Электропривод периодического движения

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к специальным электроприводам, где исполнительный орган совершает колебательные и возвратно-поступательные движения, и может быть использовано для механических испытаний кабельных изделий на многократный перегиб, в устройствах укладки длинномерных изделий при намотке их на катушки, бобины и т.п. Технический результат заключается в расширении эксплуатационных возможностей и повышении точности в работе электропривода периодического движения путем стабилизации амплитуды колебаний за счет введения обратной связи по положению ротора и регулирования частоты колебаний вала исполнительного двигателя. Для этого на роторе двигателя дополнительно установлен датчик положения, а в преобразователь частоты введены реверсивный счетчик импульсов, задатчик амплитуды, арифметико-логическое устройство и формирователь сигналов. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к специальным электроприводам, где исполнительный орган совершает колебательные и возвратно-поступательные движения, и может быть использовано для механических испытаний кабельных изделий на многократный перегиб, в устройствах укладки длинномерных изделий при намотке их на катушки, бобины и т.п.

Известен электропривод колебательного движения /1/, содержащий двухфазный электродвигатель, обмотка возбуждения которого подключена к источнику переменного тока, преобразователь частоты, выходы которого предназначены для подключения к фазам источника переменного тока соответственно, инвертор, выход которого соединен с выводами обмотки управления электродвигателя, функциональный цифроаналоговый преобразователь, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, преобразователь разности частот в код, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами преобразователя частоты, выходы которого соединены соответственно с оставшимися входами преобразователя разности частот в код и первым и вторым входами усилителя с регулируемым коэффициентом усиления.

Однако в данном устройстве отсутствует обратная связь по положению ротора, что не позволяет поддерживать амплитуду колебаний в случае непостоянной нагрузки на валу двигателя при вращении в разных направлениях.

Известно устройство для испытания гибких кабельных изделий на многократные перемотки /2/, содержащее блок управления, привод, два съемных барабана для сматывания и наматывания кабельного изделия, формирователь сигналов, реверсивный счетчик импульсов, одновибратор, цифровое устройство выборки - хранения, цифроаналоговый преобразователь, регулятор положения, устройство сравнения, выпрямитель, компаратор, амплитудный регулятор, задающий генератор и коммутатор.

Однако, хотя в данном устройстве и введена обратная связь по положению, это не позволяет стабилизировать амплитуду колебаний, т.к. при стабилизации нейтрали стабилизируется лишь разность положительной (в прямом направлении) и отрицательной (в обратном направлении) амплитуд, но не сама амплитуда колебаний.

Наиболее близким аналогом является устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме колебательного движения /3/, содержащее преобразователь частоты, подключенный входом к источнику переменного тока (сеть) и обмотке возбуждения, а выходом к обмотке управления. Преобразователь частоты содержит фазовый детектор, первый и второй делители частоты и преобразователь напряжение - частота, соединенный с входами делителей частоты, входом - с выходом фазового детектора, входы которого соединены с источником переменного тока и выходом первого делителя частоты, а выход второго делителя частоты соединен с управляющим входом инвертора.

Недостатками данного устройства являются невозможность поддержания амплитуды колебаний ротора, отсутствие регулирования амплитуды колебаний.

Предлагаемое изобретение направлено на расширение эксплуатационных возможностей и повышение точности в работе электропривода периодического движения путем поддержания заданной амплитуды колебаний.

Это достигается тем, что в преобразователь частоты дополнительно введены датчик положения, формирователь сигналов, реверсивный счетчик импульсов (РСИ), задатчик амплитуды, арифметико-логическое устройство (АЛУ).

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - график зависимости значения амплитуды колебаний вала χ_m от частоты колебаний Ω_o. Устройство содержит асинхронный двигатель 1 с обмоткой возбуждения 2, подключенной к источнику переменного тока 10, и обмоткой управления 3, подключенной к преобразователю частоты 4, содержащему фазовый детектор 5, первый вход которого соединен с обмоткой возбуждения 2, второй вход - с выходом первого делителя частоты 6, соединенного входом с входом второго делителя частоты 7 и выходом преобразователя 8 напряжение - частота, подключенного входом к выходу фазового детектора 5. Инвертор 9 подключен входом к выходу второго делителя частоты 7, а выходом к обмотке управления 3. На роторе двигателя дополнительно установлен датчик положения 11, а в преобразователь частоты введены формирователь сигналов 12, подключенный входом к выходу датчика положения 11, выходом к счетному входу РСИ 13, управляющим выходом к управляющему входу РСИ 13 и АЛУ 15. АЛУ 15 подключен входами к выходу РСИ 13 и задатчику амплитуды 14, а выходом к входу делителя частоты 6 с регулируемым коэффициентом деления.

Устройство работает следующим образом.

Разночастотное запитывание обмоток 2 и 3 от сети и преобразователя частоты вызывает колебательный режим работы электродвигателя 1. Частота колебаний вала двигателя Ω_o равна разности частот напряжений, питающих обмотки двигателя Ω_o= 2π(f_c-f_y) (1) где f_с - частота напряжения питающей сети; f_у - частота напряжения обмотки управления определяется по формуле f_у = f_cn₁/n₂, (2) где n₁ - регулируемый коэффициент деления; n₂ - постоянный коэффициент деления.

Управление производится за счет изменения коэффициента n₁ n₁= (1-Ω_o/2πf_c)·n₂ (3) В процессе колебаний, с датчика положения 11, расположенного на валу исполнительного двигателя, импульсные сигналы поступают в формирователь сигналов 12, вырабатывающий сигналы для счетчика 13, а также импульсы в моменты изменения направления вращения вала двигателя , где величина ζ - частота вращения двигателя, а

Эти импульсы поступают в АЛУ 15 и являются сигналом к вычислению значения поправки частоты колебаний. Реверсивный счетчик импульсов 13 ведет непрерывный счет импульсов и формирует на выходе параллельный двоичный код, соответствующий амплитуде колебаний.

Амплитуда установившихся колебаний вала электродвигателя зависит от частоты колебаний согласно закону /4/
, (5)
где χ - амплитуда колебаний;
F_m - амплитуда электромагнитного усилия;
ε - внешнее демпфирование;
ρ_o - позиционное нагрузочное усилие;
T_o - относительная постоянная времени.

При отсутствии внешнего демпфирования и позиционного нагрузочного усилия ε = ρ_o= 0 закон принимает вид /4/
χ = F_m/Ω²_oT²_o (6)
Таким образом, амплитуда колебаний обратно пропорциональна второй степени частоты колебаний. Эта характеристика имеет вид, приведенный на фиг 2. Исходя из значений заданной χ_з и текущей χ_д амплитуды колебаний, АЛУ 15 регулирует замкнутый электропривод периодического движения, за счет введения корректировки частоты колебаний ΔΩ = Ω_д-Ω_з, дважды за период. Для этого определяется величина коэффициента деления n₁ по формуле

где Δχ = χ_з-χ_д - сигнал рассогласования амплитуды колебаний.

В результате АД передает исполнительному механизму вращательно-колебательное движение в заданных пределах перемещения, поддерживая постоянную амплитуду колебаний.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет осуществить стабилизацию амплитуды колебаний за счет введения обратной связи по положению ротора путем регулирования частоты колебаний вала исполнительного двигателя. Отрицательный характер обратной связи по положению определяет стремление системы уменьшить рассогласование между заданной и текущей амплитудой, тем самым стабилизировать амплитуду при ее изменениях, вызванных, например, изменением нагрузки или иными возмущениями. Это позволяет с большой точностью регулировать и обеспечивать заданный угол поворота АД, а значит и угол изгиба кабельного изделия в установках испытаний на изгиб, а также обеспечить заданную ширину укладки длинномерных изделий при намотке их на катушки, бобины и т.п.

Кроме того, заявляемое устройство позволяет расширить эксплуатационные возможности устройства, с большой точностью и в широком диапазоне регулировать угол перегиба кабельного изделия, что позволит приблизить условия испытаний к эксплуатационным условиям, тем самым повысить достоверность испытания, и, кроме того, делает универсальным укладчик длинномерных изделий, поскольку появляется возможность формирования любых типоразмеров технологических бобин скрепляющих нитей кабеля. Существует возможность реализации электропривода на базе микроконтроллеров, что позволяет организовать программное управление в промышленных сетях.

Список источников информации.

1. AC N 2028026. Электропривод колебательного движения. / Аристов А.В., Тимофеев А.А., Шумар С.В.

2. AC N 1779949. Электропривод колебательного движения. / С.А. Ткалич, В.Д. Шиянов, Л.А. Бахмутова.

3. AC N 1453577. Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме колебательного движения. / А.В. Аристов, С.А. Ткалич, В.Д. Шиянов.

4. Луковников В.И. Электропривод колебательного движения. М.: Энергоатомиздат, 1984 г.

Формула изобретения

Электропривод периодического движения, содержащий двухфазный асинхронный двигатель с обмоткой возбуждения, подключенной к источнику переменного тока, и обмоткой управления, подключенной к преобразователю частоты, включающий в себя инвертор, фазовый детектор, первый и второй делители частоты и преобразователь напряжение - частота, соединенный выходом с входами делителей частоты, входом - с выходом фазового детектора, входы которого соединены с источником переменного тока и выходом первого делителя частоты, а выход второго делителя частоты соединен с управляющим входом инвертора, отличающийся тем, что на роторе двигателя дополнительно установлен датчик положения, а в преобразователь частоты введены реверсивный счетчик импульсов, задатчик амплитуды, арифметико-логическое устройство, и формирователь сигналов, вырабатывающий сигнал для счетчика и формирующий импульсы в моменты изменения направления вращения вала двигателя, подключенный входом к выходу датчика положения, выходом к счетному входу реверсивного счетчика импульсов, управляющим выходом к управляющему входу реверсивного счетчика импульсов и арифметико-логического устройства, которое исходя из заданного и текущего значения амплитуды колебаний корректирует частоту колебаний дважды за период, для чего определяет коэффициент давления первого делителя частоты, арифметико-логическое устройство подключено входами к выходу реверсивного счетчика импульсов и задатчику амплитуды, а выходом к входу установки коэффициента деления первого делителя частоты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2