Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме прерывистого движения
Полезная модель направлена на стабилизацию амплитуды координаты подвижного элемента асинхронного двигателя при регулировании частоты шага. Это достигается тем, что в устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме прерывистого движения, содержащее 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, введены модулятор с регулируемым коэффициентом передачи по напряжению, компаратор и второй преобразователь напряжение-частота, соединенный своим входом с выходом прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения, а выходом - с входом компаратора, выход которого соединен со вторым входом модулятора с регулируемым коэффициентом передачи по напряжению, первый вход которого соединен с выходом первого преобразователя напряжение-частота, управляющий вход модулятора связан с выходом прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения, а выход - с управляющим входом инвертора. 1 ил.
Полезная модель относится к электротехнике, в частности к колебательным электроприводам переменного тока, с прерывистым законом движения и может быть использовано при создании приводов силовых механизмов с регулируемым прерывистым перемещением, например приводов подачи кузнечнопрессового оборудования или технологических линий подачи заготовок в штамп.
Известно устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем, обмотка возбуждения которого снабжена клеммами для подключения к источнику переменного тока и содержащее 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 устройстве формируется режим мягкого периодического реверса и обеспечивается высокая стабильность по частоте колебаний, оно не позволяет формировать шаговый режим работы исполнительного двигателя и тем более стабилизировать амплитуду координаты подвижного элемента двигателя при регулировании частоты шага.
Задачей изобретения является расширение эксплуатационных возможностей устройства для управления двухфазным асинхронным двигателем, работающего в режиме прерывистого движения путем стабилизации амплитуды координаты подвижного элемента двигателя при регулировании частоты шага.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме прерывистого движения, так же как и прототип содержит 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 модулятор с регулируемым коэффициентом передачи по напряжению, компаратор и второй преобразователь напряжение-частота, соединенный своим входом с выходом прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения, а выходом - с входом компаратора, выход которого соединен со вторым входом модулятора с регулируемым коэффициентом передачи по напряжению, первый вход которого соединен с выходом первого преобразователя напряжение-частота, управляющий вход модулятора связан с выходом прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения, а выход - с управляющим входом инвертора.
Таким образом, введение модулятора с регулируемым коэффициентом передачи по напряжению, второго преобразователя напряжение-частота и компаратора позволяет создать режим прерывистого движения, расширить эксплуатационные возможности устройства, обеспечив постоянство амплитуды координаты при регулировании частоты шага при заданных параметрах нагрузки.
На фиг.1 представлена блок-схема заявляемого устройства.
Она 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), первый преобразователь напряжение-частота 7 (ПНЧ1), инвертор напряжения 8 (ИН), второй преобразователь напряжение-частота 9 (ПНЧ2), компаратор 10 (KM), модулятор с регулируемым коэффициентом передачи по напряжению 11 (МД). Обмотка возбуждения 2 асинхронного двигателя 1 снабжена клеммами и подключена к источнику переменного тока частоты f1. Выход сумматора 5 (CM) соединен с входом первого преобразователя напряжение-частота 7 (ПНЧ1). 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 f1 . Второй преобразователь напряжение-частота 9 (ПНЧ2), соединен своим входом с выходом прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения 6 (ПБП), а выходом - с входом компаратора 10 (KM), выход которого соединен со вторым входом модулятора с регулируемым коэффициентом передачи по напряжению 11 (МД), первый вход которого соединен с выходом первого преобразователя напряжение-частота 7 (ПНЧ1), управляющий вход модулятора связан с выходом прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения 6 (ПБП), а выход - с управляющим входом инвертора 8 (ИН). Выход инвертора 8 (ИН) подключен к обмотке управления 3 асинхронного двигателя 1.
При технической реализации макетного образца заявляемого устройства частотный демодулятор 4 (ДМ) и преобразователи напряжение-частота 7 (ПНЧ1), 9 (ПНЧ2) были выполнены на микросхеме КР 1108ПП1. В качестве сумматора 5 (CM) и компаратора 10 (KM) 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. Модулятор с регулируемым коэффициентом передачи по напряжению 11 (МД) был выполнен на дифференциальном усилителе с токопитающим каскадом на базе микросхемы К1УТ981. В качестве инвертора напряжения 8 (ИН) использовался мостовой инвертор с транзисторными ключами.
Устройство работает следующим образом. Обмотка возбуждения 2 исполнительного двигателя 1 подключена непосредственно к клеммам источника переменного напряжения (сети) частоты f1, а обмотка управления 3 через инвертор напряжения 8 (ИН) запитывается от модулятора с регулируемым коэффициентом передачи по напряжению 11 (МД). С прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения 6 (ПБП) постоянное напряжение, пропорциональное частоте шага
U6=k 6·fш,
где k6, - коэффициент пропорциональности,
поступает на вход второго преобразователя напряжение-частота 9 (ПНЧ2), с выхода которого снимается напряжение
U9=k 9·sin(2·
·fш)·t,
где k9 - коэффициент передачи второго преобразователя напряжение-частота. Компаратор 10 (KM) преобразует входное напряжение U9 в однополярные прямоугольные импульсы, знак которых определяется его опорным напряжением
где k10 - коэффициент передачи компаратора.
С выхода компаратора однополярные прямоугольные импульсы поступают на второй вход модулятора с регулируемым коэффициентом передачи по напряжению 11 (МД), на первый вход которого поступает напряжение с выхода первого преобразователя напряжение-частота 7 (ПНЧ1)
где k7 - коэффициент передачи первого преобразователя напряжение-частота;
f1 - абсолютное значение девиации частоты сети.
На выходе модулятора с регулируемым коэффициентом передачи по напряжению формируется напряжение
где k11 - коэффициент передачи модулятора.
Полученное напряжение усиливается по мощности инвертором напряжения 8 (ИН) и поступает на обмотку управления 3 исполнительного двигателя.
В результате подвижный элемент АД начинает совершать шаговые движения с частотой fш и амплитудой, первая гармоническая составляющая которой определяется как
где Мпуск - электромагнитный пусковой момент АД;
fдемп - коэффициент электромагнитного демпфирования двигателя;
L мех, Rмех - коэффициенты инерционной и демпфирующей (жидкостное трение) сил нагрузки.
Для поддержания постоянства амплитуды 
макс при регулировании частоты шага fш Для заданных параметров нагрузки согласно уравнению (1) необходимо чтобы выполнялось условие
Выражение (2) определяет условие автономности регулирования кинематических параметров при шаговом движении ротора двигателя. С учетом, что при регулировании АД по обмотке управления
где G1, G2, G 3, коэффициенты, определяемые параметрами электрической машины и пренебрегая составляющей жидкостного трения Rмex можно записать
откуда следует, что коэффициент передачи модулятора при регулировании частоты шага fш должен изменяться по алгоритму
Учитывая, что максимальная частота шага fш, макс как минимум на порядок меньше частоты питающей сети f1, а также, что коэффициент передачи модулятора должен изменяться от 0 до 1, то представленный алгоритм (3) с достаточной степенью точности апроксимируется в заданном частотном диапазоне изменения частоты шага прямой линией
Как показали результаты экспериментальных исследований, максимальное отклонение амплитуды шага в диапазоне отношения частот 
при реализации алгоритма (4) составило 1,09%.
Таким образом, при k11=k6·fш,макс с изменением напряжения, снимаемого с прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения 6 (ПБП) обеспечивается одновременное регулирование частоты шага и выходного напряжения модулятора 11 (МД), а, следовательно, и выходного напряжения инвертора напряжения 8 (ИН). Благодаря этому осуществляется стабилизация амплитудного значения координаты макс при регулировании частоты шага, что расширяет эксплуатационные возможности устройства для управления двухфазным двигателем в режиме прерывистого движения.
Блоки 4 (ЧД), 5 (CM), 7 (ПНЧ1) предназначены для стабилизации частоты шага и работают согласно описанию [Патент РФ 1775835, МПК Н02Р 7/62].
Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме прерывистого движения, содержащее 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, отличающееся тем, что в него введены модулятор с регулируемым коэффициентом передачи по напряжению, компаратор и второй преобразователь напряжение-частота, соединенный своим входом с выходом прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения, а выходом - с входом компаратора, выход которого соединен со вторым входом модулятора с регулируемым коэффициентом передачи по напряжению, первый вход которого соединен с выходом первого преобразователя напряжение-частота, управляющий вход модулятора связан с выходом прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения, а выход - с управляющим входом инвертора.
