УДК 621.313 А. С. Мешков, А. С. Гудим, В.И. Суздорф

УДК 621.313
А. С. Мешков, А. С. Гудим, В.И. Суздорф
Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет
ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЙ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫЙ ИНСТРУМЕНТ
Энергосбережение стало в последние годы одним из приоритетных направлений
технической политики во всех развитых странах мира. Анализ структуры потерь в
сфере производства, распределения и потребления электроэнергии показывает, что
основная составляющая потерь (до 90%) приходится на сферу потребления. Поэтому,
актуальной
становится
задача
повышения
энергетической
эффективности
электрических устройств массового потребления, в частности электрифицированного
инструмента.
Представляемая
разработка
предназначена
для
работы
в
комплекте
с
электрифицированным ручным инструментом. Может быть как встроенным в него, так
и отдельно подключаться, являясь промежуточным звеном между сетью и
инструментом. Главным образом, устройство служит для снижения энергетических
потерь электроинструмента. Также данное устройство обеспечивает: плавный пуск
электродвигателя инструмента, возможность выбора оптимальной рабочей частоты
вращения при работе с конкретным материалом, стабилизацию частоты вращения вала
двигателя в широком диапазоне нагрузок, отключение двигателя при токовой
перегрузке.
В подавляющем большинстве случаев, в электрифицированном инструменте в
качестве исполнительного двигателя используется однофазный коллекторный электродвигатель (ОКД). При реализации регулируемого электропривода на основе ОКД возникают определённые трудности с формированием требуемых статических и динамических характеристик и, в частности, с созданием систем стабилизации скорости без
которых невозможно обеспечение функционально необходимых режимов резания, пиления, сверления, шлифования, закручивания, замешивания и многих других. Авторами
был предложен способ стабилизации скорости, в котором сигнал обратной связи представляется в виде частного от текущих значений тока и частоты вращения двигателя
при импульсном питании последнего. Для этого измеряется время спадания ЭДС самоиндукции двигателя до нуля. Это время с большой степенью точности пропорционально значению тока якоря и обратно пропорционально частоте вращения двигателя. До-
стоинством указанного метода является возможность учесть большое число возмущений, в том числе нагрев обмоток двигателя, изменение напряжения сети и т.д. Данный
способ позволяет поддерживать точность стабилизации скорости в пределах 5%. На
основе этого способа реализованы два устройства стабилизации скорости. В одном в
качестве источника питания используется полууправляемый выпрямитель, тогда как во
втором широтно-импульсный преобразователь. Данный способ стабилизации частоты
вращения защищен патентом.
Особенностью
способа
является
его
высокая
адаптируемость
к
электрифицированному инструменту при внедрении, так как нет необходимости
встраивать систему управления,- ее можно выпускать и в виде отдельного блока.
Энергосберегающий эффект достигается за счет повышения энергетического
КПД инструмента. Особенностью работы ручного инструмента является сложный
характер изменения нагрузки на валу исполнительного двигателя и времени рабочего
цикла. Для отыскания оптимального закона управления доставляющего максимум
энергетического КПД авторами разработан алгоритм, основанный на методе
динамического программирования, который обеспечивает работу привода в точке
семейства кривых пространства параметров «КПД - момент нагрузки - напряжение на
двигателе» максимального мгновенного значения КПД. Частота вращения двигателя
при этом считается постоянной и принимается равной оптимальным значениям для
конкретных операций: для сверления металла, дерева, стекла, кирпича, или для
замешивания теста, или других. Для формального описания момента нагрузки
целесообразно использовать систему функций принадлежности этого нечеткого
параметра и известную методику нечеткого логического вывода, например Мамдани.
Одним, из найденных решений, является способ модуляции в системе управления
двигателем, в котором импульсы питающего напряжения модулируются инверсно
синусоидальному сигналу. Такой закон модуляции позволит получить форму тока, при
которой снижаются потери в стали и на вихревые токи, и как следствие улучшаются
энергетические показатели.
В результате данное устройство позволяет снизить потребление электроэнергии
при работе инструмента на 20%.