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 в приводах вибротранспортировки и механизмах испытательной, измерительной или калибровочной техники.
Известно устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме колебательного движения, содержащее источник переменного тока и преобразователь 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. [Патент РФ №1453577, МПК4 Н02Р 7/62, опубл. 23.01.1989].
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 осуществлять реверс шага.
Задачей полезной модели является расширение эксплуатационных возможностей устройства для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме прерывистого движения, за счет повышения его энергетических показателей.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме прерывистого движения, так же как в прототипе, содержит источник переменного тока и инвертор, выход которого соединен с обмоткой управления двухфазного асинхронного двигателя, обмотка возбуждения двигателя подключена к источнику переменного тока (сети).
В отличие от прототипа в устройство введены задающий генератор, амплитудный модулятор, компаратор, фазовое звено, 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.
Таким образом, введение задающего генератора, амплитудного модулятора, компаратора, фазового звена и модулятора позволяет создать режим прерывистого движения, расширить эксплуатационные возможности устройства, обеспечив реверс исполнительного двигателя, а также повысить энергетические показателей привода за счет отсутствия в динамическом режиме ударных токов и моментов.
На фиг.1 представлена блок схема устройства для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме прерывистого движения
На фиг.2. представлены временные характеристики работы устройства
На фиг.1 представлена блок-схема заявляемого устройства.
Она содержит асинхронный двигатель 1 с обмоткой возбуждения 2 и управления 3, фазовое звено 4 (ФЗ), задающий генератор 5 (ЗГ), амплитудный модулятор 6 (AM), компаратор 7 (Км), модулятор 8 (МД), инвертор 9 (ИН), источник переменного тока 10 (ИПТ).
1
Ш
Обмотка возбуждения 2 асинхронного двигателя 1 снабжена клеммами и подключена к источнику переменного тока 10 (ИПТ) частоты ƒ. Амплитудный модулятор 6 (МД), соединен первым входом с выходом фазового звена 4 (ФЗ), а вторым - с выходом задающего генератора 5 (ЗГ) частоты ƒ. Вход фазового звена 4 (ФЗ) соединен с источником переменного тока 10 (ИПТ). Первый вход модулятора 8 (МД) подключен к выходу амплитудного модулятора 6 (AM), а второй - к выходу компаратора 7 (Км), вход которого подключен к выходу задающего генератора 5 (ЗГ). Выход модулятора 8 (МД) соединен с управляющим входом инвертора 9 (ИН), выход которого подключен к обмотке управления 3 асинхронного двигателя 1.
При технической реализации макетного образца заявляемого устройства фазовое звено 4 (ФЗ) было выполнено по схеме фильтра второго порядка на микросхеме К140УД17. В качестве амплитудного модулятора 6 (МД) и модулятора 8 (МД) использовался стандартный аналоговый перемножитель сигналов серии K140MA1. Компаратор 7 (Км) и задающий генератор 5 (ЗГ) выполнены на операционных усилителях КР574УД1А. В качестве инвертора напряжения 9 (ИН) использовался мостовой инвертор с транзисторными ключами.
1
Устройство работает следующим образом. Обмотка возбуждения 2 асинхронного двигателя 1 подключена непосредственно к клеммам источника переменного тока 10 (ИПТ) (сети) частоты ƒ
m
где U - амплитуда напряжения питающей сети;
α - начальная фаза напряжения источника переменного тока 10 (ИПТ).
1
Одновременно, переменное напряжение с источника переменного тока 10 (ИПТ) частоты ƒ поступает на вход фазового звена 4 (ФЗ), где сдвигается по фазе на 90° (фиг.2). С выхода фазового звена 4 (ФЗ) напряжение
4
Ш
где k - коэффициент передачи фазового звена, поступает на первый вход амплитудного модулятора 6 (AM). На второй вход амплитудного модулятора 6 (AM) поступает с выхода задающего генератора 5 (ЗГ) переменное напряжение частоты шага ƒ
m5
где U - амплитуда напряжения задающего генератора 5 (ЗГ) Амплитудный модулятор 6 (AM) осуществляет перемножение двух сигналов, в результате на его выходе формируется балансно-модулированное напряжение (фиг.2)
6
где k - коэффициент пропорциональности амплитудного модулятора 6 (AM).
Одновременно, напряжение с выхода задающего генератора 5 (ЗГ) поступает на вход компаратора 7 (Км) и преобразуется в однополярные прямоугольные импульсы (фиг.2), полярность которых определяется знаком опорного напряжения
7
где k - коэффициент передачи компаратора. Сформированные напряжения на выходах амплитудного модулятора 6 (AM) и компаратора 7 (Км) поступают соответственно на первый и второй входы модулятора 8 (МД). В результате на выходе модулятора 8 (МД) выходное напряжение (фиг.2) описывается выражением
8
где k - коэффициент передачи модулятора.
С выхода модулятора 8 (МД) сформированное напряжение поступает на вход инвертора 9 (ИН), где оно усиливается по мощности и поступает на обмотку управления 3 асинхронного двигателя 1.
Ш
В результате приложенных напряжений в воздушном зазоре асинхронного двигателя 1 формируется шаговое электромагнитное поле в моменты времени когда электромагнитный момент асинхронного двигателя переходит через нуль и подвижный элемент асинхронного двигателя начинает совершать шаговые движения с частотой ƒ. Регулирование частоты и амплитуды шага осуществляется задающим генератором 5 (ЗГ), а направление движения подвижного элемента асинхронного двигателя - полярностью компаратора 7 (Км). Точность задания и поддержания частоты шага определяется стабильностью задающего генератора 5 (ЗГ), который в ряде случаев может быть выполнен с кварцевой стабилизацией.
Благодаря использованию балансно-амплитудного метода формирования колебательного режима работы при работе электропривода в режиме прерывистого движения в системе отсутствуют ударные моменты и токи, что обеспечивает повышенные энергетические показатели привода в целом, снижаются суммарные потери на нагрев, вибрацию и шумы, увеличивается к.п.д. и продолжительность включения двигателя.