ЭЛЕКТРОПРИВОД КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к колебательным электроприводам переменного тока и может быть использовано при создании приводов сканирования, калибровки, измерения, контроля и управления.
Известен электропривод колебательного движения, содержащий двухфазный асинхронный двигатель, обмотка возбуждения которого снабжена клеммами для подключения к источнику переменного тока и содержащий преобразователь напряжение-частота, инвертор, выход которого соединен с обмоткой управления двухфазного асинхронного двигателя, частотный демодулятор, прецизионный регулируемый блок питания постоянного напряжения и сумматор, выход которого соединен с выходом преобразователя напряжение-частота, выход которого подключен к входу инвертора, 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 [Патент РФ №1775835, МПК Н02Р 7/62].
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Однако, не смотря на то, что в данном электроприводе формируется режим мягкого периодического реверса и обеспечивается высокая стабильность по частоте колебаний, он не позволяет обеспечить требуемое качество электромагнитного переходного процесса, а именно, безударный пуск по электромагнитному моменту в заданном диапазоне изменения частоты колебаний.
Задачей изобретения является расширение эксплуатационных возможностей электропривода колебательного движения путем обеспечения безударного пуска при различных частотах колебаний подвижного элемента привода.
Поставленная задача достигается тем, что электропривод колебательного движения, так же как в прототипе, содержит двухфазный асинхронный двигатель, обмотка возбуждения которого подключена к источнику переменного тока, преобразователь напряжение-частота, инвертор, выход которого соединен с обмоткой управления двухфазного асинхронного двигателя, частотный демодулятор, прецизионный регулируемый блок питания постоянного напряжения и сумматор, выход которого соединен с выходом 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.
В отличие от прототипа в устройство введены функциональный преобразователь, фазовращатель, фазовый детектор, ключ, соединенный первым входом с выходом преобразователя напряжение-частота, вторым входом - с выходом функционального преобразователя, третьим входом - с выходом фазового детектора, а выходом - с входом инвертора, первый вход фазового детектора соединен с выходом фазовращателя, вход которого соединен с выходом преобразователя напряжение-частота, а второй вход фазового детектора подключен к источнику переменного тока, вход функционального преобразователя подключен к выходу прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения.
Таким образом, введение функционального преобразователя, фазовращателя, фазового детектора и ключа позволяет расширить эксплуатационные возможности устройства, обеспечив безударный пуск по моменту электропривода колебательного движения при различных частотах колебаний подвижного элемента привода.
На фиг.1 представлена блок схема электропривода колебательного движения.
На фиг.2 представлены временные диаграммы изменения электромагнитного момента.
1
1
1
Электропривод колебательного движения содержит асинхронный двигатель 1 с обмоткой возбуждения 2 и управления 3, частотный демодулятор 4 (ЧД), сумматор 5 (CM), прецизионный регулируемый блок питания постоянного напряжения 6 (ПБП), преобразователь напряжение-частота 7 (ПНЧ), инвертор напряжения 8 (ИН), функциональный преобразователь 9 (ФПР), фазовращатель 10 (ФВ), фазовый детектор 11 (ФД) ключ 12 (К). Обмотка возбуждения 2 асинхронного двигателя 1 снабжена клеммами и подключена к источнику переменного тока частоты f. Выход сумматора 5 (CM) соединен с входом преобразователя напряжение-частота 7 (ПНЧ). Первый вход сумматора 5 (CM) подключен к выходу частотного демодулятора 4 (ЧД), а второй - к выходу прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения 6 (ПБП). Вход частотного демодулятора 4 (ЧД) подключен к источнику переменного тока частоты f. Ключ 12 (К) соединен первым входом с выходом преобразователя напряжение-частота 7 (ПНЧ), вторым входом - с выходом функционального преобразователя 9 (ФПР), третьим входом - с выходом фазового детектора 11 (ФД), а выходом - с управляющим входом инвертора 8 (ИН). Первый вход фазового детектора 11 (ФД) связан с выходом фазовращателя 10 (ФВ), вход которого соединен с выходом преобразователя напряжение-частота 7 (ПНЧ). Второй вход фазового детектора 11 (ФД) подключен к источнику переменного тока частоты f. Вход функционального преобразователя 9 (ФПР) подключен к выходу прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения 6 (ПБП). Выход инвертора 8 (ИН) подключен к обмотке управления 3 асинхронного двигателя 1.
При технической реализации макетного образца заявляемого устройства частотный демодулятор 4 (ЧД) и преобразователи напряжение-частота 7 (ПНЧ), были выполнены на микросхеме КР 1108ПП1. В качестве сумматора 5 (CM), функционального преобразователя 9 (ФПР) использовались операционные усилители серии К140УД17. Прецизионный регулируемый блок питания постоянного напряжения 6 (ПБП) был выполнен на основе стабилизатора компенсационного типа, обладающего малым коэффициентом пульсаций и высокой температурной стабильностью. Фазовый детектор 11 (ФД) был выполнен на дифференциальном усилителе с токопитающим каскадом на базе микросхемы К1УТ981. Фазовращатель 10 (ФВ) реализован по схеме фазоопережающего звена на операционном усилителе К140УД6 с электронной перестройкой на транзисторе КП305Ж. Трехвходовой ключ 12 (К) выполнен по схеме компаратора на операционных усилителях К140УД6. В качестве инвертора напряжения 8 (ИН) использовался мостовой инвертор с транзисторными ключами.
1
Устройство работает следующим образом. Обмотка возбуждения 2 асинхронного двигателя 1 подключена непосредственно к клеммам источника переменного напряжения (сети) частоты f, а обмотка управления 3 запитывается от инвертора напряжения 8 (ИН).
к
Напряжение с выхода прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения 6 (ПБП), пропорциональное частоте колебаний f подвижного элемента электропривода
,
6
где k - коэффициент пропорциональности,
2
поступает через функциональный преобразователь 9 (ФП) на второй вход ключа 12 (К). Переменное напряжение частоты f с выхода преобразователя напряжение-частота 7 (ПНЧ)
,
7
где k - коэффициент пропорциональности преобразователя напряжение частота,
t - текущее значение времени,
поступает на вход фазовращателя 10 (ФВ) и непрерывно сдвигается по линейному закону по фазе со скоростью v(t). В результате сформированное на выходе фазовращателя 10 (ФВ) выходное напряжение
,
10
1
где k - коэффициент пропорциональности фазовращателя, поступает на первый вход фазового детектора 11 (ФД). На второй вход фазового детектора 11 (ФД) поступает напряжение с источника переменного тока частоты f
,
где k - коэффициент пропорциональности,
α - начальная фаза напряжения источника переменного тока.
10
Фазовый детектор формирует на своем выходе напряжение пропорциональное фазовому рассогласованию между напряжением U и U
,
11
10
где k - коэффициент передачи фазового детектора с учетом коэффициентов пропорциональности k и k.
11
Сформированное напряжение U поступает на третий вход ключа 12 (К), который работает по принципу компаратора. Как только напряжения, снимаемые с функционального преобразователя 9 (ФПР) и фазового детектора 11 (ФД) станут равными
,
ключ 12 (К) замыкается и напряжение с выхода преобразователя напряжение-частота поступает через ключ на управляющий вход инвертора напряжения 8 (ИН).
к
В результате осуществляется пуск асинхронного двигателя 1 в режим колебательного движения и подвижный элемент электропривода колебательного движения начинает совершать угловые колебания с частотой f.
1
7
Для обеспечения безударного пуска электропривода колебательного движения по моменту необходимо чтобы в момент пуска выполнялось условие обеспечения разности фаз φ между фазами напряжения U источника переменного тока частоты f и напряжения U, снимаемого с преобразователя напряжение-частота согласно алгоритму
01
где α - коэффициент затухания свободных составляющих тока статора исполнительного двигателя, численно равный
,
1
2
где R, R - активные сопротивления обмоток статора и ротора асинхронного двигателя,
1
2
L, L - индуктивности обмоток статора и ротора асинхронного двигателя,
М - взаимоиндуктивность,
2
1
2
коэффициент рассеяния σ=1-М/LL.
01
к
1
6
Учитывая, что коэффициент затухания α, как правило, на три порядка меньше чем круговая частота питающей сети, а также, что частота колебаний f как минимум на порядок ниже частоты питающей сети f то, при k=1 для обеспечения алгоритма (1), выходное напряжение функционального преобразователя 9 (ФПР) должно изменяться при регулировании частоты колебаний по закону
,
или
,
где коэффициент передачи функционального преобразователя .
Таким образом, с изменением напряжения, снимаемого с прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения 6 (ПБП) обеспечивается одновременное регулирование частоты колебаний и выходного напряжения функционального преобразователя 9 (ФПР), что обеспечивает включение асинхронного двигателя 1 в момент времени, когда выполняется алгоритм (1). Благодаря этому осуществляется безударный по моменту пуск электропривода колебательного движения при заданной частоте колебаний, что улучшает динамические показатели и расширяет эксплуатационные возможности электропривода колебательного движения.
1
2
1
2
к
На фиг.2 представлены временные диаграммы изменения электромагнитного момента электропривода колебательного движения, выполненного на базе асинхронного двигателя АИР 71 А2, имеющего следующие параметры R=9,195 Ом; R'=8,564 Ом; L=0,492 Гн; L=0,501 Гн; М=0,459 Гн при запуске на частоту колебаний f=4,5 Гц при реализации электропривода колебательного движения согласно заявляемому устройству а) и при использовании прототипа б).
1
Как видно, введение в структуру электропривода колебательного движения функционального преобразователя, фазовращателя, фазового детектора и ключа, соединенного первым входом с выходом преобразователя напряжение-частота, вторым входом - с выходом функционального преобразователя, третьим входом - с выходом фазового детектора, а выходом - с входом инвертора, первый вход фазового детектора соединен с выходом фазовращателя, вход которого соединен с выходом преобразователя напряжение-частота, а второй вход фазового детектора подключен к источнику переменного тока частоты f, вход функционального преобразователя подключен к выходу прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения позволяет при пуске компенсировать первые пики электромагнитного усилия.
Блоки 4 (ЧД), 5 (CM), 7 (ПНЧ) предназначены для стабилизации частоты колебаний и работают согласно описанию [Патент РФ №1775835, МПК Н02Р 7/62].