Результат интеллектуальной деятельности: ЭЛЕКТРОПРИВОД КОЛЕБАТЕЛЬНО-ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводам переменного тока периодического движения, и может быть использовано при создании вибрационных электроприводов для перемешивания сыпучих, пастообразных и жидких веществ.

Известен электропривод колебательного движения [RU 107650 U1, МПК H02P 25/02 (2006.01), Н02Р 27/04 (2006.01), H02K 33/04 (2006.01), опубл. 20.08.2011], содержащий 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, функциональный преобразователь, фазовращатель, фазовый детектор, ключ и сумматор. Выход сумматора соединен с входом преобразователя напряжение-частота. Выход прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом частотного демодулятора. Вход частотного демодулятора снабжен зажимами для подключения к источнику переменного тока. Ключ соединен первым входом с выходом преобразователя напряжение-частота, вторым входом - с выходом функционального преобразователя, а третьим входом - с выходом фазового детектора. Выход ключа подключен к входу инвертора. Первый вход фазового детектора соединен с выходом фазовращателя, вход которого соединен с выходом преобразователя напряжение-частота. Второй вход фазового детектора подключен к источнику переменного тока. Вход функционального преобразователя подключен к выходу прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Однако несмотря на то что в данном электроприводе формируется режим мягкого периодического реверса и обеспечивается как высокая стабильность по частоте колебаний, так и безударный пуск по электромагнитному моменту в заданном диапазоне изменения частоты колебаний, он не позволяет формировать колебательно-вращательный режим работы подвижного элемента привода.

Задачей изобретения является расширение эксплуатационных возможностей электропривода за счет формирования колебательно-вращательного режима работы с регулируемыми параметрами движения.

Поставленная задача решена за счет того, что электропривод колебательно-вращательного 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 входом преобразователя напряжение-частота. Выход прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом частотного демодулятора. Вход частотного демодулятора снабжен зажимами для подключения к источнику переменного тока.

Согласно изобретению в электропривод введены фазовое звено и второй сумматор. Первый вход второго сумматора соединен с выходом преобразователя напряжение-частота, а второй вход второго сумматора соединен с выходом фазового звена. Выход второго сумматора соединен с входом инвертора напряжения. Вход фазового звена подключен к источнику переменного тока.

Использование фазового звена и второго сумматора позволяет создать колебательно-вращательный режим работы электропривода с регулируемыми выходными параметрами и тем самым расширить эксплуатационные возможности известного устройства.

На фиг. 1 представлена блок-схема заявляемого устройства.

На фиг. 2 представлены временные диаграммы изменения координаты подвижного элемента асинхронного двигателя χ(t), электромагнитного момента М_эм(t) и скорости ξ(t) при запуске на частоту Ω заявляемого устройства.

Электропривод колебательно-вращательного движения (фиг. 1) состоит из асинхронного двигателя 1 с обмотками возбуждения 2 и управления 3, частотного демодулятора 4 (ЧД), первого сумматора 5 (СМ1), прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения 6 (ПБП), преобразователя напряжение-частота 7 (ПНЧ), фазового звена 8 (ФЗ), второго сумматора 9 (СМ2), инвертора напряжения 10 (ИН).

Обмотка возбуждения 2 асинхронного двигателя 1 снабжена клеммами и подключена к источнику переменного тока частоты f₁, а обмотка управления 3 - к выходу инвертора напряжения 10 (ИН). Выход первого сумматора 5 (СМ1) соединен с входом преобразователя напряжение-частота 7 (ПНЧ). Первый вход первого сумматора 5 (СМ1) подключен к выходу прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения 6 (ПБП), а второй вход - к выходу частотного демодулятора 4 (ЧД). Вход частотного демодулятора 4 (ЧД) подключен к источнику переменного тока частоты f₁. Второй сумматор 9 (СМ2) соединен первым входом с выходом преобразователя напряжение-частота 7 (ПНЧ), а вторым входом - с выходом фазового звена 8 (ФЗ). Вход фазового звена 8 (ФЗ) подключен к источнику переменного тока частоты f₁. Выход второго сумматора 9 (СМ2) соединен с входом инвертора напряжения 10 (ИН).

При технической реализации макетного образца заявляемого устройства частотный демодулятор 4 (ЧД) и преобразователь напряжение-частота 7 (ПНЧ) были выполнены на микросхеме КР 11081ПП1. В качестве сумматоров 5 (СМ1) и 9 (СМ2) 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. Фазовое звено 8 (ФЗ) было выполнено как фазовое звено первого порядка на операционном усилителе К140УД6 и понижающем трансформаторе. В качестве инвертора напряжения 10 (ИН) использовался мостовой инвертор с транзисторными ключами.

Электропривод колебательно-вращательного движения работает следующим образом. Обмотка возбуждения 2 двухфазного асинхронного двигателя 1 подключена к источнику переменного тока частоты f₁

U₂=U_m1cos(2·π·f₁·t+α),

где U_m1 - амплитуда напряжения источника переменного тока частоты f₁;

α - начальная фаза напряжения источника переменного тока;

t - текущее значение времени,

а обмотка управления 3 подключена к выходу инвертора напряжения 10 (ИН).

Напряжение с выхода источника переменного тока частоты f₁ поступает на вход фазосдвигающего звена 8 (ФЗ), где оно сдвигается по фазе относительно входного напряжения на ±90 градусов

U₈=k₈·U_m1·cos(2·π·f₁·t+α±π/2)=±k₈·U_m1·sin(2·π·f₁·t+α),

где k₈ - коэффициент передачи фазосдвигающего звена 8 (ФЗ),

и подается на второй вход второго сумматора 9 (СМ2).

Одновременно напряжение с выхода источника переменного тока частоты f₁ поступает на вход частотного демодулятора 4 (ЧД), с выхода которого снимается постоянное напряжение, пропорциональное по величине частоте источника переменного тока f₁

U₄=k₄·f₁,

где k₄ - коэффициент передачи частотного демодулятора 4 (ЧД).

Напряжение с выхода прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения 6 (ПБП), пропорциональное частоте колебаний f_к подвижного элемента электропривода

U₆=k₆·f_к,

где k₆ - коэффициент пропорциональности регулируемого блока питания постоянного напряжения 6 (ПБП),

поступает на первый вход первого сумматора 5 (СМ1).

На второй вход первого сумматора 5 (СМ1) поступает напряжение с выхода частотного демодулятора 4 (ЧД) U₄.

Полученное напряжение в результате сложения на первом сумматоре 5 (СМ1) напряжений U₄ и U₆ преобразуется преобразователем напряжение-частота 7 (ПНЧ) в переменное напряжение с частотой f₂

U₇=U_m2sin(2πf₂t+β),

где U_m2 - амплитуда выходного напряжения преобразователя напряжение-частота 7 (ПНЧ);

f₂=k₇(k₄·f₁+k₆·f_к);

k₇ - коэффициент пропорциональности преобразователя напряжение частота 7 (ПНЧ).

Сформированное напряжение U₇ поступает на первый вход второго сумматора 9 (СМ2) и складывается в нем с напряжением U₈

U₉=[U_m2·sin(2·π·f₂·t+β)±k₈·U_m1·sin(2·π·f·t+α)].

Суммарное напряжение с выхода второго сумматора поступает на управляющий вход инвертора напряжения 10 (ИН).

Инвертор напряжения 10 (ИН) усиливает входной сигнал по мощности и запитывает обмотку управления 3 асинхронного двигателя напряжением

U₁₀=k₁₀[U_m2·sin(2·π·f₂·t+β)±k₈·U_m1·sin(2·π·f·t+α)],

где k₁₀ - коэффициента передачи инвертора напряжения 10 (ИН).

В результате в воздушном зазоре асинхронного двигателя формируется электромагнитное поле, имеющее две составляющие:

- колебательную, от взаимодействия напряжений

U_m1cos(2·π·f₁·t+α) и U_m2·sin(2·π·f₂·t+β);

- вращательную, от взаимодействия напряжений

U_m1cos(2·π·f₁·t+α) и ±U_m3·sin(2·π·f₁·t+α),

где U_m3=k₈U_m1,

благодаря чему подвижный элемент асинхронного двигателя начинает совершать колебательно-вращательное движение. На фиг. 2 представлены временные диаграммы, иллюстрирующие согласно заявляемому устройству законы изменения момента M(t), скорости ξ(t) и координаты χ(t) подвижного элемента асинхронного двигателя 1.

Точность задания и поддержания частоты колебаний f_к определяется стабильностью прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения 6 (ПБП). Скорость вращательной составляющей закона движения подвижного элемента двигателя регулируется величиной коэффициента передачи фазового звена 8 (ФЗ), а направление движения - полярностью фазового сдвига фазового звена 8 (ФЗ). Регулирование амплитуды колебаний осуществляется за счет изменения амплитуды выходного напряжения U_m2 преобразователя напряжение-частота 7 (ПНЧ).