RU133990U1

RU133990U1 - Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения

Info

Publication number: RU133990U1
Application number: RU2013125274/07U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Владимирович Аристов; Василий Олегович Нагорный
Priority date: 2013-05-30
Filing date: 2013-05-30
Publication date: 2013-10-27

Abstract

Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения, содержащее задающий генератор и инвертор, выход которого соединен с обмоткой управления двухфазного асинхронного двигателя, отличающееся тем, что 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, подключенного своим входом к выходу задающего генератора, вход инвертирующего усилителя подключен к выходу задающего генератора, выход регулируемого фазосдвигающего звена подключен к входу второго инвертора, выход которого соединен с обмоткой возбуждения двухфазного асинхронного двигателя.

Description

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)

U₄=U_msin(2πf_п)t,

где U_m - амплитудное значение напряжения задающего генератора;

f_п - 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)

U₉=U_msin[(2πf_п)t+π]=U_msin(2πf_п)t.

Полученное напряжение с выхода инвертирующего усилителя 9 (ИУ) поступает на вход однополупериодного выпрямителя 10 (В) где оно преобразуется в однополярное напряжение (фиг.2)

,

где k₁₀ - коэффициент передачи выпрямителя 10 (В);

Ω=2πf_п - круговая частота задающего генератора.

С выхода однополупериодного выпрямителя 10 (В) напряжение U₁₀ поступает на вход первого инвертора напряжения 11 (ИН1) и усиливается по мощности

,

где k₁₁ - 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

U₅=k₅Ω,

где k₅ - коэффициент передачи частотного демодулятора 5 (ЧД).

Полученное напряжение U₅ поступает на вход функционального преобразователя 6 (ФП) где оно преобразуется в напряжение вида

U₆=k₆k₅Ω²,

где k₆ - 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)

U₇=k₇U_msin[(2πf_п)t-φ],

где k₇ - 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

'

где k₈ - коэффициенты передачи второго инвертора 8 (ИН2),

и подвижный элемент начинает со скоростью ξ(t) совершать шаговые движения χ(t) с частотой Ω=2πf_п (фиг.3). При этом величина амплитуды пульсации остается в течение полупериода частоты Ω постоянной.

Подбором коэффициента передачи функционального преобразователя 6 (ФП) k₆ производят настройку сдвига фазы φ регулируемого фазосдвигающего звена 7 (ФСЗ) для максимальной частоты пульсаций Ω.

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 k₁₁ 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.