УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВУХФАЗНЫМ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ В РЕЖИМЕ ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ДВИЖЕНИЯ
CONTROL DEVICE OF TWO-PHASE ASYNCHRONOUS MOTOR IN OSCILLATING FLOW MODE

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.
Известно устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения [RU 133990 U1, МПК (2006.01) Н02Р 8/00, Н02Р 8/32, Н02Р 25/02, Н02Р 27/04, опубл. 27.10.2013], содержащее задающий генератор и инвертор, выход которого соединен с обмоткой управления двухфазного асинхронного двигателя. Инвертирующий усилитель, выпрямитель и первый инвертор соединены последовательно. Первый вход регулируемого фазосдвигающего звена подключен к выходу задающего генератора, а второй - к выходу функционального преобразователя, вход которого соединен с выходом частотного демодулятора. Входы частотного демодулятора и инвертирующего усилителя подключены к выходу задающего генератора. Выход регулируемого фазосдвигающего звена подключен к входу второго инвертора, выход которого соединен с обмоткой возбуждения двухфазного асинхронного двигателя.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения предназначено для формирования пульсаций прямоугольной формы и компенсации динамического ухода геометрической нейтрали при пуске или регулировании частоты пульсаций из-за непрерывного питания одной из обмоток асинхронного двигателя в течение всего цикла его работы. Так как питание по этой обмотке двухфазного асинхронного двигателя происходит и в моменты времени, когда подвижный элемент двигателя совершает паузу, то это увеличивает значение потребляемой обмоткой мощности и, как следствие, снижает энергетические показатели устройства в целом. Кроме того, формируемый устройством управления пульсирующий закон движения имеют отклонения от прямоугольной формы, что вызвано наличием контура обратной связи, определяющего фазовый сдвиг одного из статорных напряжений, в зависимости от частоты пульсаций.
Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения за счет улучшения формы формируемых прямоугольных пульсаций и повышения его энергетических показателей.
Предложенное устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения, также как в прототипе, содержит двухфазный асинхронный двигатель, задающий генератор, инвертирующий усилитель, выпрямитель и два инвертора напряжения. Выход первого инвертора напряжения соединен с обмоткой управления асинхронного двигателя, а выход второго инвертора напряжения - с обмоткой управления асинхронного двигателя. Инвертирующий усилитель, выпрямитель и первый инвертор соединены между собой последовательно. Вход инвертирующего усилителя подключен к выходу задающего генератора.
Согласно изобретению в устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения введен второй выпрямитель, подключенный своим входом к выходу задающего генератора, а выходом - к входу второго инвертора напряжения.
Использование второго выпрямителя позволяет обеспечить формирование более качественных по форме прямоугольных пульсаций, за счет стабилизации их амплитуды. Благодаря тому что питание статорных обмоток двухфазного асинхронного двигателя осуществляется в течение периода пульсаций с прерыванием как по обмотке управления, так и по обмотке возбуждения, обеспечиваются снижение потребляемой мощности двигателем и улучшение энергетические показатели устройства в целом.
На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения.
На фиг. 2 представлены временные диаграммы изменения фазных напряжений на обмотках статора и координаты χ(t) подвижного элемента двухфазного асинхронного двигателя, где а) - для предложенного устройства б) - известного прототипа.
Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения (фиг. 1) состоит из двухфазного асинхронного двигателя 1 со статорными обмотками 2 и 3, задающего генератора частоты пульсаций 4 (ЗГ), инвертирующего усилителя 5 (ИУ), первого выпрямителя 6 (В1), второго выпрямителя 7 (В2), первого инвертора напряжения 8 (ИН1), второго инвертора напряжения 9 (ИН2).
Статорная обмотка 2 асинхронного двигателя 1 подключена к выходу второго инвертора напряжения 9 (ИН2), вход которого соединен с выходом второго выпрямителя 7 (В2). Вход второго выпрямителя 7 (В2) подключен к выходу задающего генератора частоты пульсаций 4 (ЗГ). Инвертирующий усилитель 5 (ИУ), первый выпрямитель 6 (В1) и первый инвертор напряжения 8 (ИН1) соединены последовательно. Вход инвертирующего усилителя 5 (ИУ) подключен к выходу задающего генератора частоты пульсаций 4 (ЗГ). Выход первого инвертора напряжения 8 (ИН1) соединен с обмоткой управления 3 асинхронного двигателя 1.
При технической реализации макетного образца заявляемого устройства задающий генератор частоты пульсаций 4 (ЗГ) и инвертирующий усилитель 5 (ИУ) реализованы на операционных усилителях серии 140 УД8. Выпрямители 6 (В1) и 7 (В2) выполнены по однополупериодной схеме выпрямления на полупроводниковых диодах. В качестве инверторов напряжения 8 (ИН1) и 9 (ИН2) использовались мостовые инвертора с транзисторными ключами.
Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения работает следующим образом. Напряжение с выхода задающего генератора частоты пульсаций 4 (ЗГ)
,
m
где U - амплитуда выходного напряжения задающего генератора 4 (ЗГ);
Ω - частота выходного напряжения задающего генератора;
t - текущее значение времени,
поступает на вход второго однополупериодного выпрямителя 7 (В2).
2
После выпрямления ((фиг. 2а) - кривая U)
,
сформированное напряжение поступает на вход второго инвертора напряжения 9 (ИН2) и после усиления его
,
9
где k - коэффициент передачи второго инвертора напряжения 9 (ИН2), запитывает статорную обмотку 2 двухфазного асинхронного двигателя 1.
Одновременно, напряжение с выхода задающего генератора частоты пульсаций 4 (ЗГ) поступает на вход инвертирующего усилителя 5 (ИУ) с единичным коэффициентом усиления, где оно сдвигается по фазе на 180 градусов
5
m
U=-Usin(Ω⋅t).
3
После его выпрямления на первом выпрямителе 6 (В1) ((фиг. 2а) - кривая U)
,
напряжение поступает на вход первого инвертора напряжения 8 (ИН1), усиливается
,
8
где k - коэффициент передачи первого инвертора напряжения 9 (ИН1), и запитывает статорную обмотку 3 двухфазного асинхронного двигателя 1.
8
9
В результате взаимодействия напряжений U и U в воздушном зазоре двухфазного асинхронного двигателя создается пульсирующее электромагнитное поле, и подвижный элемент вентильного двигателя начинает совершать периодическое пульсирующее движение прямоугольной формы ((фиг. 2а) - кривая χ).
Так как питание обеих обмоток двигателя 1 осуществляется с прерыванием в течение полупериода частоты Ω, то потребляемая мощность заявляемого устройства снижается по сравнению с прототипом на 25%, что приводит к увеличению коэффициента полезного действия электропривода в целом.
Отсутствие статорных напряжений в течение полупериода частоты Ω исключает появление сдвига нейтрали при пуске и регулирование частоты пульсаций, что позволяет в заявляемом устройстве исключить контур регулирования фазы одного из питающих напряжений и тем самым улучшить форму прямоугольных пульсаций за счет стабилизации их амплитуды.
8
Точность задания и поддержания частоты пульсаций Ω определяются стабильностью задающего генератора 4 (ЗГ). Регулирование амплитуды пульсаций осуществляется за счет изменения коэффициента передачи k первого инвертора напряжения 8 (ИН1).