УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВУХФАЗНЫМ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ В РЕЖИМЕ ПРЕРЫВИСТОГО ДВИЖЕНИЯ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к колебательным электроприводам переменного тока, с прерывистым законом движения и может быть использовано при создании приводов силовых механизмов с регулируемым прерывистым перемещением, например приводов подачи кузнечнопрессового оборудования или технологических линий подачи заготовок в штамп.
Известно устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем, обмотка возбуждения которого снабжена клеммами для подключения к источнику переменного тока и содержащее преобразователь напряжение-частота, инвертор, выход которого соединен с обмоткой управления двухфазного асинхронного двигателя, частотный демодулятор, прецизионный регулируемый блок питания постоянного напряжения и сумматор, выход которого соединен с выходом преобразователя напряжение-частота, выход которого подключен к входу инвертора, выход прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом частотного демодулятора, вход которого снабжен зажимами для подключения к источнику переменного тока [Патент РФ №1775835, МПК Н02Р 7/62].
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Однако, не смотря на то, что в данном устройстве формируется режим мягкого периодического реверса и обеспечивается высокая стабильность по частоте колебаний, оно не позволяет формировать шаговый режим работы исполнительного двигателя и тем более стабилизировать амплитуду координаты подвижного элемента двигателя при регулировании частоты шага.
Задачей изобретения является расширение эксплуатационных возможностей устройства для управления двухфазным асинхронным двигателем, работающего в режиме прерывистого движения путем стабилизации амплитуды координаты подвижного элемента двигателя при регулировании частоты шага.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме прерывистого движения, так же как и прототип содержит преобразователь напряжение-частота, инвертор, выход которого соединен с обмоткой управления двухфазного асинхронного двигателя, частотный демодулятор, прецизионный регулируемый блок питания постоянного напряжения и сумматор, выход которого соединен с выходом преобразователя напряжение-частота, выход прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом частотного демодулятора, вход которого снабжен зажимами для подключения к источнику переменного тока. В отличие от прототипа в устройство введены модулятор с регулируемым коэффициентом передачи по напряжению, компаратор и второй преобразователь напряжение-частота, соединенный своим входом с выходом прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения, а выходом - с входом компаратора, выход которого соединен со вторым входом модулятора с регулируемым коэффициентом передачи по напряжению, первый вход которого соединен с выходом первого преобразователя напряжение-частота, управляющий вход модулятора связан с выходом прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения, а выход - с управляющим входом инвертора.
Таким образом, введение модулятора с регулируемым коэффициентом передачи по напряжению, второго преобразователя напряжение-частота и компаратора позволяет создать режим прерывистого движения, расширить эксплуатационные возможности устройства, обеспечив постоянство амплитуды координаты при регулировании частоты шага при заданных параметрах нагрузки.
На фиг.1 представлена блок-схема заявляемого устройства.
1
1
Она содержит асинхронный двигатель 1 с обмоткой возбуждения 2 и управления 3, частотный демодулятор 4 (ЧД), сумматор 5 (CM), прецизионный регулируемый блок питания постоянного напряжения 6 (ПБП), первый преобразователь напряжение-частота 7 (ПНЧ1), инвертор напряжения 8 (ИН), второй преобразователь напряжение-частота 9 (ПНЧ2), компаратор 10 (KM), модулятор с регулируемым коэффициентом передачи по напряжению 11 (МД). Обмотка возбуждения 2 асинхронного двигателя 1 снабжена клеммами и подключена к источнику переменного тока частоты f. Выход сумматора 5 (CM) соединен с входом первого преобразователя напряжение-частота 7 (ПНЧ1). Первый вход сумматора 5 (CM) подключен к выходу частотного демодулятора 4 (ЧД), а второй - к выходу прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения 6 (ПБП). Вход частотного демодулятора 4 (ЧД) подключен к источнику переменного тока частоты f. Второй преобразователь напряжение-частота 9 (ПНЧ2), соединен своим входом с выходом прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения 6 (ПБП), а выходом - с входом компаратора 10 (KM), выход которого соединен со вторым входом модулятора с регулируемым коэффициентом передачи по напряжению 11 (МД), первый вход которого соединен с выходом первого преобразователя напряжение-частота 7 (ПНЧ1), управляющий вход модулятора связан с выходом прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения 6 (ПБП), а выход - с управляющим входом инвертора 8 (ИН). Выход инвертора 8 (ИН) подключен к обмотке управления 3 асинхронного двигателя 1.
При технической реализации макетного образца заявляемого устройства частотный демодулятор 4 (ДМ) и преобразователи напряжение-частота 7 (ПНЧ1), 9 (ПНЧ2) были выполнены на микросхеме КР 1108ПП1. В качестве сумматора 5 (CM) и компаратора 10 (KM) использовались операционные усилители серии К140УД17. Прецизионный регулируемый блок питания постоянного напряжения 6 (ПБП) был выполнен на основе стабилизатора компенсационного типа, обладающего малым коэффициентом пульсаций и высокой температурной стабильностью. Модулятор с регулируемым коэффициентом передачи по напряжению 11 (МД) был выполнен на дифференциальном усилителе с токопитающим каскадом на базе микросхемы К1УТ981. В качестве инвертора напряжения 8 (ИН) использовался мостовой инвертор с транзисторными ключами.
1
Устройство работает следующим образом. Обмотка возбуждения 2 исполнительного двигателя 1 подключена непосредственно к клеммам источника переменного напряжения (сети) частоты f, а обмотка управления 3 через инвертор напряжения 8 (ИН) запитывается от модулятора с регулируемым коэффициентом передачи по напряжению 11 (МД). С прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения 6 (ПБП) постоянное напряжение, пропорциональное частоте шага
6
6
ш
U=k·f,
6
где k, - коэффициент пропорциональности,
поступает на вход второго преобразователя напряжение-частота 9 (ПНЧ2), с выхода которого снимается напряжение
9
9
ш
U=k·sin(2·π·f)·t,
9
9
где k - коэффициент передачи второго преобразователя напряжение-частота. Компаратор 10 (KM) преобразует входное напряжение U в однополярные прямоугольные импульсы, знак которых определяется его опорным напряжением
10
где k - коэффициент передачи компаратора.
С выхода компаратора однополярные прямоугольные импульсы поступают на второй вход модулятора с регулируемым коэффициентом передачи по напряжению 11 (МД), на первый вход которого поступает напряжение с выхода первого преобразователя напряжение-частота 7 (ПНЧ1)
7
где k - коэффициент передачи первого преобразователя напряжение-частота;
1
Δf - абсолютное значение девиации частоты сети.
На выходе модулятора с регулируемым коэффициентом передачи по напряжению формируется напряжение
11
где k - коэффициент передачи модулятора.
Полученное напряжение усиливается по мощности инвертором напряжения 8 (ИН) и поступает на обмотку управления 3 исполнительного двигателя.
ш
В результате подвижный элемент АД начинает совершать шаговые движения с частотой f и амплитудой, первая гармоническая составляющая которой определяется как
пуск
где М - электромагнитный пусковой момент АД;
демп
f - коэффициент электромагнитного демпфирования двигателя;
мех
мех
L, R - коэффициенты инерционной и демпфирующей (жидкостное трение) сил нагрузки.
макс
ш
Для поддержания постоянства амплитуды χ при регулировании частоты шага f Для заданных параметров нагрузки согласно уравнению (1) необходимо чтобы выполнялось условие
Выражение (2) определяет условие автономности регулирования кинематических параметров при шаговом движении ротора двигателя. С учетом, что при регулировании АД по обмотке управления
1
2
3
мex
где G, G, G, коэффициенты, определяемые параметрами электрической машины и пренебрегая составляющей жидкостного трения R можно записать
ш
откуда следует, что коэффициент передачи модулятора при регулировании частоты шага f должен изменяться по алгоритму
ш, макс
1
Учитывая, что максимальная частота шага f как минимум на порядок меньше частоты питающей сети f, а также, что коэффициент передачи модулятора должен изменяться от 0 до 1, то представленный алгоритм (3) с достаточной степенью точности апроксимируется в заданном частотном диапазоне изменения частоты шага прямой линией
Как показали результаты экспериментальных исследований, максимальное отклонение амплитуды шага в диапазоне отношения частот  при реализации алгоритма (4) составило 1,09%.
11
6
ш,макс
макс
Таким образом, при k=k·f с изменением напряжения, снимаемого с прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения 6 (ПБП) обеспечивается одновременное регулирование частоты шага и выходного напряжения модулятора 11 (МД), а, следовательно, и выходного напряжения инвертора напряжения 8 (ИН). Благодаря этому осуществляется стабилизация амплитудного значения координаты χ при регулировании частоты шага, что расширяет эксплуатационные возможности устройства для управления двухфазным двигателем в режиме прерывистого движения.
Блоки 4 (ЧД), 5 (CM), 7 (ПНЧ1) предназначены для стабилизации частоты шага и работают согласно описанию [Патент РФ №1775835, МПК Н02Р 7/62].