту управления выпрямителем 4.

Необходимый режим в системе устанавливается при равенстве частоты мультивибратора двойной частоте сети, питающей выпрямитель 4. При отклонении частоты управления от STOjTo значения в системе возникает переходный процесс, в результате которого скорость двигателя 1 возвращается к значению, заданному потенциометром 6.

Для улучшения динамических характеристик системы используется гибкая обратная связь, соединяющая выход вынрямителя 4 i одну из обмоток подмагничивания мультивибратора 5, выполненного в виде мультивибратора Ройера (см. фиг. 2).

1. Стабилизатор скорости двигателя постоянного тока, содержащий источник стабильной частоты, ко Ммутатор, соединяющий источник

с обмоткой возбуждения двигателя, и задатчик частоты коммутации, соединяющий вход управления коммутатора с валом двигателя, отличающийся тем, что, с целью возможности изменения стабилизируемого значения скорости, задатчик частоты коммутации выполнен в виде мультивибратора, частота на выходе которого задается значением постоянного напряжения на его входе, соединенном посредством потенциометра уставки скорости, с тахогенератором двигателя, а коммутатор выполнен в виде управляемого вынрямителя, вход управления которого соединен с выходом мультивибратора.

5 2. Стабилизатор по п. 1, отличающийся тем, что используется мультивибратор Ройера, трансформатор которого выполнен на двух сердечниках и снабжен двумя обмотками подмагниччвания, используемыми для с.мещения

характеристики мультивибратора и для гибкой обратной связи.

(частоты вращения двигателя)

1 датчик частоты вращения

2 коррекция частоты вращения

3 ограничитель частоты вращения

4 снижение частоты вращения

5 указатель частоты вращения

6 частота вращения двигателя

7 датчик частоты вращения

8 коррекция частоты вращения

9 ограничитель частоты вращения

10 снижение частоты вращения

11 указатель частоты вращения

12 бесступенчатая регулирование частоты вращения

13 регулятор частоты вращения

14 стабилизатор частоты вращения

15 motor controller

16 motor speed control

17 motor controller

18 motor speed control

19 adjustable-speed-drive motor controller

20 engine speed sensor

См. также в других словарях:

частоты вращения двигателя А, В и С — Частоты вращения двигателя в диапазоне эксплуатационных частот вращения, используемые в процессе испытаний ESC и ELR и определяемые в соответствии с дополнением 1 к приложению Д (рисунок 1). Рисунок 1. Характерные элементы испытательного цикла… … Справочник технического переводчика

частоты вращения двигателя А, B и С — 2.1.20 частоты вращения двигателя А, B и С: Частоты вращения двигателя в диапазоне эксплуатационных частот вращения, используемые в процессе испытаний ESC и ELR и определяемые в соответствии с дополнением 1 к приложению Д (рисунок 1). Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

номинальное изменение частоты вращения двигателя — Изменение частоты вращения двигателя при номинальном напряжении на его зажимах (в случае двигателя переменного тока, кроме того, при номинальной частоте тока) при следующих изменениях нагрузки: для двигателей, допускающих нулевую нагрузку, от… … Справочник технического переводчика

частота срабатывания устройства ограничения частоты вращения — nd, o Частота вращения двигателя, при которой для заданной частоты настройки происходит срабатывание ограничителя частоты вращения. Типовая кривая скорости, иллюстрирующая превышение частоты вращения двигателя Где: t время; n частота вращения… … Справочник технического переводчика

частота настройки устройства ограничения частоты вращения — nd, s Частота вращения двигателя, при которой начинает работать устройство ограничения частоты вращения. Типовая кривая скорости, иллюстрирующая превышение частоты вращения двигателя Где: t время; n частота вращения двигателя; a частота настройки … Справочник технического переводчика

частота срабатывания устройства ограничения частоты вращения — 3.2.9 частота срабатывания устройства ограничения частоты вращения nd, o: Частота вращения двигателя, при которой для заданной частоты настройки происходит срабатывание ограничителя частоты вращения (см. примечание 2 и рисунок 3). 3.2.10… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

частота настройки устройства ограничения частоты вращения — 3.2.8 частота настройки устройства ограничения частоты вращения nd, s: Частота вращения двигателя, при которой начинает работать устройство ограничения частоты вращения (см. рисунок 3). Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

электрический регулятор частоты вращения ротора двигателя авиационной силовой установки — регулятор частоты вращения [ГОСТ 22286 76] Тематики системы регулирования авиационных силовых установок Синонимы регулятор частоты вращения … Справочник технического переводчика

относительный верхний диапазон уставки частоты вращения — 3.2.15 относительный верхний диапазон уставки частоты вращения δns, up: Верхний диапазон уставки частоты вращения, выраженный в процентах номинальной частоты вращения Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

относительный нижний диапазон уставки частоты вращения — 3.2.13 относительный нижний диапазон уставки частоты вращения δns, do: Нижний диапазон уставки частоты вращения, выраженный в процентах номинальной частоты вращения Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

темп изменения уставки частоты вращения — 3.2.16 темп изменения уставки частоты вращения vn: Скорость изменения уставки частоты вращения при дистанционном управлении, выраженная в процентах относительного диапазона уставки частоты вращения в секунду Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Двунаправленный регулятор скорости двигателя постоянного тока. Схема и описание

Изменение скорости двигателя постоянного тока является фундаментальной задачей во многих устройствах, в которых используются двигатели.

В статье представлен несложный, а главное — «не микроконтроллерный» двунаправленный регулятор скорости вращения двигателя постоянного тока с использованием метода ШИМ.

В этом устройстве для установки скорости двигателя используется потенциометр. В крайних положениях двигатель работает на максимальной скорости в заданном направлении. Двигатель останавливается и тормозит, когда потенциометр находится в среднем положении.

Изменение направления вращения выполняется автоматически в зависимости от положения потенциометра. В крайних положениях сигнал ШИМ имеет 100% заполнение, что обеспечивает минимальные потери при максимальной скорости. «Нулевое» положение имеет мертвую зону, что способствует стабильной остановке двигателя.

На контроллер можно подавать напряжение в диапазоне 8 … 30 В постоянного тока, что обеспечивает совместимость с типичными двигателями постоянного тока. Максимальная допустимая нагрузка по току составляет 2 А.

Принципиальная схема регулятора скорости вращения двигателя показана на рисунке ниже.

Регулятор состоит из четырех функциональных блоков:

• ШИМ генератор (0 … 100%), управляемый напряжением — интегральная схема LTC6992-1 (DD1).
• Блок обработки управляющего сигнала на микросхеме LM324 (DA1).
• Детектор направления и логическое управление приводом двигателя на микросхеме 74HC00 (DD2).
• Драйвер двигателя с защитой — интегральная микросхема DRV8871 (DD3).

Устройство питается от стабилизатора LM317 (DA2). Схема драйвера двигателя собрана на специализированной интегральной схеме DRV8871 (DD3). Блок-схема данной микросхемы показана на следующем рисунке.

Микросхема DRV8871 содержит все компоненты, необходимые для реализации управления щеточным электродвигателем постоянного тока:

• два MOSFET полумоста с низким сопротивлением Rdson и систему измерения тока двигателя, для которой не требуются внешние компоненты
• защитную логику
• зарядовый насос для управления силовыми транзисторами,
• встроенную систему защиты от перегрузки
• тепловую защиту
• логику управления входом

Встроенный датчик тока двигателя не требует внешнего измерительного резистора, но по-прежнему можно изменить максимальный ток обмотки путем подключения соответствующего резистора к выводу Ilim, в соответствии с формулой:

Ilim = 64 / R8

В прототипе ток был установлен на уровне 2 А, что соответствует сопротивлению R8 около 33 кОм. Минимальное значение резистора составляет 15 кОм. Резистор следует подобрать в зависимости от используемого двигателя.

Направление вращения двигателя регулируется с использованием входов IN1 / IN2. Логические схемы, построенные с использованием микросхемы DD2 (74HC00), меняют способ управления на стандарт PWM/DIR. Двухцветный светодиод LED1 указывает на направление вращения и индикацию заполнения ШИМ.

Компаратор на операционном усилителе DA1.1 сравнивает напряжение с ползунка потенциометра ШИМ с опорным напряжением REF = 2,5 В, генерируя внутренний сигнал DIR, определяющий направление вращения двигателя.

Опорное напряжение является производным от напряжения питания 5 В (стабилизированный DA2) через резистивный делитель R23 / R24 и буферизуется через DA1.2.

Когда заполнение сигнала ШИМ равно 0%, двигатель останавливается, т. е. замыкается встроенными ключами к массе. Сигнал ШИМ генерируется микросхемой LTC6992-1 (DD1), блок-схема которой показана на следующем рисунке.

Данная микросхема содержит все блоки, необходимые для реализации генератора ШИМ с фиксированной частотой и регулируемым рабочим циклом. Опорная частота встроенного генератора устанавливается резистором, подключенным к входу SET (R1). Дополнительное деление частоты устанавливает делитель, подключенный к выводу DIV (R2 / R3).

Изменение напряжения на клемме MOD в диапазоне 0 … 1 В изменяет рабочий цикл в пределах 0 … 100%. В прототипе частота генератора была установлена ​​на уровне около 128 кГц, а степень деления на уровне 256, что дает тактовую частоту 500 Гц.

Управляющий сигнал генератора ШИМ вырабатывается с помощью двух дифференциальных усилителей DA1.3 / DA1.4, которые отвечают за преобразование напряжения 0 … 5 В от ползунка потенциометра ШИМ в управляющее напряжение MOD U1 в диапазоне 0 … 1 В.

Усилитель DA1.3 работает для напряжения ползунка потенциометра в диапазоне 2,5…5 В, масштабируя до диапазона 0 … 1,7 В, а DA1.4 соответственно — 0…2,5 В масштабируя до 1,7 … 0 В.

Диоды VD2 и VD3 складывают напряжение усилителей DA1.3 / DA1.4 и вводят вместе с резисторами R15, R20 небольшую мертвую зону в среднем положении потенциометра. Диоды VD4 и VD5 защищают вход MOD DD1 от превышения допустимого диапазона напряжения. Кривые напряжения в системе управления показаны на рисунке ниже.

Напряжение питания 5 В подается стабилизатором DA2 типа LM317 в своем типовом применении. Питание на регулятор подается через разъем PWR напряжением 8 … 30 В с мощностью, соответствующей используемому двигателю. Двигатель подключен к разъему DCM.

В зависимости от требуемой точности регулировки вместо обычного 9-миллиметрового потенциометра (ШИМ) можно припаять SIP-разъем и использовать внешний многооборотный потенциометр с сопротивлением 1 кОм.

Микросхему DD3 необходимо снабдить небольшим радиатором для корпуса SO8 для облегчения рассеивания тепла. Модуль, собранный из исправных компонентов, не требует наладки, но стоит проверить управляющие напряжения CTRL, DIR, PWM в зависимости от положения потенциометра.

ШИМ регулятор скорости вращения двигателя постоянного тока

Регулировать скорость вращения небольших двигателей постоянного тока очень удобно посредством широтно-импульсной модуляции — ШИМ или PWM (pulse-width modulation). Предлагаемая схема управления очень проста и собрана всего на одном распространенном и дешевом чипе LM324. Эта микросхема содержит четыре одинаковых операционных усилителя в одном корпусе. Для реализации схемы ШИМ в общем случае необходим генератор напряжения треугольной формы и компаратор. два из четырех ОУ микросхемы LM324 работают в генераторе, третий ОУ включен как компаратор. Четвёртый ОУ не используется. Никто не мешает вам использовать в этой схеме три одиночных операционных усилителя общего применения, например TL071 или один сдвоенный и один одинарный ОУ, к примеру, TL072 + TL071. В этом случае размер устройства, конечно, будет больше, чем в случае использования одно счетверенного ОУ.

Генератор напряжения треугольной формы собран на ОУ N1 и N2 по известной схеме «интегратор-компаратор». На выходе компаратора на N2 (14) формируются прямоугольные импульсы частотой около 1.6 кГц, которые по цепи обратной связи подаются на инвертирующий вход (2) интегратора, собранного на ОУ N1 через резистор R1. С выхода интегратора (1) снимается сигнал треугольной формы с той же частотой 1.6 кГц. Треугольная волна поступает на неинвертирующий вход (5) компаратора, реализованного на ОУ N3. Одновременно на инвертирующий вход N3 поступает образцовое напряжение с движка потенциометра VR1, который входит в делитель напряжения R4, R5, VR1. При указанных номиналах делителя напряжения и напряжении питания ∓12В, образцовое напряжение может принимать значения от -6 до +6 вольт, в зависимости от угла поворота оси потенциометра VR1. Компаратор N3 сравнивает треугольный сигнал на выводе 5 N3 с образцовым напряжением на выводе 6. если напряжение на выводе 5 больше напряжения на выводе 6, то на выходе N3 (7) появится высокий уровень напряжения около +12В. Когда напряжение на выводе 5 N3 станет меньше образцового на выводе 6, на выходе 7 N3 появится низкий уровень около -12В. Таким образом, при поступлении на вход 5 напряжения треугольной формы на выходе 7 будут формироваться прямоугольные импульсы с длительностью, зависящей от образцового напряжения на выводе 6 N3. Иными словами, мы сможем регулировать скважность прямоугольного сигнала на выходе N3, поворачивая движок потенциометра VR1.

Наглядно процесс показан на графике ниже. Зеленая линия — это образцовое напряжение. Прямоугольный сигнал синего цвета — это выходной сигнал компаратора.

ШИМ сигнал с выхода N3 подается га затвор MOSFET транзистора Т1. двигатель постоянного тока включен в цепь стока этого транзистора. Во время действия высокого уровня напряжения полевой транзистор открывается и подключает двигатель к источнику питания. Во время действия напряжения низкого уровня транзистор закрыт и мотор обесточен. Поскольку это происходит со сравнительно высокой частотой, средний ток, протекающий через мотор зависит от скважности (длительности) прямоугольных импульсов. поступающих на затвор транзистора. Чем больше длительность импульса, тем больше будет средний ток, проходящий через двигатель и наоборот. таким образом происходит регулировка частоты вращения мотора.

Для работы схемы требуется двухполярный источник питания напряжением ∓12В. Схема может быть модифицированна для использования с двигателями постоянного тока, рассчитанными на напряжение от 6 до 24 вольт.