RU2006173C1

RU2006173C1 - Vibratory electric drive

Info

Publication number: RU2006173C1
Authority: RU
Inventors: Анатолий Иванович Копейкин; Александр Семенович Грибакин
Original assignee: Анатолий Иванович Копейкин; Александр Семенович Грибакин
Priority date: 1992-08-08
Filing date: 1992-08-08
Publication date: 1994-01-15

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: some stator leads of AC machine with active rotor are connected to variable-frequency and variable-amplitude AC power supply and other ones, to adjustable DC source. EFFECT: simplified implementation of such drives in practice, improved reliability of a number of test and vibratory facilities, enlarged functional capabilities which makes them suitable for use in measuring devices and as actuating devices in computer-aided process control systems with oscillatory movement of control element. 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной, испытательной технике, а также системам автоматического управления, и может быть использовано при разработке средств динамической градуировки различных измерителей, установок для испытаний на кручение, разработке технических средств в вибрационных технологических процессах, при выборе задающего устройства для формирования требуемого закона движения во многих электромеханических системах. The invention relates to measuring, testing equipment, as well as automatic control systems, and can be used in the development of dynamic calibration tools for various meters, torsion testing facilities, the development of technical means in vibration technological processes, when selecting a master device for generating the required law of motion in many electromechanical systems.

Известно, что для динамической градуировки датчиков угловых ускорений применяют различные электроприводы, основанные на способах воспроизведения крутильных колебаний: крутильный маятник с электродинамическим приводом в режиме вынужденных и свободных колебаний; управляемыми электродвигателями постоянного тока. It is known that for the dynamic calibration of angular acceleration sensors, various electric drives are used, based on methods for reproducing torsional vibrations: a torsion pendulum with an electrodynamic drive in the mode of forced and free vibrations; controlled DC motors.

Первый способ реализован в установке ОКМ-1, основным узлом которой является крутильный маятник, образованный якорем электродинамического электродвигателя постоянного тока и торсионом, колеблющимися в резонансном режиме. Обмотка якоря двигателя питается переменным током от усилителя мощности, управляемого высокостабильным генератором. К одному из концов вала электродвигателя крепят сменные торсионы, а на другом конце устанавливают платформу с градуируемым измерителем. Изменением частоты генератора производится выбор амплитуды требуемого движения. The first method is implemented in the OKM-1 installation, the main node of which is a torsion pendulum formed by the armature of a direct current electrodynamic electric motor and a torsion oscillating in resonance mode. The motor armature winding is powered by alternating current from a power amplifier controlled by a highly stable generator. Replaceable torsions are attached to one end of the motor shaft, and a platform with a graduated meter is installed on the other end. By changing the frequency of the generator, the amplitude of the required movement is selected.

Второй способ реализуют в электроприводе на базе управляемого электродвигателя постоянного тока с щетками, вращающимися относительно статора с возможностью задания колебания движений регулированием тока якоря и угловой скоростью щеточного устройства [1] . The second method is implemented in an electric drive based on a controlled DC motor with brushes rotating relative to the stator with the possibility of setting oscillation of movements by adjusting the armature current and the angular speed of the brush device [1].

Анализ отмеченных устройств показывает общность их pеализации с применением в качестве возбудителя механических колебаний электродвигателей постоянного тока, обладающих известными достоинствами и недостатками из-за наличия коллектора и щеточного узла и основанных на резонансных явлениях электромеханических систем. An analysis of the indicated devices shows the generality of their implementation with the use of mechanical vibrations of direct current motors as the causative agent, which have known advantages and disadvantages due to the presence of a collector and brush assembly and based on the resonance phenomena of electromechanical systems.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению и выбранный в качестве прототипа является колебательный электропривод с использованием качающегося магнитного поля в асинхронной машине с короткозамкнутым ротором. Сущность работы этого электропривода состоит в том, что при питании статора асинхронной машины токами различных частот на валу ротора двигателя возникает знакопеременный вибрационный момент. При этом характер крутильных колебаний зависит от соотношения частот, подаваемых на неподвижные обмотки статора. Так, при использовании двухфазного двигателя с пространственным сдвигом обмоток на 90 электрических градусов и питании одной из обмоток постоянным током, а другой обмотки - переменным током движения ротора представляют собой крутильные колебания с частотой источника переменного тока [2] . The closest in technical essence to the invention and selected as a prototype is an oscillating electric drive using a swinging magnetic field in an asynchronous squirrel-cage machine. The essence of the operation of this electric drive is that when the stator of the asynchronous machine is supplied with currents of different frequencies, an alternating vibrational moment occurs on the rotor shaft of the motor. The nature of torsional vibrations depends on the ratio of frequencies supplied to the fixed stator windings. So, when using a two-phase motor with a spatial shift of the windings by 90 electrical degrees and feeding one of the windings with direct current, and the other windings with alternating current, the rotor movements represent torsional vibrations with the frequency of the alternating current source [2].

Однако, как показано в той же работе и как следует из физической сущности процессов в машине при этом режиме, знакопеременный момент пропорционален угловой скорости качания ротора, поэтому с уменьшением частоты источника питания переменного тока величина вибрационного момента уменьшается и на частотах порядка нескольк их герц и тем более ниже становится несущественной. Безусловно, это снижает практическую ценность указанного колебательного электропривода в отмеченном диапазоне частот и делается невозможной реализация устройств как для динамической градуировки датчиков угловых ускорений, так и других средств с использованием принципа качающегося магнитного поля в этом интервале частот. However, as shown in the same work and as follows from the physical nature of the processes in the machine in this mode, the alternating moment is proportional to the angular velocity of the rotor swing, therefore, with a decrease in the frequency of the AC power source, the value of the vibration moment decreases at frequencies of the order of several hertz and more lower becomes insignificant. Of course, this reduces the practical value of the indicated oscillatory electric drive in the indicated frequency range and it becomes impossible to implement devices for dynamically calibrating angular acceleration sensors, as well as other means using the principle of a swaying magnetic field in this frequency range.

Цель изобретения - увеличение диапазона амплитуды и частот крутильных колебаний и КПД преобразования. The purpose of the invention is to increase the range of amplitudes and frequencies of torsional vibrations and conversion efficiency.

Это достигается тем, что в колебательном электроприводе, содержащем электродвигатель переменного тока, одни выводы статора которого подключены к источнику переменного тока, а другие - к источнику постоянного тока, источник переменного тока выполнен регулируемым по частоте и амплитуде, источник постоянного тока - регулируемым по величине, а ротор - активным. При реализации изобретения расширяется диапазон частот и амплитуд колебаний в низкочастотной области из-за выполнения ротора активным и возможности управления частотой и амплитудой источника переменного тока, а также величиной постоянного тока. Регулируемые источники постоянного и переменного тока позволяют выбрать энергетически выгодный режим работы колебательного электропривода с изменением параметров механической нагрузки за счет соответствующего смещения резонансной частоты привода. This is achieved by the fact that in an oscillating electric drive containing an alternating current electric motor, some of the stator leads of which are connected to an alternating current source and others to a direct current source, the alternating current source is adjustable in frequency and amplitude, and the direct current source is adjustable in magnitude, and the rotor is active. When implementing the invention, the range of frequencies and amplitudes of oscillations in the low-frequency region is expanded due to the active rotor and the ability to control the frequency and amplitude of the AC source, as well as the magnitude of the direct current. Adjustable sources of direct and alternating current allow you to choose the energy-efficient mode of operation of the oscillatory electric drive with a change in the parameters of the mechanical load due to the corresponding shift of the resonant frequency of the drive.

На чертеже показан предлагаемый электропривод. The drawing shows the proposed drive.

Электропривод содержит электродвигатель 1 переменного тока с обмотками статора 1'и активным ротором 1'', систему 2 управления, включающую источник 3 переменного тока, состоящий из задающего устройства 4 и электронного усилителя 5, источника 6 постоянного тока регулируемой величины. The electric drive comprises an AC electric motor 1 with stator windings 1'and an active rotor 1 '', a control system 2, including an AC source 3, consisting of a driver 4 and an electronic amplifier 5, a variable-voltage direct current source 6.

Колебания требуемой формы, амплитуды и частоты формируются задающим устройством 4, затем усиливаются по мощности электронным усилителем 5 и подаются на одни выводы статора электродвигателя. Для фиксации нулевого положения ротора 1'', а также получения необходимой полосы пропускания и желаемых характеристик привода используется источник постоянного тока регулируемой величины, выход которого подключается к другим выводам статора. Выбором параметров как источника 3, так и источника 6 обеспечивается увеличение диапазона амплитуды и частот колебаний, форма движения, а также энергетически выгодный режим работы привода при изменении механической нагрузки. Oscillations of the required shape, amplitude and frequency are generated by the master 4, then amplified by power by an electronic amplifier 5 and fed to one of the stator leads of the electric motor. To fix the zero position of the 1 '' rotor, as well as to obtain the necessary bandwidth and the desired characteristics of the drive, an adjustable DC source is used, the output of which is connected to other stator leads. The choice of the parameters of both source 3 and source 6 provides an increase in the range of amplitude and vibration frequencies, the form of movement, as well as the energy-efficient mode of operation of the drive when the mechanical load changes.

Кроме того, использование электродвигателя переменного тока с активным ротором в данном приводе позволяет упростить практическую реализацию, повысить надежность ряда устройств, а также расширить их применение как в измерительных целях, так и в качестве исполнительных устройств АСУТП с колебательным движением регулирующего органа. (56) 1. Шваб И. А. Измерение угловых ускорителей. М. : Машиностроение, 1983, с. 127 и 128. In addition, the use of an alternating current electric motor with an active rotor in this drive makes it possible to simplify the practical implementation, increase the reliability of a number of devices, and also expand their use both for measuring purposes and as control devices with oscillatory movement of the regulatory body. (56) 1. Shvab I.A. Measurement of angular accelerators. M.: Mechanical Engineering, 1983, p. 127 and 128.

2. Петров И. И. и Мейстель Л. М. Специальные режимы работы асинхронного электропривода. М. : Энергия, 1968, с. 168-171. 2. Petrov I.I. and Meistel L. M. Special modes of operation of an asynchronous electric drive. M.: Energy, 1968, p. 168-171.

Claims

Oscillating electric drive, containing an alternating current electric motor, some of the stator leads of which are connected to an alternating current source, and others to a direct current source, characterized in that the alternating current source is adjustable in frequency and amplitude, the direct current source is adjustable in magnitude, and the rotor executed active.