УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ МОМЕНТОМ ДВУХФАЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
ELECTROMAGNETIC TORQUE CONTROL DEVICE FOR ALTERNATING-CURRENT TWO-PHASE MOTOR

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электромагнитным моментом асинхронного двухфазного двигателя переменного тока с короткозамкнутым ротором.
Известно устройство управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения (Россия, полезная модель, патент №121407, МПК Н02Р 25/02, опубл. 20.10.2012 г.). Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения содержит два преобразователя напряжение-частота, инвертор, выход которого соединен с обмоткой управления двухфазного асинхронного двигателя, обмотка возбуждения которого соединена с источником переменного тока, частотный демодулятор, прецизионный регулируемый блок питания постоянного напряжения, амплитудный модулятор и сумматор, выход которого соединен с входом первого 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. Второй преобразователь напряжение-частота соединен своим входом с выходом прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения. Выход амплитудного модулятора подключен к управляющему входу инвертора. Фазовый регулятор соединен своим входом с выходом первого преобразователя напряжение-частота, а выходом - с первым входом амплитудного модулятора, второй вход которого соединен с выходом выпрямителя, подключенного своим входом к выходу второго преобразователя напряжение-частота. Однако данное устройство характеризуется низким коэффициентом полезного действия при формировании моментов ниже максимального.
Известен способ управления электромагнитным моментом асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, патент RU №2476982, МПК Н02Р 21/00, Н02Р 25/02, опубл. 27.02.2013 г. Но данный способ характеризуется повышенной сложностью, поскольку для его осуществления требуются дополнительное вычислительное устройство, усилитель и источники питания.
Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является схема двухфазного двигателя, описанная в учебнике: М.М. Кацман. Электрические машины. М.: Высшая школа, 1990 г., стр.214, 215. Данная схема включения состоит из обмотки возбуждения и обмотки управления, расположенных на статоре так, что их оси смещены друг относительно друга под углом 90°. На эти обмотки непрерывно подается два напряжения от источника питания переменного тока, одинаковые по значению и частоте, но сдвинутые по фазе относительно друг друга на 90°. Недостатком данной схемы является то, что для реализации управления электромагнитным моментом необходимо применение дополнительного вычислительного устройства, рассчитывающего нелинейную функцию зависимости электромагнитного момента от напряжения на обмотках двигателя, дополнительно необходимы два канала усилителей и дополнительные источники питания.
Задача изобретения - повышение эксплуатационных характеристик устройства для управления электромагнитным моментом асинхронного двухфазного двигателя переменного тока.
Технический результат - повышение коэффициента полезного действия, снижение тепловыделения в обмотках двигателя за счет введения режима работы с уменьшенным электромагнитным моментом.
Это достигается тем, что в устройстве управления электромагнитным моментом асинхронного двухфазного двигателя переменного тока, выполненного из обмотки возбуждения и обмотки управления, расположенных на статоре со смещением осей друг относительно друга на 90°, в отличие от известного, обмотка возбуждения соединена с источником питания переменного тока напряжением U1, последовательно включенным через блок компенсирующей нагрузки, соединенный параллельно с блоком коммутации, вход которого связан с выходом блока управления коэффициентом усиления, который, кроме того, также связан с первым входом усилителя с управляемым коэффициентом усиления, причем вход блока управления коэффициентом усиления и второй вход усилителя с управляемым коэффициентом усиления связаны с источником напряжения управления U2, а выход усилителя с управляемым коэффициентом усиления связан с входом усилителя мощности, параллельно подключенного к обмотке управления.
На фиг.1 представлена блок-схема включения двигателя, на фиг.2а и 2б - вид сигналов на обмотке возбуждения 2 и на обмотке управления 3в первом и во втором режимах соответственно.
Устройство управления электромагнитным моментом асинхронного двухфазного двигателя переменного тока 1 (фиг.1), выполненного с обмоткой возбуждения 2 и обмоткой управления 3, расположенными на статоре со смещением осей друг относительно друга на 90°. Кроме того, устройство содержит усилитель мощности 4, блок компенсирующей нагрузки 5, блок коммутации 6, блок управления коэффициентом усиления 7 и усилитель с управляемым коэффициентом усиления 8. Фаза напряжения на обмотке возбуждения 2 сдвинута относительно фазы напряжения на обмотке управления 3 на угол 90°. Кроме того, обмотка возбуждения 2 соединена с источником питания переменного тока напряжением U1, последовательно включенным через блок компенсирующей нагрузки 5, который, в свою очередь, соединен параллельно с блоком коммутации 6. Вход блока коммутации 6 связан с выходом блока управления коэффициентом усиления 7, выход которого также связан с первым входом усилителя с управляемым коэффициентом усиления 8. Вход блока управления коэффициентом усиления 7 и второй вход усилителя с управляемым коэффициентом усиления 8 связаны с источником переменного тока, формирующим напряжение управления U2, а выход усилителя с управляемым коэффициентом усиления 8 связан с входом усилителя мощности 4, который параллельно подключен к обмотке управления 3.
На фиг.2а представлен вид сигналов на обмотке возбуждения 2 и на обмотке управления 3 в первом режиме, на фиг.2б - вид сигналов на обмотке возбуждения 2 и на обмотке управления 3 во втором режиме.
2
Устройство управления электромагнитным моментом асинхронного двухфазного двигателя переменного тока работает в двух режимах. Первый режим предназначен для формирования больших электромагнитных моментов, а второй режим - для формирования малых электромагнитных моментов. Выбор режима в зависимости от действующего значения напряжения управления U2 определяет блок управления коэффициентом усиления 7. В первом режиме блок коммутации 6 замыкает вывод, идущий от источника питания переменного тока напряжением U1, и вывод, идущий от обмотки возбуждения 2. Таким образом, напряжение на обмотке возбуждения 2 Uoв равно напряжению U1 источника питания переменного тока. При этом коэффициент усиления усилителя с управляемым коэффициентом усиления 8 равен единице, и на вход усилителя мощности 4 подается сигнал, равный U2. Во втором режиме блок коммутации 6 размыкает выводы, идущие от источника питания переменного тока напряжением U1 и на обмотку возбуждения 2, при этом ток в обмотку возбуждения 2 течет через блок компенсирующей нагрузки 5. При этом устанавливается действующее значение напряжения обмотки возбуждения Uoв=U1/k, где k - коэффициент, задающий соотношение напряжений для двух режимов. Параметры блока компенсирующей нагрузки 5 подобраны таким образом, чтобы обеспечивать заданное соотношение напряжений для двух режимов и заданную фазу напряжения обмотки возбуждения 2 при выборе режима. Для второго режима мощность, потребляемая обмоткой возбуждения, снижается в k раз. Во втором режиме коэффициент усиления усилителя с управляемым коэффициентом усиления 8 равен k. При этом усилитель с управляемым коэффициентом усиления 8 преобразует напряжение управления согласно формуле Uoy=U2хk.
Таким образом, достигнут технический результат - повышен коэффициент полезного действия за счет снижения тепловыделения в обмотках двигателя и снижения напряжения на обмотке возбуждения в режиме работы с уменьшенным электромагнитным моментом, кроме того, снижен номинальный ток потребления при использовании простой схемы устройства.