Устройство релейного управления вибрационным инструментом

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к автоматизированному электроприводу постоянного тока, предназначена для управления вибрационным инструментом, который содержит электродвигатель постоянного тока.
Известно устройство для релейного регулирования тока электродвигателя постоянного тока, содержащее тиристорный преобразователь в цепи питания электродвигателя, обратный диод, источник питания, датчик якорного тока, формирователь пилообразного напряжения, компаратор, три RS-триггера, шесть элементов И-НЕ, три элемента ИЛИ-НЕ, пять формирователей импульсов, генератор прямоугольных импульсов, два усилителя импульсов, задатчик эталонного напряжения (А.С. СССР № SU 1403320 A1, МПК4 H02P 5/175, опубл. 15.06.88, БИ №22).
Недостатком указанного устройства является переменная частота регулирования.
Также известно устройство - релейно-импульсный регулятор тока тягового электродвигателя постоянного тока, содержащий в цепи питания тягового электродвигателя тиристорный преобразователь, обратный диод, датчик тока, семь формирователей импульсов, три элемента ИЛИ-НЕ, семь элементов И-НЕ, два компаратора, четыре RS-триггера, формирователь пилообразного напряжения, генератор импульсов, задатчик напряжения (А.С. СССР № SU 1614966 A1, МПК5 B60L 15/04, опубл. 23.12.90, БИ №47).
К недостаткам указанного устройства относятся большая статическая ошибка регулирования, возможность возникновения субгармонических и хаотических колебаний, приводящих к увеличению пульсаций тока электродвигателя и вероятности отказа силового электрооборудования.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является устройство управления дебалансным вибровозбудителем, содержащее электродвигатель постоянного тока, датчик тока, усилитель сигнала рассогласования, генератор импульсов, задатчик опорного напряжения, добавлен блок управления, выполненный на базе ШИМ-2 по двузонному принципу, каждая зона которого снабжена формирователем пилообразного напряжения, компаратором, RS-триггером, полупроводниковым ключом и диодом (Патент  на изобретение, RU 2579456 С1, МПК H02P 7/29, опубл. 10.04.2016, Бюл. №10).
Недостатком указанного устройства является возможность возникновения субгармонических и хаотических колебаний при больших значениях коэффициента усиления, приводящих к увеличению пульсаций тока электродвигателя и снижению точности регулирования.
Технической задачей является повышение точности регулирования и снижение пульсаций тока якоря за счет реализации скользящего релейного регулирования, при котором колебания тока якоря происходят в пределах гистерезиса релейного элемента.
Техническая задача решается тем, что в известное устройство, содержащее электродвигатель постоянного тока, вал которого соединен с вибрационным инструментом, датчик тока, обратный диод , полупроводниковый ключ, добавляется блок управления, выполненный на базе релейной системы, содержащей задатчик тока якоря , релейный элемент с гистерезисом, усилитель управляющих импульсов , причем выходы задатчика тока якоря  подключены к первому и второму входам релейного элемента с гистерезисом , а третий вход последнего соединен с выходом датчика тока, выход релейного элемента  через усилитель импульсов  подключен к входу полупроводникового ключа.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена функциональная схема устройства релейного управления вибрационным инструментом, на фиг.2 приведены диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.
На фиг.1 и 2 обозначено:  - напряжение питания электродвигателя 1;  - сигнал с выхода датчика тока 3;  - выходной сигнал релейного элемента 7;  - ток якоря электродвигателя;  и  - опорные сигналы, формируемые задатчиком тока якоря 6; ,  - соответственно верхний и нижний уровни уставки тока якоря, где  – гистерезис релейного элемента 7,  - чувствительность датчика тока 3.
Релейное устройство управления вибрационным инструментом содержит электродвигатель постоянного тока 1, подключенный к электрической сети, жестко соединенный с вибрационным инструментом 2 [Волкова Л.Ю., Лупехина И.В., Пановко Г.Я., Яцун С.Ф. Исследование динамики вибрационного инструмента при его взаимодействии с обрабатываемой средой // Машиностроение и инженерное образование. 2010. №4(25). С.43-52], датчик тока 3, обратный диод 4, полупроводниковый ключ 5, задатчик тока якоря 6, релейный элемент с гистерезисом 7, усилитель управляющих импульсов 8, причем выходы задатчика тока якоря 6 подключены к первому и второму входам релейного элемента с гистерезисом 7, а третий вход последнего соединен с выходом датчика тока 3, выход релейного элемента 7 через усилитель импульсов 8 подключен к входу полупроводникового ключа 5.
На фиг.2 приведены диаграммы, поясняющие принцип работы устройства. Устройство работает следующим образом: задатчик тока якоря 6 формирует два опорных сигнала  и , пропорциональных верхнему  и нижнему  уровням уставки тока якоря: , , соответственно, где  – гистерезис релейного элемента 7,  - чувствительность датчика тока 3. На первый и второй входы релейного элемента 7 подаются опорные сигналы , а на третий вход – сигнал обратной связи  с выхода датчика тока 3. Величина выходного сигнала датчика тока пропорциональна текущему значению измеряемого тока якоря: .
1
2
При пуске электродвигателя 1 полупроводниковый ключ 5 открыт и ток якоря электродвигателя 1 возрастает под контролем датчика тока 3. Когда сигнал  датчика тока 3 в момент времени t достигает величины , что соответствует , на выходе релейного элемента 7 устанавливается состояние, равное логическому «0». Выходной сигнал  релейного элемента 7 через усилитель импульсов 8 поступает на управляющий вход полупроводникового ключа 5. Полупроводниковый ключ 5 запирается и ток якоря , замыкаясь через обратный диод, снижается под контролем датчика тока 3. В момент времени t, когда сигнал  датчика тока 3 достигает нижнего порога  при , релейный элемент 7 переключается в состояние логической «1». Выходной сигнал  релейного элемента 7 через усилитель импульсов 8 поступает на управляющий вход полупроводникового ключа 5.  Полупроводниковый ключ 5 открывается, ток якоря  начинает возрастать до момента сравнения сигнала датчика тока  с опорным сигналом  и полупроводниковый ключ 5 вновь запирается когда . Далее описанный процесс повторяется.
За счет реализации скользящего релейного регулирования, при котором колебания тока якоря происходят в пределах гистерезиса релейного элемента достигается повышение точности регулирования и снижение пульсаций тока якоря.