Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме прерывистого движения

Полезная модель направлена на повышение координатной точности подвижного элемента двухфазного асинхронного двигателя при формировании прерывистого закона движения и может быть использована при создании приводов механизмов с регулируемым прерывистым перемещением, например приводов лентопротяжных и регистрирующих устройств, а также в системах испытания и контроля. Это достигается тем, что в устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме прерывистого движения, содержащее задающий генератор и инвертор, выход которого соединен с обмоткой управления двухфазного асинхронного двигателя введены выпрямитель, второй инвертор, регулируемое фазосдвигающее звено и задающий генератор, выход которого соединен с входом выпрямителя. Выход выпрямителя соединен с входом регулируемого фазосдвигающего звена и входом первого инвертора. Выход регулируемого фазосдвигающего звена подключен к входу второго инвертора, выход которого соединен с обмоткой возбуждения двухфазного асинхронного двигателя. 3 ил.

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, приводов лентопротяжных и регистрирующих устройств, а также в системах испытания и контроля.

Известно устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме прерывистого движения [Патент РФ 97882, МПК Н02Р 8/100 (2006.1), H02Р 8/20 (2006.1), опубл.20.09.2010], содержащее источник переменного тока и инвертор, выход которого соединен с обмоткой управления двухфазного асинхронного двигателя, обмотка возбуждения которого подключена к источнику переменного тока, а также задающий генератор, амплитудный модулятор, компаратор, фазовое звено, модулятор, соединенный первым входом с выходом амплитудного модулятора, а вторым - с выходом компаратора. Выход задающего генератора соединен с входом компаратора и со вторым входом амплитудного модулятора, первый вход которого соединен с выходом фазового звена, подключенного своим входом к источнику переменного тока. Выход модулятора соединен с входом инвертора.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Однако, не смотря на то, что в данном устройстве формируется шаговый режим работы исполнительного двигателя за счет амплитудно-балансной модуляции фазных напряжений, в нем принципиально в законе движения подвижного элемента исполнительного двигателя присутствуют гармоники частоты сети. Кроме того, в указанном устройстве нельзя регулировать время разгона подвижного элемента двухфазного асинхронного двигателя до установившегося значения амплитуды шага.

Задачей изобретения является расширение эксплуатационных возможностей устройства для управления двухфазным асинхронным двигателем, работающим в режиме прерывистого движения путем повышения его координатной точности за счет устранения высокочастотных пульсаций частоты сети и регулирования времени разгона подвижного элемента двухфазного асинхронного двигателя до установившегося значения амплитуды шага.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме прерывистого 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, второй инвертор и выпрямитель, соединенный своим входом с выходом задающего генератора, а выходом - с входом первого инвертора и регулируемого фазосдвигающего звена, выход которого подключен к входу второго инвертора, связанного выходом с обмоткой возбуждения двухфазного асинхронного двигателя.

Таким образом, введение выпрямителя, регулируемого фазосдвигающего звена и, второго инвертора позволяет создать режим прерывистого движения, расширить эксплуатационные возможности устройства, обеспечив отсутствие выходных пульсаций частоты питающей сети в законе движения подвижного элемента двигателя и регулирование его времени разгона.

На фиг.1 представлена блок-схема заявляемого устройства.

На фиг.2 представлены временные диаграммы работы устройства.

На фиг.3 представлены временные диаграммы изменения скорости (t) и координаты (t) подвижного элемента асинхронного двигателя.

Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме прерывистого движения содержит асинхронный двигатель 1 с обмотками возбуждения 2 и управления 3, задающий генератор 4 (ЗГ), выпрямитель 5 (В), регулируемое фазосдвигающее звено 6 (ФСЗ), первый инвертор напряжения 7 (ИН1), второй инвертор напряжения 8 (ИН2).

Обмотка управления 3 асинхронного двигателя 1 снабжена клеммами и подключена к выходу первого инвертора напряжения 7 (ИН1), а обмотка возбуждения 2 - к выходу второго инвертора напряжения 8 (ИН2). Вход второго инвертора напряжения 8 (ИН2) соединен с выходом регулируемого фазосдвигающего звена 6 (ФСЗ). Вход выпрямителя 5 (В) подключен к выходу задающего генератора 4 (ЗГ), а выход - к входу регулируемого фазосдвигающего звена 6 (ФСЗ) и входу первого инвертора напряжения 7 (ИН1).

При технической реализации макетного образца заявляемого устройства задающий генератор 4 (ЗГ) реализован на операционных усилителях серии 140 УД8. Выпрямитель 5 (В) выполнен по однополупериодной схеме на полупроводниковом диоде. Регулируемое фазосдвигающее звено 6 (ФСЗ) выполнено на базе операционного усилителя 140УД8 и транзисторного ключа КТ315, переключающем полярность выходного напряжения. Инверторы напряжения 7 (ИН1) и 8 (ИН2) выполнены по мостовой схеме на транзисторных ключах.

Устройство работает следующим образом. Обмотка возбуждения 2 двухфазного асинхронного двигателя 1 подключена к выходу второго инвертора 8 (ИН2), а обмотка управления 3 - к выходу первого инвертора 7 (ИН7).

Напряжение с задающего генератора 4 (ЗГ)

,

где U_m, - амплитудное значение напряжения задающего генератора;

f_ш - частота шага;

t - текущее значение времени,

поступает на вход однополупериодного выпрямителя 5 (В) где оно преобразуется в однополярное напряжение (фиг.2),

,

где k₅ - коэффициент передачи выпрямителя;

=2f_Ш - круговая частота задающего генератора.

С выхода выпрямителя 5 (В) сформированное напряжение поступает на вход регулируемого фазосдвигающего звена 6 (ФСЗ), где оно сдвигается по фазе относительно выходного напряжения выпрямителя 5 (В) от 0 до 90 градусов (фиг.2), изменяя тем самым длительность включения двухфазного асинхронного двигателя 1. Знак выходного напряжения регулируемого фазосдвигающего звена 6 (ФСЗ) определяется полярностью опорного напряжения. При максимальном фазовом угле сдвига (90 градусов) выходное напряжение, снимаемое с выхода регулируемого фазосдвигающего звена 6 (ФСЗ), имеет вид

,

где k₆ - коэффициент передачи фазосдвигающего звена.

Полученные напряжения с выхода регулируемого фазосдвигающего звена 6 (ФСЗ) и выпрямителя 5 (В) усиливаются по мощности соответственно вторым 8 (ИН2) и первым 7 (ИН1) инверторами напряжения.

В результате в воздушном зазоре двухфазного асинхронного двигателя 1 формируется шаговое электромагнитное поле

,

где k₇, k₈, - коэффициенты передачи соответственно первого и второго инверторов,

и подвижный элемент начинает со скоростью {t} совершать шаговые движения (t) с частотой f_Ш (фиг.3).

Регулирование частоты шага осуществляется задающим генератором 4 (ЗГ), а направление движения подвижного элемента двухфазного асинхронного двигателя - полярностью выходного напряжения регулируемого фазосдвигающего звена 6 (ФСЗ). Регулирование времени разгона t_p подвижного элемента двухфазного асинхронного двигателя 1 до установившегося значения амплитуды шага, осуществляется за счет изменения фазового сдвига между выходным напряжением выпрямителя 5 (В) и выходным напряжением регулируемого фазосдвигающего звена 6 (ФСЗ). Точность задания и поддержания частоты шага определяется стабильностью задающего генератора 4 (ЗГ), который в ряде случаев может быть выполнен с кварцевой стабилизацией частоты. Регулирование амплитуды шага осуществляется за счет изменения коэффициента передачи k ₇ первого инвертора напряжения 7 (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.

Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме прерывистого движения, содержащее задающий генератор и инвертор, выход которого соединен с обмоткой управления двухфазного асинхронного двигателя, отличающееся тем, что выход задающего генератора соединен с входом выпрямителя, выход которого соединен с входом регулируемого фазосдвигающего звена и входом первого инвертора, выход регулируемого фазосдвигающего звена подключен к входу второго инвертора, выход которого соединен с обмоткой возбуждения двухфазного асинхронного двигателя.