УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВУХФАЗНЫМ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ В РЕЖИМЕ ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ДВИЖЕНИЯ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к колебательным электроприводам переменного тока, с прерывистым законом движения и может быть использована при создании приводов механизмов с регулируемым прерывистым перемещением, например, в оптико-механических устройствах со сканированием.
Известно устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения [RU №108891, U1, МПК H02P 25/02 (2006.1), H02P 27/04 (2006.1), опубл. 27.09.2011], содержащее источник переменного тока, задающий генератор, амплитудный модулятор, компаратор и инвертор, выход которого соединен с обмоткой управления двухфазного асинхронного двигателя, обмотка возбуждения которого подключена к источнику переменного тока. Выход задающего генератора соединен с входом компаратора. Первый вход амплитудного модулятора соединен с выходом источника переменного тока, а второй вход связан с выходом компаратора. Выход амплитудного модулятора соединен с входом инвертора.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Однако, не смотря на то, что данное устройство позволяет формировать пульсирующий режим работы в двухфазном асинхронном двигателе за счет амплитудно-балансной модуляции фазных напряжений с прерыванием одного из напряжений в течение полупериода частоты пульсации, оно не обеспечивает фиксацию амплитуды пульсации на постоянном уровне. Кроме того, указанное устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения не позволяет устранить в законе движения подвижного элемента исполнительного двигателя, гармоники двойной частоты сети.
Задачей изобретения является расширение эксплуатационных возможностей устройства путем формирования пульсаций прямоугольной формы и повышение его координатной точности за счет устранения высокочастотных пульсаций частоты сети.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения, так же как и прототип содержит задающий генератор, инвертор, выход которого соединен с обмоткой управления двухфазного асинхронного двигателя.
В отличие от прототипа в устройство введены регулируемое фазосдвигающее звено, функциональный преобразователь, частотный демодулятор, инвертирующий усилитель, второй инвертор и выпрямитель, соединенный своим входом с выходом инвертирующего усилителя, а выходом - с входом первого инвертора, первый вход регулируемого фазосдвигающего звена подключен к выходу задающего генератора, а второй - к выходу функционального преобразователя, вход которого соединен с выходом частотного демодулятора, подключенного своим входом к выходу задающего генератора, вход инвертирующего усилителя подключен к выходу задающего генератора, выход регулируемого фазосдвигающего звена подключен к входу второго инвертора, связанного выходом с обмоткой возбуждения двухфазного асинхронного двигателя.
Таким образом, введение регулируемого фазосдвигающего звена, функционального преобразователя, частотного демодулятора, инвертирующего усилителя, второго инвертора и выпрямителя позволяет создать режим пульсирующего движения, расширить эксплуатационные возможности устройства, обеспечив прямоугольную форму пульсаций и отсутствие высокочастотных составляющих питающей сети в законе движения подвижного элемента двигателя.
На фиг.1 представлена блок-схема заявляемого устройства.
На фиг.2 представлены временные диаграммы работы устройства.
На фиг.3 представлены временные диаграммы изменения скорости ξ(t) и координаты χ(t) подвижного элемента асинхронного двигателя.
Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения содержит асинхронный двигатель 1 с обмотками возбуждения 2 и управления 3, задающий генератор 4 (ЗГ), частотный демодулятор 5 (ЧД), функциональный преобразователь 6 (ФП), регулируемое фазосдвигающее звено 7 (ФСЗ), второй инвертор напряжения 8 (ИН2), инвертирующий усилитель 9 (ИУ), выпрямитель 10 (В), первый инвертор напряжения 11 (ИН1).
Обмотка управления 3 асинхронного двигателя 1 снабжена клеммами и подключена к выходу первого инвертора напряжения 11 (ИН1), а обмотка возбуждения 2 - к выходу второго инвертора напряжения 8 (ИН2). Вход второго инвертора напряжения 8 (ИН2) соединен с выходом регулируемого фазосдвигающего звена 7 (ФСЗ), первый вход которого соединен с выходом задающего генератора 4 (ЗГ), а второй - с выходом функционального преобразователя 6 (ФП). Вход функционального преобразователя 6 (ФП) подключен к выходу частотного демодулятора 5 (ЧД), вход которого соединен с выходом задающего генератора 4 (ЗГ). Вход выпрямителя 10 (В) подключен к выходу инвертирующего усилителя 9 (ИУ), а выход - к входу первого инвертора напряжения 11 (ИН1). Вход инвертирующего усилителя 9 (ИУ) соединен с выходом задающего генератора 4 (ЗГ).
При технической реализации макетного образца заявляемого устройства задающий генератор 4 (ЗГ) и инвертирующий усилитель 9 (ИУ) реализованы на операционных усилителях серии 140 УД8. Выпрямитель 10 (В) выполнен по однополупериодной схеме на полупроводниковом диоде. Регулируемое фазосдвигающее звено 7 (ФСЗ) выполнено по схеме фазозапаздывающего звена на базе операционного усилителя 140 УД8 с электронной перестройкой на транзисторе КП305Ж. Частотный демодулятор 5 (ЧД) реализован на основе микросхемы КР1108ПП1. Функциональный преобразователь 6 (ФП) выполнен на микросхеме аналогового перемножения 572 ПС2. Инверторы напряжения 11 (ИН1) и 8 (ИН2) выполнены по мостовой схеме на транзисторных ключах.
Устройство работает следующим образом. Напряжение с задающего генератора 4 (ЗГ) (фиг.2)
4
m
п
U=Usin(2πf)t,
m
где U - амплитудное значение напряжения задающего генератора;
п
f - частота пульсаций;
t - текущее значение времени,
поступает на вход инвертирующего усилителя 9 (ИУ) с единичным коэффициентом передачи и сдвигается по фазе на 180 градусов (фиг.2)
9
m
п
m
п
U=Usin[(2πf)t+π]=Usin(2πf)t.
Полученное напряжение с выхода инвертирующего усилителя 9 (ИУ) поступает на вход однополупериодного выпрямителя 10 (В) где оно преобразуется в однополярное напряжение (фиг.2)
,
10
где k - коэффициент передачи выпрямителя 10 (В);
п
Ω=2πf - круговая частота задающего генератора.
10
С выхода однополупериодного выпрямителя 10 (В) напряжение U поступает на вход первого инвертора напряжения 11 (ИН1) и усиливается по мощности
,
11
где k - коэффициент передачи первого инвертора напряжения 11 (ИН1).
Одновременно выходное напряжение с задающего генератора 4 (ЗГ) поступает на вход частотного демодулятора 5 (ЧД) и первый вход фазосдвигающего звена 7 (ФСЗ).
С выхода частотного демодулятора 5 (ЧД) снимается постоянное напряжение, величина которого пропорциональна частоте пульсаций
5
5
U=kΩ,
5
где k - коэффициент передачи частотного демодулятора 5 (ЧД).
5
Полученное напряжение U поступает на вход функционального преобразователя 6 (ФП) где оно преобразуется в напряжение вида
6
6
5
2
U=kkΩ,
6
где k - коэффициент передачи функционального преобразователя 6 (ФП) и подается на второй вход регулируемого фазосдвигающего звена 7 (ФСЗ). В результате выходное напряжение регулируемого фазосдвигающего звена 7 (ФСЗ) сдвигается при регулировании частоты пульсаций Ω по фазе на угол φ относительно выходного напряжения задающего генератора 4 (ЗГ), что обеспечивает компенсацию динамического смещения нейтрали пульсаций (фиг.2)
7
7
m
п
U=kUsin[(2πf)t-φ],
7
где k - коэффициент передачи регулируемого фазосдвигающего звена 7 (ФСЗ).
Полученное напряжение с выхода регулируемого фазосдвигающего звена 7 (ФСЗ) усиливается по мощности вторым инвертором напряжения 8 (ИН2).
В результате в воздушном зазоре двухфазного асинхронного двигателя 1 формируется пульсирующее электромагнитное поле
'
8
где k - коэффициенты передачи второго инвертора 8 (ИН2),
п
и подвижный элемент начинает со скоростью ξ(t) совершать шаговые движения χ(t) с частотой Ω=2πf (фиг.3). При этом величина амплитуды пульсации остается в течение полупериода частоты Ω постоянной.
6
Подбором коэффициента передачи функционального преобразователя 6 (ФП) k производят настройку сдвига фазы φ регулируемого фазосдвигающего звена 7 (ФСЗ) для максимальной частоты пульсаций Ω.
11
Регулирование частоты пульсаций осуществляют задающим генератором 4 (ЗГ). Точность задания и поддержания частоты пульсаций определяется стабильностью задающего генератора 4 (ЗГ), который в ряде случаев может быть выполнен с кварцевой стабилизацией частоты. Регулирование амплитуды пульсаций осуществляют за счет изменения коэффициента передачи k первого инвертора напряжения 11 (ИН1). Так как в законе движения электромагнитного поля отсутствуют высокочастотные пульсации частоты сети, то и в законе движения подвижного элемента асинхронного двигателя они также отсутствуют, что повышает координатную точность всей системы в целом.