Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании приводов силовых механизмов с регулируемым прерывистым перемещением в технологических линиях подачи заготовок и в системах испытания, контроля и управления. Техническим результатом является расширение эксплуатационных возможностей устройства для управления двухфазным асинхронным двигателем за счет формирования пульсирующего режима работы асинхронного двигателя. Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения содержит источник переменного тока, задающий генератор, амплитудный модулятор, два фазовых звена, выпрямитель, модулятор и инвертор. Выход инвертора соединен с обмоткой управления двухфазного асинхронного двигателя, обмотка возбуждения которого подключена к источнику переменного тока. Модулятор соединен первым своим входом с выходом амплитудного модулятора, а вторым входом - с выходом выпрямителя. Вход выпрямителя связан с выходом второго фазового звена, соединенного своим входом с выходом задающего генератора. Фазовое звено подключено своими входами к источнику переменного тока, а выходом - к первому входу амплитудного модулятора. Второй вход амплитудного модулятора соединен с выходом задающего генератора. Выход модулятора соединен с входом инвертора. 3 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к колебательным электроприводам переменного тока с пульсирующим законом движения, и может быть использовано при создании приводов силовых механизмов с регулируемым прерывистым перемещением в технологических линиях подачи заготовок, а также в системах испытания, контроля и управления.

Известно устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме прерывистого движения, содержащее источник переменного тока, задающий генератор, амплитудный модулятор, компаратор, фазовое звено, модулятор и инвертор, выход которого соединен с обмоткой управления двухфазного асинхронного двигателя, обмотка возбуждения которого подключена к источнику переменного тока, модулятор, соединенный первым входом с выходом амплитудного модулятора, а вторым - с выходом компаратора, выход задающего генератора соединен с входом компаратора и со вторым входом амплитудного модулятора, первый вход которого соединен с выходом фазового звена, подключенного своим входом к источнику переменного тока, выход модулятора соединен с входом инвертора [Патент РФ №97882, МПК H02P 8/00 (2006.1), H02P 8/20 (2006.1)].

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Однако данное устройство не позволяет формировать пульсирующий режим работы исполнительного двигателя.

Задачей изобретения является расширение эксплуатационных возможностей устройства для управления двухфазным асинхронным двигателем, работающим в режиме прерывистого движения путем формирования пульсирующего режима работы с регулируемыми выходными параметрами движения.

Поставленную задачу достигают тем, что устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения, так же как и в прототипе, содержит источник переменного тока, задающий генератор, амплитудный модулятор, фазовое звено, модулятор и инвертор, выход которого соединен с обмоткой управления двухфазного асинхронного двигателя, обмотка возбуждения которого подключена к источнику переменного тока, модулятор, соединенный первым входом с выходом амплитудного модулятора, выход задающего генератора соединен со вторым входом амплитудного модулятора, первый вход которого соединен с выходом фазового звена, подключенного своим входом к источнику переменного тока, выход модулятора соединен с входом инвертора.

В отличие от прототипа вход второго фазового звена соединен с выходом задающего генератора, а выход соединен с входом выпрямителя, выход которого подключен ко второму входу модулятора.

Таким образом, подключение входа второго фазового звена к выходу задающего генератора, а его выхода к - входу выпрямителя, выход которого подключен ко второму входу модулятора, позволяет создать режим пульсирующего движения, расширить эксплуатационные возможности устройства, обеспечив регулирование амплитуды и частоты пульсаций подвижного элемента асинхронного двигателя.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения.

На фиг.2 представлены временные диаграммы работы устройства.

На фиг.3 представлены временные диаграммы изменения момента, скорости и координаты подвижного элемента асинхронного двигателя.

Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения (фиг.1) содержит асинхронный двигатель 1 с обмоткой возбуждения 2 и управления 3, первое фазовое звено 4 (ФЗ1), задающий генератор 5 (ЗГ), амплитудный модулятор 6 (AM), второе фазовое звено 7 (ФЗ2), модулятор 8 (МД), инвертор напряжения 9 (ИН), источник переменного тока 10 (ИПТ) и выпрямитель 11 (В).

Обмотка возбуждения 2 асинхронного двигателя 1 снабжена клеммами и подключена к источнику переменного тока 10 (ИПТ) частоты f. Амплитудный модулятор 6 (AM) подключен своим первым входом к первому фазовому звену 4 (ФЗ1), а вторым входом - к выходу задающего генератора 5 (ЗГ). Вход фазового звена 4 (ФЗ1) соединен с выходом источника переменного тока 10 (ИПТ). Выход амплитудного модулятора 6 (AM) соединен с первым входом модулятора 8 (МД), второй вход которого соединен с выходом выпрямителя 11 (В). Вход выпрямителя 11 (В) соединен с выходом второго фазового звена 7 (ФЗ2), вход которого подключен к выходу задающего генератора 5 (ЗГ). Вход инвертора напряжения 9 (ИН) соединен с выходом модулятора 8 (МД), а выход - с обмоткой управления 3 асинхронного двигателя 1.

При технической реализации макетного образца заявляемого устройства амплитудный модулятор 6 (AM) и модулятор 8 (МД) были выполнены на аналоговом перемножителе 572 ПС2. Задающий генератор 5 (ЗГ) реализован на операционных усилителях серии 140 УД8. Выпрямитель 11 (В) выполнен по однополупериодной схеме на полупроводниковых диодах и транзисторном ключе КТ315, переключающем полярность выходного напряжения. Фазовые звенья 4 (ФЗ1) и 7 (ФЗ2) выполнены на базе операционного усилителя 140УД8. В качестве инвертора напряжения 9 (ИН) использовали мостовой инвертор с транзисторными ключами.

Устройство работает следующим образом. Обмотка возбуждения 2 асинхронного двигателя 1 подключена непосредственно к клеммам источника переменного тока 10 (ИПТ) (сети) частоты f (фиг.2),

U₁₀=U_msin(ωt+α),

где U_m - амплитудное значение напряжения сети;

ω=2πf - круговая частота питающей сети;

α - начальная фаза напряжения сети;

t - текущее значение времени.

С задающего генератора 5 (ЗГ) синусоидальное напряжение частоты пульсаций f_п

U₅=U_m5sin(Ωt),

где U_m5 - амплитудное значение напряжения задающего генератора;

Ω=2πf_п - круговая частота задающего генератора,

поступает на второй вход амплитудного модулятора 6 (AM) и на вход второго фазового звена 7 (ФЗ2), где оно сдвигается по фазе на угол 3π/2

U₇=k₇U_m5sin(Ωt+3π/2)=-k₇U_m5cosΩt,

где k₇ - коэффициент передачи фазового звена.

С выхода второго фазового звена 7 (ФЗ2) напряжение поступает на однополупериодный выпрямитель 11 (В), где оно преобразуется в однополярное напряжение (фиг.2), знак которого определяется опорным напряжением

где k₁₁ - коэффициент передачи выпрямителя.

С выхода выпрямителя 11 (В) сформированное напряжение поступает на второй вход модулятора 8 (АД), на первый вход которого поступает напряжение с выхода амплитудного модулятора 6 (AM).

Фазовое звено 4 (ФЗ1) сдвигает напряжение источника переменного тока 10 (ИПТ) по фазе на π/2 и подает его на первый вход амплитудного модулятора 6 (AM). В результате взаимодействия напряжений, поступающих с выхода фазового звена 4 (ФЗ1) и задающего генератора 5 (ЗГ), на выходе амплитудного модулятора 6 (AM) формируется напряжение (фиг.2)

U₆=k₆k₄U_mcos(ωt+α)sin(Ωt),

где k₆ - коэффициент передачи амплитудного модулятора;

k₄ - коэффициент передачи фазового звена 4 (ФЗ1).

Выходное напряжение амплитудного модулятора поступает на первый вход модулятора 8 (МД) и перемножается с напряжением, поступающим с выхода выпрямителя 11 (В). Сформированное на выходе модулятора 8 (МД) напряжение (фиг.2)

где k₈ - коэффициент передачи модулятора,

усиливают по мощности инвертором напряжения 9 (ИН) и подают на обмотку управления 3 асинхронного двигателя 1.

В результате в воздушном зазоре асинхронного двигателя формируют знакопеременное в течение полупериода частоты задающего генератора 5 (ЗГ) электромагнитное поле, результирующий вектор потокосцепления которого изменяется по закону

где k₉ - коэффициент передачи инвертора;

k = k₄k₆k₇k₈U_mU_m5,

и подвижный элемент асинхронного двигателя 1 совершает пульсирующие движения с частотой f_п.

На фиг.3 представлены временные диаграммы, иллюстрирующие согласно заявляемому устройству законы изменения момента M(t) скорости ξ(t) и координаты χ(f) подвижного элемента асинхронного двигателя 1.

Регулирование выходных параметров, а именно частоты пульсаций, осуществляют за счет изменения частоты задающего генератора 5 (ЗГ), а амплитуды момента, скорости или координаты - за счет регулирования коэффициента передачи инвертора k₉. Изменение направления движения осуществляется за счет изменения знака выходного напряжения, снимаемого с выпрямителя 11 (В).

Заявляемое устройство обладает высокой координатной точностью, так как стабильность регулируемой частоты выходных параметров f_п не зависит от девиации частоты питающей сети ω, а определяется лишь стабильностью по частоте задающего генератора 5 (ЗГ).

Кроме того, так как прерывание питания по обмотке управления 3 осуществляется в течение полупериода частоты задающего генератора 5 (ЗГ) по гармоническому закону, то в спектре выходных характеристик заявляемого устройства отсутствуют высокочастотные составляющие, вызванные гармониками, присущими в случае импульсного прерывания.

Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения, содержащее источник переменного тока, задающий генератор, амплитудный модулятор, фазовое звено, модулятор и инвертор, выход которого соединен с обмоткой управления двухфазного асинхронного двигателя, обмотка возбуждения которого подключена к источнику переменного тока, при этом модулятор соединен первым входом с выходом амплитудного модулятора, выход задающего генератора соединен со вторым входом амплитудного модулятора, первый вход которого соединен с выходом фазового звена, подключенного своим входом к источнику переменного тока, выход модулятора соединен с входом инвертора, отличающееся тем, что вход второго фазового звена подключен к выходу задающего генератора, а выход соединен с входом выпрямителя, выход которого подключен ко второму входу модулятора.