Вентильный электропривод колебательного движения



Вентильный электропривод колебательного движения
Вентильный электропривод колебательного движения
Вентильный электропривод колебательного движения
Вентильный электропривод колебательного движения
Вентильный электропривод колебательного движения
Вентильный электропривод колебательного движения
Вентильный электропривод колебательного движения
H02P25/02 - Управление или регулирование электрических двигателей, генераторов, электромашинных преобразователей; управление трансформаторами, реакторами или дроссельными катушками (конструкции пусковых аппаратов, тормозов или других управляющих устройств см. в соответствующих подклассах, например механические тормоза F16D, механические регуляторы скорости G05D; переменные резисторы H01C; пусковые переключатели H01H; системы для регулирования электрических или магнитных переменных величин с использованием трансформаторов, реакторов или дроссельных катушек G05F; устройства, конструктивно связанные с электрическими двигателями, генераторами, электромашинными преобразователями, трансформаторами, реакторами или дроссельными катушками, см. в соответствующих подклассах, например H01F,H02K; соединение или управление

Владельцы патента RU 2636806:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электроприводам переменного тока периодического движения, и может быть использовано при создании вибрационных электроприводов сканирования, техники измерения, контроля и управления, для перемешивания сыпучих, пастообразных и жидких веществ, а также в автоматизированных электроприводах механизмов с колебательным движением рабочего органа. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей электропривода колебательного движения и улучшение его энергетических показателей. Вентильный электропривод колебательного движения содержит двухфазный электродвигатель, источник переменного тока и инвертор напряжения, выход которого подключен к одной статорной обмотки двигателя. Другая статорная обмотка вентильного двигателя подключена к выходу фильтра низкой частоты, который соединен своим входом с выходом выпрямителя, вход которого подключен к источнику переменного тока. Вход инвертора напряжения подключен к выходу фазовращателя, первый вход которого соединен с выходом задающего генератора, а второй вход - с выходом сумматора. Первый вход сумматора соединен с выходом функционального преобразователя. Второй вход сумматора подключен к задатчику сдвига нейтрали. Вход функционального преобразователя соединен с выходом преобразователя частота-напряжение, вход которого подключен к выходу задающего генератора. Расширение функциональных возможностей достигается за счет регулирования положения нейтрали колебаний в заданном частотном диапазоне колебаний, а улучшение его энергетических показателей - за счет использования в качестве исполнительной машины в электроприводе вентильного двигателя. 2 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводам переменного тока периодического движения, и может быть использовано при создании вибрационных электроприводов сканирования, техники измерения, контроля и управления для перемешивания сыпучих, пастообразных и жидких веществ, а также в автоматизированных электроприводах механизмов с колебательным движением рабочего органа.

Известен электропривод колебательного движения [RU 2028026 С1, МПК 6 Н02Р 7/62, опубл. 27.01.1995], содержащий двухфазный электродвигатель, обмотка возбуждения которого имеет зажимы для подключения к источнику переменного тока, преобразователь частоты, входы которого предназначены для подключения к фазам источника переменного тока соответственно, инвертор, выход которого соединен с выводами обмотки управления электродвигателя, преобразователь разности частоты в код, соединенный первым входом с источником переменного тока, а вторым - с выходом преобразователя частоты. Выход преобразователь разности частоты в код подключен к входу функционального цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с управляющим входом усилителя с регулируемым коэффициентом усиления. Вход усилителя с регулируемым коэффициентом усиления подключен к выходу преобразователя частоты, а выход - к входу инвертора. Этот электропривод выбран в качестве прототипа.

Такой электропривод колебательного движения предназначен для компенсации ухода геометрической нейтрали колебаний при пуске или регулировании частоты колебаний, а не для ее регулирования в зависимости от требований технологического процесса. Двухфазный электродвигатель имеет при колебательном движении низкий КПД и работает при токах, значения которых соответствуют пусковым токам, что вызывает существенное нагревание обмоток двухфазного электродвигателя и, как следствие, приводит к большим тепловым потерям и снижению общего КПД электропривода колебательного движения.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей электропривода колебательного движения и улучшение его энергетических показателей.

Предложенный вентильный электропривод колебательного движения, так же как в прототипе, содержит двухфазный электродвигатель, источник переменного тока и инвертор напряжения, выход которого подключен к одной статорной обмотки двигателя.

Согласно изобретению в вентильный электропривод введены вентильный двигатель, выпрямитель, фильтр низкой частоты, задающий генератор, фазовращатель, сумматор, задатчик сдвига нейтрали колебания, преобразователь частота-напряжение и функциональный преобразователь. Другая статорная обмотка вентильного двигателя подключена к выходу фильтра низкой частоты, который соединен своим входом с выходом выпрямителя, вход которого подключен к источнику переменного тока. Вход инвертора напряжения подключен к выходу фазовращателя, первый вход которого соединен с выходом задающего генератора, а второй вход - с выходом сумматора. Первый вход сумматора соединен с выходом функционального преобразователя. Второй вход сумматора подключен к задатчику сдвига нейтрали. Вход функционального преобразователя соединен с выходом преобразователя частота-напряжение, вход которого подключен к выходу задающего генератора.

Использование вентильного двигателя, выпрямителя, фильтра низкой частоты, задающего генератора, сумматора, фазовращателя, преобразователя частота-напряжение и задатчика сдвига нейтрали позволяет обеспечить регулирование смещения нейтрали колебаний. Благодаря тому что вентильный двигатель работает в режиме вынужденных колебаний при номинальных значениях токов обмоток статора, обеспечиваются высокие энергетические показатели двигателя и, следовательно, электропривода в целом.

На фиг. 1 представлена блок-схема вентильного электропривода колебательного движения.

На фиг. 2 представлены временные диаграммы изменения координаты χ(t) подвижного элемента вентильного двигателя, где а) - при различных заданиях смещения нейтрали χ0 колебаний χ(t)=ƒ(U11) при Ω=const, б) - при различной частоте колебаний подвижного элемента двигателя χ(ƒ)=ƒ(Ω) при χ0=const, предложенного вентильного электропривода.

Вентильный электропривод колебательного движения (фиг. 1) состоит из вентильного двигателя 1 со статорными обмотками 2 и 3, источника переменного тока 4 (ИПТ) частоты ω, выпрямителя 5 (В), фильтра низкой частоты 6 (ФНЧ), задающего генератора частоты колебаний 7 (ЗГ), сумматора 8 (СМ), фазовращателя 9 (ФВР), инвертора напряжения 10 (ИН), задатчика сдвига нейтрали 11 (ЗС), преобразователя частота-напряжение 12 (ПЧН) и функционального преобразователя 13 (ФП).

Статорная обмотка 2 вентильного двигателя 1 подключена к выходу фильтра низкой частоты 6 (ФНЧ), а статорная обмотка 3 - к выходу инвертора напряжения 10 (ИН), вход которого соединен с выходом фазовращателя 9 (ФВР). Первый вход фазовращателя 9 (ФВР) соединен с выходом задающего генератора частоты колебаний 7 (ЗГ), а второй - с выходом сумматора 8 (СМ). Первый вход сумматора 8 (СМ) подключен к выходу функционального преобразователя 13, а второй вход связан с выходом задатчика сдвига нейтрали 11 (ЗС). Вход функционального преобразователя 13 (ФП) соединен с выходным преобразователя частота-напряжение 12 (ПЧН), вход которого связан с выходом задающего генератора частоты колебаний 7 (ЗГ). Вход фильтра низкой частоты 6 (ФНЧ) подключен к выходу выпрямителя 5 (В), вход которого соединен с источником переменного тока 4 (ИПТ).

При технической реализации макетного образца заявляемого устройства задающий генератор частоты колебаний 7 (ЗГ) и сумматор 8 (СМ) реализованы на операционных усилителях серии 140 УД8. Задатчик сдвига нейтрали 11 (ЗС) выполнен по схеме прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения на основе стабилизатора компенсационного типа, обладающего малым коэффициентом пульсаций и высокой температурной стабильностью. Фазовращатель 9 (ФВР) реализован по схеме фазоопережающего звена на операционном усилителе К140УД6 с электронной перестройкой на транзисторе КП305Ж. Преобразователь частота-напряжение 12 (ПЧН) выполнен в виде частотного демодулятора на основе микросхемы КР1108ПП1. Функциональный преобразователь 13 (ФП) собран по схеме логарифмического усилителя на операционном усилителе К140УД8. Выпрямитель 5 (В) выполнен по двухполупериодной схеме выпрямления на полупроводниковых диодах. Фильтр низкой частоты 6 (ФНЧ) выполнен по схеме Г-образного LC фильтра. В качестве инвертора напряжения 10 (ИН) использовался мостовой инвертор с транзисторными ключами.

Вентильный электропривод колебательного движения работает следующим образом. Напряжение с выхода источника переменного тока 4 (ИПТ) частоты ω

U4=Um1sin(ω⋅t),

где Um1 - амплитуда напряжения источника переменного тока 4 (ИПТ) частоты ω;

t - текущее значение времени,

поступает на вход двухполупериодного выпрямителя 5 (В), где оно сначала выпрямляется

а затем, после сглаживания пульсаций на фильтре низкой частоты 6 (ФНЧ)

U6=k6U5,

где k6 - коэффициент передачи фильтра,

запитывает статорную обмотку 2 двухфазного вентильного двигателя 1.

Одновременно напряжение с выхода задающего генератора частоты колебаний 7 (ЗГ)

U7=Um2sin(Ω⋅t+α),

где Um2 - амплитуда выходного напряжения задающего генератора 7 (ЗГ);

Ω - частота выходного напряжения задающего генератора;

α - начальная фаза напряжения,

поступает на первый вход фазовращателя 9 (ФВР) и на вход преобразователя частота-напряжение 12 (ПЧН).

С выхода преобразователя частота-напряжение 12 (ПЧН) снимается постоянное напряжение, пропорциональное по величине частоте задающего генератора 7 (ЗГ)

U12=k12Ω,

где k12 - коэффициент передачи преобразователя частота-напряжение 12 (ПЧН).

Это напряжение поступает на вход функционального преобразователя 13 (ФП), где преобразуется в напряжение постоянного тока с функциональной зависимостью

где k13 - коэффициент передачи функционального преобразователя.

Сформированное таким образом напряжение с выхода функционального преобразователя 13 (ФП) поступает на первый вход сумматора 8 (СМ), на второй вход которого поступает постоянное напряжение U11 с выхода задатчика сдвига нейтрали 11 (ЗС). В результате на выходе сумматора 8 (СМ) формируется напряжение

которое поступает на второй управляющий вход фазовращателя 9 (ФВР).

Фазовращатель 9 (ФВР) осуществляет сдвиг начальной фазы напряжения α, поступающего с выхода задающего генератора 7 (ЗГ) в соответствии с алгоритмом

Напряжение с выхода фазовращателя 9 (ФВР)

U9=k9Um2sin[Ω⋅t+α(Ω)],

где k9 - коэффициент передачи фазовращателя 9 (ФВР),

поступает на управляющий вход инвертора напряжения 10 (ИН).

Инвертор напряжения 10 (ИН) усиливает входной сигнал по мощности и запитывает статорную обмотку 3 вентильного двигателя 1 напряжением

Ul0=k10k9Um2sin[Ω⋅t+α(Ω)],

где k10 - коэффициент передачи инвертора напряжения 10 (ИН).

В результате взаимодействия напряжений U6 и U10 в воздушном зазоре двигателя создается качающееся электромагнитное поле и подвижный элемент вентильного двигателя начинает совершать колебательное движение. Подбором коэффициента k13 при условии U11=0 устанавливают начальное смещение нейтрали колебания для самой низкой частоты колебаний Ω.

В процессе работы регулирование смещения нейтрали колебания осуществляется за счет изменения напряжения, снимаемого с задатчика сдвига нейтрали 11 (ЗС), которое согласно заданному алгоритму α(Ω) не зависит от частоты колебаний подвижного элемента вентильного двигателя.

На фиг. 2 представлены временные диаграммы, иллюстрирующие, согласно предложенному устройству, закон изменения координаты χ(t) подвижного элемента вентильного двигателя 1 при различных заданиях а) - смещения нейтрали колебаний χ(t)=ƒ(U11) при Ω=const, б) - частоты колебаний подвижного элемента двигателя χ(t)=ƒ(Ω) при χ0=const.

Так как значения фазных токов вентильного двигателя в установившемся режиме колебаний не превышают своих номинальных значений, то такой привод обладает более высокими энергетическими показателями по сравнению с электроприводом колебательного движения, выполненного на базе асинхронного двигателя, где последний работает при токах равных пусковым.

Точность задания и поддержания частоты колебаний Ω определяются стабильностью задающего генератора частоты колебаний 7 (ЗГ). Регулирование амплитуды колебаний χm осуществляется за счет изменения амплитуды выходного напряжения инвертора напряжения 10 (ИН).

Вентильный электропривод колебательного движения, содержащий двухфазный электродвигатель, источник переменного тока и инвертор напряжения, выход которого подключен к одной статорной обмотки двигателя, отличающийся тем, что другая статорная обмотка вентильного двигателя подключена к выходу фильтра низкой частоты, который соединен своим входом с выходом выпрямителя, вход которого подключен к источнику переменного тока, вход инвертора напряжения подключен к выходу фазовращателя, первый вход которого соединен с выходом задающего генератора, а второй вход - с выходом сумматора, первый вход которого соединен с выходом функционального преобразователя, второй вход сумматора подключен к задатчику сдвига нейтрали, вход функционального преобразователя соединен с выходом преобразователя частота-напряжение, вход которого подключен к выходу задающего генератора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в частотно регулируемых электроприводах (ЧРЭП) в промышленности, бытовой технике и электротранспорте для регулирования числа оборотов асинхронных (однофазных, трехфазных) электродвигателей.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электромагнитным моментом трехфазной синхронной машины с постоянными магнитами.

Привод клапана включает в себя приводной вал для регулирования при эксплуатации клапана между открытым положением и закрытым положением, индукционный двигатель переменного тока для приведения в действие приводного вала, бесконтактный датчик положения, выполненный с возможностью выдачи при эксплуатации сигнала, представляющего угловое положение приводного вала или клапана, и контроллер, выполненный с возможностью управления двигателем переменного тока в соответствии с сигналом, выдаваемым датчиком положения.

Предложен многофазный электрический двигатель, который содержит ротор и статор. Ротор содержит ряд магнитов, ориентированных в направлении статора, содержащего, в свою очередь, множество фазных обмоток, ориентированных в направлении магнитов.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления двигательной системой, включающей в себя: преобразователь (13) энергии, сглаживающий конденсатор (12), трехфазный AC двигатель (14) и датчик (14v, 14w) тока.

Изобретение относится к устройству управления транспортным средством. Технический результат – улучшение пусковых свойств.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании вибрационных электроприводов для перемешивания сыпучих, пастообразных и жидких веществ, в автоматизированных электроприводах механизмов с колебательным движением рабочего органа, вибрационных установках в горной промышленности, строительстве, машиностроении или сельском хозяйстве.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании электропривода с трехфазным двигателем, питаемыми от многоуровневого инвертора на управляемых полупроводниковых приборах (УПП) (транзисторах или запираемых тиристорах), шунтированных «обратными» диодами.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления преобразователем электроэнергии трехфазного электродвигателя переменного тока.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в управляемом электроприводе, в том числе с ограниченным углом поворота с нагружением, содержащим компоненту типа «сухого» трения.

Изобретение относится к области электротехники и электромеханики и может быть использовано в ударных приводах машин и механизмов, которые предназначены для создания циклических ударных импульсов, например, деформации технологических объектов.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования линейного привода линейного компрессора. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах управления электроприводом возвратно-вращательного движения для возбуждения резонансных колебаний рабочих органов вибромашин и поддержания резонансного режима с заданной амплитудой колебаний при изменении параметров технологической нагрузки и динамических параметров электромеханической системы вибромашины.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для привода виброинструментов и в других устройствах, использующих вибрацию. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для привода виброинструментов и в других устройствах, использующих вибрацию. .

Изобретение относится к вибрационной технике. .

Изобретение относится к электротехнике. .

Изобретение относится к области электрических машин, предназначенных для компенсации реактивной мощности потребителей, включенных в распределительные сети, путем генерирования мощности с опережающим коэффициентом.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводам переменного тока периодического движения, и может быть использовано при создании вибрационных электроприводов сканирования, техники измерения, контроля и управления, а также в автоматизированных электроприводах механизмов с пульсирующим движением рабочего органа. Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения содержит двухфазный асинхронный двигатель, задающий генератор, инвертирующий усилитель, выпрямитель и два инвертора напряжения. Выход первого инвертора напряжения соединен с обмоткой управления двухфазного асинхронного двигателя. Инвертирующий усилитель, выпрямитель и первый инвертор напряжения соединены последовательно. Вход инвертирующего усилителя подключен к выходу задающего генератора. Выход второго инвертора напряжения соединен с обмоткой возбуждения двухфазного асинхронного двигателя. Второй выпрямитель подключен своим входом к выходу задающего генератора, а выходом - к входу второго инвертора напряжения. Технический результат: расширение функциональных возможностей электропривода колебательного движения за счет улучшения формы формируемых прямоугольных пульсаций и повышения его энергетических показателей. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электроприводам переменного тока периодического движения, и может быть использовано при создании вибрационных электроприводов сканирования, техники измерения, контроля и управления, для перемешивания сыпучих, пастообразных и жидких веществ, а также в автоматизированных электроприводах механизмов с колебательным движением рабочего органа. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей электропривода колебательного движения и улучшение его энергетических показателей. Вентильный электропривод колебательного движения содержит двухфазный электродвигатель, источник переменного тока и инвертор напряжения, выход которого подключен к одной статорной обмотки двигателя. Другая статорная обмотка вентильного двигателя подключена к выходу фильтра низкой частоты, который соединен своим входом с выходом выпрямителя, вход которого подключен к источнику переменного тока. Вход инвертора напряжения подключен к выходу фазовращателя, первый вход которого соединен с выходом задающего генератора, а второй вход - с выходом сумматора. Первый вход сумматора соединен с выходом функционального преобразователя. Второй вход сумматора подключен к задатчику сдвига нейтрали. Вход функционального преобразователя соединен с выходом преобразователя частота-напряжение, вход которого подключен к выходу задающего генератора. Расширение функциональных возможностей достигается за счет регулирования положения нейтрали колебаний в заданном частотном диапазоне колебаний, а улучшение его энергетических показателей - за счет использования в качестве исполнительной машины в электроприводе вентильного двигателя. 2 ил.

Наверх