Электродвигатель с устройством регулирования момента и скорости

 

Использование: в электроприводах. Сущность изобретения: электродвигатель содержит статор 1 и ротор 2, состоящий из активной 3, содержащей токопроводящие элементы, и пассивной 4 частей. Ротор 2 винтовым соединением 7 связан с валом 5, а через упорный подшипник 8 и упругий элемент 9 связан с траверсой 6. Траверса 6 выполнена с возможностью осевого перемещения относительно статора и фиксации. Конструкция электродвигателя позволяет автоматически поддерживать заданную величину момента или скорости вращения вала электродвигателя при изменении нагрузки. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s Н 02 К 17/32

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.1 Л

" с 2. - .; j,,.,л

6 " " "".-,-,-,," р,:,, !, 00

О

О (Л

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ о. (21) 4763081/07 (22) 24.10.89 (46) 15.04.93. Бюл. гв 14 (71) Магнитогорский горно-металлургический институт им. Г.И.Носова (72) Г.П.Логийко, Н.А.Бендяк, М.И.Копылов, А.ВМелентов и В.П.Стариков (56) Авторское свидетельство СССР

И 1094112, кл. Н 02 К 17/32, 1983.

Патент Швейцарии

th 343520, кл. 21 d, 21/01, 1960. (54) ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С УСТРОЙСТ8ОМ РЕГУЛИРОВАНИЯ МОМЕНТА И СКОРОСТИ,, Ы„„1809501 А1 (57) Использование: в электроприводах.

Сущность изобретения, электродвигатель содержит статор 1 и ротор 2, состоящий из активной 3, содержащей .токопроводящие элементы, и пассивной 4 частей. Ротор 2 винтовым соединением 7 связан с валом 5, а через упорный подшипник 8 и упругий элемент 9 связан с траверсой 6. Траверса 6 выполнена с возможностью осевого перемещения относительно статора и фиксации;

Конструкция электродвигателя позволяет автоматически поддерживать заданную величину момента или скорости вращения вала электродвигателя при изменении нагрузки. 3 ил.

1809501 на механическая характеристика электродвигателя; на фиг. 3 — блок-схема электродвигателя с устройством регулирования момента и скорости.

Электродвигатель содержит статор 1, pomp 2, выполненный из активной 3, содержащей токопроводящие элементы, и пассивной 4 частей, Ротор 2 расположен на валу 5 и выполнен с воэможностью осевого

"0 перемещения относительно статора 1. Траверса 6 выполнена с возможностью осевого перемещения относительно статора 1 и фиксацией. Ротор 2 винтовым соединением 7 связан с валом 5 и через упорный подшип15 ник 8 и упругий элемент 9 связан с траверсой 6.

Рабочая точка 10 соответствует номинальному моменту при номинальной скорости. Рабочая точка 11 — моменту, больше

20 номинальногО при скорости, меньше номинальной. Рабочая точка 13 — моменту, меньше номинального, при скорости, больше номинальной. Рабочая точка 14 — моменту, меньше номинального, при номинальной

25 скорости. Точки 10, 11 и 13 расположены на естественной механической характеристике, точки 12 и 14 — на искусственной механической характеристике двигателя, Блок-схема устройства состоит из объ30 екта регулирования 15, датчика момента 16 и регулятора 17, Устройство работает следующим образом.

1, Режим регулирования момента

35 Величина момента, развиваемого ротором 2 (фиг, 1), кроме других, определяется положением ротора 2 относительно статора

1 и равна

60 D2

kA = 1/CA

50 где Сд — машинная постоянная Арнольда.

Функцию, описываемую уравнением (1). выполняет объект регулирования 15 (фиг. 3).

Объект регулирования 15 в электродвигателе с устройством регулирования момента и скорости выполнен в виде токопроводящих элементов активной части 3 (фиг. 1) ротора 2, При максимальной расчетной длине ротора 2, I д =! д m> активная часть 3 ротора 2 полностью взаимодействует с магнитным

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводам, и может быть использовано для регулирования момента и скорости электродвигателя, Предлагаемое изобретение направлено на обеспечение автоматического регулирования момента и скорости электропривода, Указанная задача достигается тем, что известный электродвигатель с устройством регулирования момента и скорости, содержащим статор, ротор, включающий активную, содержащую токопроводящие элементы, и пассивную части, расположенный на валу и выполненный с возможностью осевого перемещения относительно статора, траверсу, установленную на валу с возможностью осевого перемещения и фиксации, дополнительно снабжен упругим элементом и упорным подшипником, жестко связанным с ротором, причем ротор связан с валом винтовым соединением, а упругий элемент размещен на валу между траверсой и упорным подшипником, а ротор винтовым соединением связан с валом и через упорный подшипник и упругий элемент связан с траверсой, в электродвигателе устройство регулирования момента и скорости с механической обратной связью, отличительной — для работы в режиме регу-, . лирования, и положительной — в режиме регулирования скорости, Входным сигналом обратной связи является момент на ва-. лу электродвигателя, а выходным — осевое перемещение ротора Относительно статора, Это позволяет автоматически поддерживать заданную величину момента или скорости электродвигателя при изменении внешнего возмущающего воздействия, которые могут отличаться от заданных значений на 5-10; .

В предлагаемом устройстве ротор винтовым соединением связан с валом и . выполняет функцию датчика момента, преобразующего момент, создаваемый ротором, в усилие, действующее вдоль оси вала. 4

Использование винтового соединения ротора с валом в качестве датчика момента позволило создать в электродвигателе устройство регулирования момента и скорости, в котором датчик момента является звеном обратной связи. В результате у заявленного электродвигателя появились свойства автоматически поддерживать заданную величину момента или скорости электродвигателя при изменении внешних возмущающих воздействий, не совпадающие со свойствами известных решений, На фиг. 1 приведена принципиальная схема двигателя с устройством регулирования момента и скорости; на фиг. 2 приведегде Π— диаметр ротора;

1 д — расчетная длина ротора;

kA — коэффициент использования электрической части ротора.

1809501 (2) Foc=kF M, где kr — коэффициент обратной связи.

Функцию, описываемую уравнением (2), выполняет датчик момента 16 (фиг. 3), являющийся звеном обратной связи устройства регулирования момента и скорости электродвигателя. Звено обратной связи выполнено в виде винтового соединения 7 (фиг, 1). LUar винтового соединения 7 определяет величину коэффициента обратной связи, В режиме регулирования момента обратная связь по моменту отрицательная, Это достигается тем, что направление нарезки винтового соединения 7 и направление вращения ротора 2. если смотреть со стороны траверсы 6, выбраны противоположными. . Усилие Foc, созданное датчиком момента 16 (фиг. 3), действует через упорный подшипник 8 (фиг. 1) на упругий элемент 9, который связан с траверсой 6.

Одновременно с осевым усилием F«на упругий элемент 9 действует усилие Fy, величина которого определяется положением траверсы 6 относительно статора 1. При перемещении траверсы 6 вдоль оси вала 5 к статору 1 величина усилия Fy возрастает.

Усилие F«Fy действуют встречно, Под действием этих усилий упругий элемент вызывает перемещение ротора 2 относительно статора 1 и расчетная длина ротора 2 изменяется

1д =1д пах Л 1д, (3) где Л1д- приращение расчетной длины ротора. потоком, который создан обмоткой статора

1. Это положение ротора 2 относительно статора 1 можно условно назвать номинальным, Рабочая точка электродвигателя при номинальном положении ротора 2 расположена на естественной механической характеристике (см. позиции 10, 11, 13 на фиг, 2), При расчетной длине ротора 2 меньшей максимальной, I д< I 8m><, рабочая точка расположена на искусственной механической характеристике (см, позиции

10, 12 на фиг. 2). При этом, чем меньше I д, тем больше наклон искусственной механической характеристики, При вращении ротора 2 (фиг. 1), который винтовым соединением 7 связан с валом 5, момент, создаваемый объектом регулирования 15 (фиг. 3), образует усилие, действующее вдоль оси вала5(фиг, 1). Величина этого усилия равна

Приращение расчетной длины ротора 2

Al д = ky(Fy Foc) (4)

5 где Ку — коэффициент жесткости упругого элемента.

Функцию, описываемую уравнениями (3) и (4) выполняет регулятор 17 (фиг. 3).

Регулятор 17 выполнен в виде упорного под10 шипника 8 (фиг, 1) и упругого элемента 9, который связан с траверсой 6, Заданное положение траверсы 6 определяет заданное значение усилия Fy и заданное положение 10 (фиг. 2) рабочей точки

15 электродвигателя на естественной механической характеристике, В рабочей точке 10 — усилия Foc = Fy — расчетная длина ротора 1 д = 1дп,х

20 — момент электродвигателя М = M; — скорость вращения в = .

Под влиянием внешнего возмущающего воздействия происходит изменение момента электродвигателя. При возрастании мо25 мента на валу 5 (фиг. 1) рабочая точка электродвигателя переходит по естественной характеристике из положения 10 (фиг, 2) в положение 11, соответствующее новому значению момента. Датчик момента 16 (фиг.

30 3), который выполнен в виде винтового соединения 7 (фиг. 1), в соответствии с (2) преобразует возросший момент в осевое усилие.

Под действием возникшей разности

35 усилий в соответствии с (4) в регуляторе 17. (фиг. 3) возникает Лl д и уменьшается расчетная длина I ä ротора 2 (фиг, 1). Уменьшение

1д в соответствии с (1) вызывает уменьшение момента на выходе объекта регулирования

15 (фиг. 3). Рабочая точка электродвигателя. перемещается из положения 11 (фиг. 2) в положение 12. Перемещение ротора 2 (фиг, 1) относительно статора 1 и уменьшение момента на валу 5 происходит до тех пор, пока

45 .Foc вновь не станет равным Fy. При равенстве этих усилий перемещение ротора 2 относительно статора 1 прекращается, Привод работает в новой рабочей точке 12 (фиг. 2) на искусственной механической ха50 рактеристике с заданным моментом при новом значении скорости.

В рабочей точке 12 — усилия Foc = Еу — расчетная длина ротора 1 д < I 8m >< — момент электродвигателя М = Мн — скорость вращения м< го,.

2. Режим регулирования скорости

Обратная связь по моменту в этом режиме регулирования положительная. В

1809501

10 (5) 20

30

40

50 этом случае направление нарезки винтового соединения 7 (фиг. 1) и направление вращения ротора 2, если смотреть со стороны траверсы 6, совпадают. Усилие Еуопределяется положением траверсы 6 относительно статора 1. При перемещении траверсы 6 вдоль оси вала 5 от статора 1 величина усилия Fy возрастает. Усилия F«и Fy действуют согласно.

Расчетная длина ротора в этом режиме регулирования

Под влиянием внешнего возмущающего воздействия происходит изменение момента электродвигателя. При снижении момента на валу 5 рабочая точка электродвигателя переходит по естественной механической характеристике из положения 10 (фиг. 2) в положение 13 и скорость вращения ротора

2 (фиг. 1) увеличивается.

Снижение момента на входе датчика момента 16 (фиг. 3) вызывает уменьшение

F«H его выходе в соответствии с (2) и, следовательно, уменьшение I д на выходе регулятора 17 в соответствии с (5).

При уменьшении расчетной длины 1 д ротора 2 (фиг, 1) рабочая точка перемещается на искусственную механическую характеристику из положения 13 (фиг. 2) в положение

14 до тех пор, пока скорость вращения ротора 2 (фиг. 1) не уменьшится до заданного значения, определяемого положением траверсы 6, Смещение ротора 2 относительно статора 1 прекращается, и привод работает в новой рабочей точке 14 (фиг. 2) на искусственной механической характеристике, соответствующей новому значению момента при заданной скорости.

Если ротор 2 (фиг. 1) выполнен со ско,шенным пазом, то связь ротора 2 с валом 5 может выполнять шлицевое соединение.

При таком выполнении связи ротора 2 с валом S функцию датчика момента 16 (фиг.

3), описываемую уравнением (2) выполняет скошенный паз, При таком выполнении датчика момента 16 знак обратной связи по моменту будет положительным, если направление скоса пазов и направление вращения ротора 2 (фиг. 1), если смотреть со стороны траверсы 6, противоположны. Шаг скоса пазов определяет величину коэффициента обратной связи, Если ротор 2 выполнен со скошенным пазом и винтовым соединением 7 связан с валом 5, то величина коэффициента обратной связи по моменту возрастает при условии, когда направление нарезки винтового соединения 7 и направление скоса пазов ротора 2, если смотреть со стороны траверсы 6, противоположны.

Если упругий элемент 9 выполнен с регулируемым коэффициентом жесткости (например, тороидальный эластичный элемент, 15 наполняемый воздухом, давление которого регулируется), то при применении электродвигателя с устройством регулирования момента и скорости, например, для привода клети многоклетьевого прокатного стана, в системе управления электроприводом прокатного стана может быть выполнена пневматическая обратная связь по моменту между электродвигателями привода прокатного стана.

Применение электродвигателя с устройством регулирования момента и скорости позволяет упростить систему регулирования момента и скОрости и повысить надежность работы электропривода, Техническая реализация предложения осуществима, так как здесь используются типовые элементы: статор, ротор, упругий элемент, упорный подшипник, траверса

Формула изобретения

Электродвигатель с устройством регулирования момента и скорости, содержащий статор, ротор, включающий активную, содержащую токопроводящие элементы, и пассивную части, расположенный на валу и выполненный с возможностью осевого перемещения относительно статора, траверсу, установленную на валу с возможностью осевого перемещения и фиксации.. о т л ич а ю шийся тем, что, с целью обеспечения автоматического регулирования момента и скорости, он снабжен упругим элементом и упорным подшипником, жестко связанным с ротором, причем ротор связан с валом винтовым соединением, а упругий элемент размещен на валу между траверсой и упорным подшипником.

1809501 Ьг. Я г,3

Составитель Г,Логийко

Техред М.Моргентал Корректор Н,Король

Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1289 Тиоаж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35,.Раушская наб., 4/5