ЭЛЕКТРОПРИВОД КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к колебательным электроприводам переменного тока и может быть использовано при создании приводов силовых механизмов в машиностроении, горной и химической промышленности, в технике измерения контроля и управления.
Известен электропривод колебательного движения, содержащий двухфазный двигатель со статором и ротором, статорные обмотки которого подключены к двум источникам переменного тока различной частоты, в котором с целью повышения КПД и мощности привода, на роторе выполнены две обмотки, подключенные параллельно обмоткам статора [Патент РФ №1307530, МПК Н02Р 7/62].
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Однако, данное устройство не позволяет при работе электропривода колебательного движения в режиме источника колебательного усилия обеспечить гармонический закон изменения колебательного электромагнитного усилия из-за наличия в его выходном спектре высокочастотных составляющих суммарной частоты задающих генераторов.
Задачей изобретения является расширение эксплуатационных возможностей электропривода колебательного движения, работающего в режиме источника колебательного усилия путем улучшения качества воспроизводимых колебаний.
Поставленная задача достигается тем, что электропривод колебательного движения, как и прототип, содержит исполнительный двигатель, имеющий две взаимно перпендикулярные обмотки на статоре и роторе, соединенные параллельно с обмотками статора и два задающих генератора. В отличие от прототипа в электропривод колебательного движения введены два частотных модулятора, фазовое звено и два инвертора тока, которые подключены своими выходами к обмоткам статора и ротора, а входами к частотным модуляторам, входа первого частотного модулятора подключены к выходам первого и второго задающих генераторов, а входа второго частотного модулятора - к выходам второго задающего генератора и фазового звена, подключенного своим входом к выходу первого задающего генератора.
Таким образом, введение двух частотных модуляторов, фазового звена и двух инверторов тока, позволяет расширить эксплуатационные возможности устройства, устранить высокочастотные пульсации, обеспечив гармонический закон изменения электромагнитного колебательного усилия.
Фиг.1. Блок схема электропривода колебательного движения
Фиг.2. Законы изменения электромагнитного колебательного усилия
На фиг.1 представлена блок-схема заявляемого устройства.
Она содержит исполнительный двигатель, имеющий две взаимно перпендикулярные обмотки на статоре 1, 2 и роторе 3, 4, задающие генераторы 5 (ЗГ1), 6 (ЗГ2), частотные модуляторы 9 (ЧМ1), 7 (ЧМ2), фазовое звено 8 (ФЗ), инверторы тока 11 (ИТ1), 10 (ИТ2). Обмотки статора 1 и ротора 3, исполнительного двигателя соединены параллельно и подключены к выходу инвертора тока 11 (ИТ1), вход которого соединен с выходом частотного модулятора 9 (ЧМ1), а обмотка статора 2 и ротора 4 соединены параллельно и подключены к выходу инвертора тока 10 (ИТ2), вход которого соединен с выходом частотного модулятора 7 (ЧМ2). Первый вход частотного модулятора 9 (ЧМ1) подключен к выходу задающего генератора 5 (ЗГ1), а второй вход - к выходу задающего генератора 6 (ЗГ2). Первый вход частотного модулятора 7 (ЧМ2) подключен к выходу фазового звена 8 (ФЗ), вход которого соединен с выходом задающего генератора 5 (ЗГ1), а второй вход - к выходу задающего генератора 6 (ЗГ2).
При технической реализации макетного образца заявляемого устройства частотные модуляторы 9 (ЧМ1), 7 (ЧМ2) были выполнены на микросхеме КР 1106ВИ1. Фазовое звено 8 (ФЗ) выполнено по схеме активного фильтра второго порядка на операционном усилителе серии К140УД8. В качестве инверторов тока 11 (ИТ1), 10 (ИТ2) использовались мостовые инверторы на транзисторных ключах с обратной связью по току. Задающий генератор 6 (ЗГ2) выполнен на операционном усилителе К140УД8. В качестве задающего генератора 5 (ЗГ1) использовалось сетевое напряжение.
Электропривод колебательного движения работает следующим образом. Напряжение с задающего генератора 5 (ЗГ1) частоты ω, равной паспортной частоте питания выбранного типа двигателя
5
5
U=k·sinωt,
5
где k коэффициент пропорциональности,
поступает на первый вход частотного модулятора 9 (ЧМ1), на второй вход которого поступает напряжение с задающего генератора 6 (ЗГ2)
6
6
U=k·sinΩt,
6
где k коэффициент пропорциональности;
Ω - частота колебания.
В результате на выходе частотного модулятора 9 (ЧМ1) формируется напряжение
9
где k - коэффициент передачи частотного модулятора.
Одновременно, напряжение с задающего генератора 5 (ЗГ1) поступает на вход фазового звена 8 (ФЗ) и сдвигается по фазе на 90°
8
8
5
U=k·k·sinωt,
8
где k - коэффициент передачи фазового звена.
Сформированное напряжение с выхода фазового звена подается на первый вход частотного модулятора 7 (ЧМ2). На второй вход частотного модулятора 7 (ЧМ2) поступает напряжение с задающего генератора 6 (ЗГ2). В результате на выходе частотного модулятора 7 (ЧМ2) формируется выходное напряжение
7
где k - коэффициент передачи частотного модулятора.
Полученные напряжения с выходов частотных модуляторов 9 (ЧМ1) и 7 (ЧМ2) поступают соответственно на входа инверторов тока 11 (ИТ1) и 10 (ИТ2) где преобразуются в пропорциональное значение токов частоты ω, балансно-модулированные периодическим сигналом частоты Ω по частоте
m1
9
11
6
5
где I=k·k·k·k;
m2
6
10
8
7
5
I=k·k·k·k·k;
11
k - коэффициент пропорциональности инвертора тока 11 (ИТ1);
10
k - коэффициент пропорциональности инвертора тока 10 (ИТ2),
и усиливается по мощности.
Обмотки исполнительного двигателя 1, 3 соединены параллельно и подключены к выходу инвертора тока 11 (ИТ1), а обмотки 2, 4 - к выходу инвертора тока 10 (ИТ2).
1
2
В результате взаимодействия токов i(t) и i(t) в воздушном зазоре электрической машины возникает качающееся электромагнитное поле под действием которого подвижный элемент исполнительного двигателя начинает совершать колебательные движения с частотой Ω, развивая усилие
m1
1
m2
2
F(t)=Fsin(Ωt+δ)+Fsin(3·Ωt+δ),
m1
m2
1
2
где F, F, δ, δ - амплитуды и начальные фазы гармонических составляющих электромагнитного усилия, определяемые параметрами двигателя и источниками питания.
Изменяя частоту задающего генератора 6 (ЗГ2) устанавливают требуемую частоту колебаний электромагнитного усилия Ω, а изменением коэффициента передачи одного из инверторов - амплитуду колебаний.
На фиг.2 представлены законы изменения электромагнитного усилия при фазовом способе возбуждения колебательного режима работы, согласно прототипу а) и при частотно-токовой модуляции, согласно заявляемому устройству б). Как видно, введение в структуру электропривода колебательного движения двух частотных модуляторов, фазового звена и двух инверторов тока, которые подключены своими выходами к обмоткам статора и ротора, а входами к частотным модуляторам, входа первого частотного модулятора подключены к выходам первого и второго задающих генераторов, а входа второго частотного модулятора - к выходам второго задающего генератора и фазового звена, подключенного своим входом к выходу первого задающего генератора позволяет устранить высокочастотные пульсации в выходном спектре электромагнитного усилия.
Кроме того, такой электропривод колебательного движения характеризуется более высокими энергетическими показателями и динамикой движения, а также - координатной точностью, что объясняется приближением закона изменения результирующего вектора потокосцепления, а, следовательно, и развиваемого колебательного усилия к гармоническому закону.