Устройство управления дебалансным вибровозбудителем

Авторы патента:

Чернецкая Ирина Евгеньевна (RU)

Яночкина Ольга Олеговна (RU)

Михалев Александр Александрович (RU)

H02P7/29 - с использованием импульсной модуляции

Владельцы патента RU 2579456:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) (RU)

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для управления дебалансным вибровозбудителем, который содержит электродвигатель постоянного тока. Технической результат - снижение пульсаций момента двигателя, повышение точности регулирования, исключение режима прерывистых токов, снижение энергопотребления за счет отсутствия резисторов и функциональная надежность системы за счет использования двузонной модуляции для импульсного регулирования тока электродвигателя. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматизированному электроприводу постоянного тока, предназначено для управления дебалансным вибровозбудителем, который содержит электродвигатель постоянного тока.

Известно устройство для релейного регулирования тока электродвигателя постоянного тока, содержащее тиристорный преобразователь в цепи питания электродвигателя, обратный диод, источник питания, датчик якорного тока, формирователь пилообразного напряжения, компаратор, три RS-триггера, шесть элементов И-НЕ, три элемента ИЛИ-НЕ, пять формирователей импульсов, генератор прямоугольных импульсов, два усилителя импульсов, задатчик эталонного напряжения (а.с. СССР №SU 1403320 A1, МПК4 H02P 5/175, опубл. 15.06.88, БИ №22).

Недостатком указанного устройства является переменная частота регулирования.

Также известно устройство - релейно-импульсный регулятор тока тягового электродвигателя постоянного тока, содержащий в цепи питания тягового электродвигателя тиристорный преобразователь, обратный диод, датчик тока, семь формирователей импульсов, три элемента ИЛИ-НЕ, семь элементов И-НЕ, два компаратора, четыре RS-триггера, формирователь пилообразного напряжения, генератор импульсов, задатчик напряжения (а.с. СССР №SU 1614966 A1, МПК5 B60L 15/04, опубл. 23.12.90, БИ №47).

К недостаткам указанного устройства относятся большая статическая ошибка регулирования, возможность возникновения субгармонических и хаотических колебаний, приводящих к увеличению пульсаций тока электродвигателя и вероятности отказа силового электрооборудования.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является устройство импульсного регулирования тока электродвигателя постоянного тока, содержащее электродвигатель постоянного тока, блок пусковых резисторов, содержащий N регулируемых ступеней, датчик тока, усилитель сигнала рассогласования, устройство выборки-хранения, генератор импульсов, задатчик опорного напряжения, блок управления, выполненный по многозонному принципу, число зон которого равно количеству регулируемых ступеней блока пусковых резисторов, каждая зона блока управления снабжена формирователем пилообразного напряжения, компаратором, усилителем импульсов и полупроводниковым ключом (Патент на изобретение RU 2399146 С1, МПК H02P 7/06, H02H 7/08, опубл. 10.09.2010, Бюл. №25).

Недостатками указанного устройства являются большое энергопотребление и габариты за счет резисторов с большим сопротивлением.

Технической задачей изобретения является снижение пульсаций момента двигателя, повышение точности регулирования, исключение режима прерывистых токов, снижение энергопотребления за счет отсутствия резисторов и функциональная надежность системы за счет использования двузонной модуляции для импульсного регулирования тока электродвигателя.

Техническая задача решается тем, что в известное устройство, содержащее электродвигатель постоянного тока, датчик тока, усилитель сигнала рассогласования, генератор импульсов, задатчик опорного напряжения, добавляется блок управления, выполненный на базе ШИМ-2 по двузонному принципу, каждая зона которого снабжена формирователем пилообразного напряжения, компаратором, RS-триггером, полупроводниковым ключом и диодом, причем выход датчика тока подключен к инверсному входу усилителя сигнала рассогласования, а прямой вход последнего соединен с выходом задатчика уставки тока электродвигателя, входы 2-х формирователей пилообразного напряжения объединены и подключены к выходу генератора импульсов, выход каждого формирователя пилообразного напряжения подключен к прямому входу соответствующего компаратора, а инверсные входы компараторов объединены и подключены к выходу усилителя сигнала рассогласования, каждый из выходов компараторов двух зон подключен к R-входу соответствующего триггера, а S-входы триггеров объединены и подключены к выходу генератора импульсов, выход каждого триггера подключен к управляющим входам соответствующих полупроводниковых ключей, диоды обеспечивают схему работы ключей ИЛИ.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена функциональная схема устройства, фиг.2 поясняет сущность регулирования на базе ШИМ-2 методом двузонной модуляции, на фиг.3 приведены временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.

На фиг.1-3 обозначено: $U$ - напряжение питания электродвигателя; $i_{Я}$ - ток якоря электродвигателя; $U_{Д Т}$ - выходной сигнал датчика тока; $U_{У}$ - задающий сигнал, пропорциональный величине уставки тока якоря; $U_{К У}$ - напряжение на выходе усилителя сигнала рассогласования; $U_{Г И}$ - выходное напряжение генератора тактовых импульсов; $U_{1}^{П}$ , $U_{2}^{П}$ - сигналы на выходе формирователей пилообразного напряжения; $U_{1}$ , $U_{2}$ - управляющие импульсы блока управления; $T$ - период следования тактовых импульсов; $i_{у}^{1}$ , $i_{у}^{2}$ - соответственно уставки тока якоря 1-й и 2-й зон; $t_{K}$ , $k = 1,2,...$ - моменты переключения компараторов в состояние логического «0»; $U / 2$ - амплитуда развертывающего напряжения.

Устройство управления дебалансным вибровозбудителем содержит электродвигатель постоянного тока 1.1, виброинструмент 1.2 [Л.Ю. Волкова, И.В. Лупехина, Г.Я. Пановко, С.Ф. Яцун, Исследование динамики вибрационного инструмента при его взаимодействии с обрабатываемой средой //Машиностроение и инженерное образование. 2010. №4(25) С.43-52.], источники питания 2.1 и 2.2, напряжение питания равно $U / 2$ для каждого источника соответственно, датчик тока 3, усилитель сигнала рассогласования 4, два RS-триггера 5.1 и 5.2, генератор импульсов 6, задатчик опорного напряжения 11, полупроводниковые ключи 7.1 и 7.2, формирователи пилообразного напряжения 8.1 и 8.2, компараторы 9.1 и 9.2, диоды 10.1 и 10.2, причем в цепь якоря электродвигателя 1.1 включен датчик тока 3, выход которого соединен с инверсным входом усилителя сигнала рассогласования 4, а прямой вход последнего соединен с выходом задатчика опорного напряжения 11, входы 2-х формирователей пилообразного напряжения 8.1 и 8.2 объединены и подключены к выходу генератора импульсов 6, выход каждого формирователя пилообразного напряжения 8.1 и 8.2 подключен к прямому входу соответствующего компаратора 9.1 и 9.2, а инверсные входы компараторов объединены и подключены к выходу усилителя сигнала рассогласования 4, выход компаратора каждой зоны подключен к R-входу соответствующего триггера 5.1 и 5.2, S-входы триггеров объединены и подключены к генератору импульсов 6. Выход каждого триггера подключен к управляющему входу соответствующего полупроводникового ключа 7.1 и 7.2, полупроводниковые ключи и диоды 10.1 и 10.2 образуют схему переключения ИЛИ.

Временные диаграммы, поясняющие сущность регулирования тока электродвигателя методом двузонной модуляции, приведены на фиг.2.

На фиг.3 приведены диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.

Генератор импульсов 6 формирует тактовые импульсы напряжения $U_{Г И}$ с периодом Т. По передним фронтам тактовых импульсов $U_{Г И}$ формирователи пилообразного напряжения 8.1 и 8.2 каждой зоны формирует развертывающее напряжение. Уровень развертывающего напряжения 2-й зоны смещен относительно развертывающего напряжения 1-й зоны на величину $U / 2$ .

На прямой вход усилителя сигнала рассогласования 4 подается напряжение $U_{y}$ , пропорциональное величине уставки тока якоря $i_{Я}$ , а на инверсный вход - сигнал $U_{Д Т}$ выхода датчика тока 3. Величина выходного сигнала датчика тока пропорциональна текущему значению измеряемого тока якоря: $U_{Д Т} = β i_{Я}$ , где $β$ - коэффициент передачи датчика тока 3. На выходе усилителя сигнала рассогласования 4 формируется сигнал ошибки $U_{К У}$ , равный $U_{К У} = α (U_{y} - β i_{Я})$ , где $α$ - коэффициент усиления усилителя сигнала рассогласования.

Сигнал $U_{К У}$ ошибки сравнивается в компараторах 9.1 и 9.2 с соответствующими развертывающими напряжениями $U_{1}^{П}$ , $U_{2}^{П}$ , поступающими с выходов формирователей пилообразного напряжения 8.1 и 8.2. С выходов компараторов сигнал поступает на R-вход соответствующего триггера 5.1 и 5.2, на S-вход поступают управляющие импульсы $U_{Г И}$ с генератора импульсов 6. На выходах триггеров 9.1 и 9.2 формируются модулированные по длительности управляющие импульсы $U_{1}$ , $U_{2}$ .

Если $U_{К У} > U_{s}^{П}$ , т.е $i_{Я} < i_{У}^{s}$ (см. фиг.3), то на выходе триггера s-й зоны устанавливается состояние, равное логической «1». Этот сигнал поступает на управляющий вход полупроводникового ключа соответствующей зоны 7.s. Полупроводниковый ключ 7.s замыкается. Ток якоря $i_{Я}$ возрастает. В момент времени $t_{1}$ , когда сигнал ошибки $U_{К У}$ усилителя сигнала рассогласования 4 сравнивается с развертывающим напряжением, что соответствует $i_{Я} = i_{y}^{s}$ (см. фиг.3), компаратор 9.s переключается в состояние логической «1», этот сигнал поступает на R-вход. На выходе триггера s-й зоны устанавливается состояние, равное логическому «0», и полупроводниковый ключ 7.s размыкается. Это состояние сохраняется до начала следующего такта. Ток якоря начинает снижаться до прихода следующего тактового импульса $U_{Г И}$ , который устанавливает выходной сигнал триггеров 5.1 и 5.2. в состояние, равное логической «1». Далее описанный процесс повторяется. Коэффициент заполнения управляющих импульсов $U_{S}$ определяет продолжительность замкнутого состояния полупроводникового ключа 7.s в пределах текущего тактового интервала.

Устройство управления дебалансным вибровозбудителем, содержащее электродвигатель постоянного тока, датчик тока, усилитель сигнала рассогласования, генератор импульсов, задатчик опорного напряжения, отличающееся тем, что в него добавлен блок управления, выполненный на базе ШИМ-2 по двузонному принципу, каждая зона которого снабжена формирователем пилообразного напряжения, компаратором, RS-триггером, полупроводниковым ключом и диодом, причем выход датчика тока подключен к инверсному входу усилителя сигнала рассогласования, а прямой вход последнего соединен с выходом задатчика уставки тока электродвигателя, входы 2-х формирователей пилообразного напряжения объединены и подключены к выходу генератора импульсов, выход каждого формирователя пилообразного напряжения подключен к прямому входу соответствующего компаратора, а инверсные входы компараторов объединены и подключены к выходу усилителя сигнала рассогласования, каждый из выходов компараторов двух зон подключен к R-входу соответствующего триггера, а S-входы триггеров объединены и подключены к выходу генератора импульсов, выход каждого триггера подключен к управляющим входам соответствующих полупроводниковых ключей, диоды обеспечивают схему работы ключей ИЛИ.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано на электроподвижном составе, получающем питание от однофазной сети переменного тока.

Устройство для стабилизации частоты вращения однофазного коллекторного электродвигателя повышенной надежности // 2568816

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано, в частности, в электрифицированном инструменте, бытовых и промышленных электроприборах, приборах специального назначения.

Способ управления многозонным выпрямительно-инверторным преобразователем однофазного переменного тока // 2561913

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в качестве способа управления выпрямительно-инверторным преобразователем на электроподвижном составе, получающим питание от контактной сети однофазного переменного тока.

Электрически приводимая в действие машина // 2560092

Настоящее изобретение относится к электрически приводимой в действие машине. Технический результат заключается в повышении надёжности силовой схемы и двигателя.

Электропривод постоянного тока с упругими связями // 2513871

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системе управления электроприводами. Техническим результатом является повышение быстродействия и уменьшение динамической погрешности при регулировании скорости рабочего органа в электромеханической системе с упругими связями.

Способ управления тиристорами в реверсивном трехфазном тиристорном электроприводе и устройство для его реализации // 2498493

Изобретение относится к устройствам преобразовательной техники. Силовая схема выполнена по реверсивной трехпульсной противопараллельной схеме выпрямления с уравнительными дросселями, с естественной коммутацией тиристоров и шунтирующими устройствами.

Устройство для стабилизации частоты вращения однофазного коллекторного электродвигателя // 2491706

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к электрифицированному инструменту, бытовым и промышленным электроприборам, приборам специального назначения.

Способ и устройство управления работой электрического привода с помощью импульсно-фазового управления // 2486659

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электрическими машинами с помощью импульсно-фазового управления. .

Устройство и схема управления силовым электронным компонентом, соответствующие способ управления и пусковое устройство // 2485678

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в высоковольтных устройствах, вращающейся машине или в двигателе транспортного средства для преобразования переменного тока в постоянный или наоборот или для изменения формы, амплитуды и частоты тока.

Стабилизированный электропривод // 2585241

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах передачи и воспроизведения информации, например в приводе устройств видеозаписи и в обзорно-поисковых и сканирующих системах. Техническим результатом является повышение быстродействия при переходе в режиме синхронизации, уменьшение времени синхронизации и снижение величины перерегулирования электропривода. В стабилизированный электропривод введены лок определения отсутствия рассогласования по угловой скорости, одноразрядный счетчик, аналогово-цифровой преобразователь, вычислительное устройство, компаратор, второй ключ, второй сумматор, три элемента И, два элемента ИЛИ-НЕ, два элемента НЕ, запоминающее устройство, блок сравнения частот. Первый вход блока сравнения подключен к частотно-задающему блоку, второй вход - к выходу к импульсному датчику частоты вращения, а выход - к управляющему входу бесконтактного ключа. Вход блока определения отсутствия рассогласования по угловой скорости и основной вход второго ключа подключены к выходу дифференцирующего блока; выход указанного блока подключен к управляющему входу запоминающего устройства и к входу одноразрядного счетчика, выход которого подключен к первым входам первого и второго элемента И, к третьему входу частотно-фазового дискриминатора и через первый элемент НЕ - к первому входу третьего элемента И, второй вход которого подключен к дополнительному выходу частотно-фазового дискриминатора, а выход - к управляющему входу второго ключа, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ-НЕ, первый вход которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ-НЕ, первый вход которого подключен к основному выходу частотно-фазового дискриминатора, а второй вход - к выходу первого элемента И, второй вход которого совместно с входом второго элемента НЕ подключен к выходу компаратора, вход которого подключен к выходу второго сумматора. Положительный вход сумматора подключен к выходу аналогово-цифрового преобразователя, а отрицательный вход - к выходу запоминающего устройства, основной вход которого через вычислительное устройство подключен к выходу аналогово-цифрового преобразователя, вход которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ-НЕ, вторым входом подключенного к выходу второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго элемента НЕ. 2 ил.

Электропривод постоянного тока // 2587207

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Электропривод содержит, по крайней мере, один электродвигатель и один преобразователь, выполненный на двух последовательно соединенных управляемых полупроводниковых ключах, шунтированных обратными диодами. При этом электродвигатель подсоединен между общей точкой управляемых полупроводниковых ключей преобразователя и одним из выводов источника питания через конденсаторный накопитель. Конденсаторный накопитель зашунтирован диодом, пропускающим ток в двигательном режиме работы электропривода. Технический результат заключается в повышении энергетической эффективности электропривода. 3 ил.

Тяговый электропривод постоянного тока // 2606406

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Тяговый электропривод постоянного тока содержит тяговый электродвигатель постоянного тока, преобразователь напряжения, биполярный транзистор с изолированным затвором, соединенные последовательно якорную обмотку и обмотку возбуждения тягового электродвигателя, параллельно которым в непроводящем направлении подключен диод. Тяговый привод дополнительно снабжен накопителем энергии, двумя дополнительными диодами, тормозным резистором и восемью коммутационными элементами. Технический результат заключается в повышении надежности тягового электропривода постоянного тока. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ компенсации влияния гармонических колебаний момента нагрузки в электромеханической системе и устройство для его осуществления // 2608081

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при регулировании параметров сложных электромеханических систем, например электроприводов постоянного и переменного тока. Технический результат: улучшение динамической точности и сокращение аппаратных или программных затрат при технической реализации системы. Способ компенсации влияния гармонических колебаний момента нагрузки в электромеханической системе заключается в исследовании спектрограммы скоростей электромеханической системы, выделении частоты наиболее существенного возмущения, вычислении полинома, формирующего математическую модель возмущения, введении этого полинома сомножителем в знаменатель передаточной функции регулятора, синтезе коэффициентов регулятора и обратных связей внутреннего контура. При этом математическая модель возмущения делится на интегральную и колебательную составляющие. Устройство, реализующее способ, содержит последовательно соединенные внеконтурный формирователь, первый элемент сравнения, регулятор, второй элемент сравнения, интегратор, третий элемент сравнения, силовой преобразователь, подключенный к электродвигателю постоянного тока, измерительный блок, выполненный с возможностью измерения напряжения силового преобразователя, тока и скорости двигателя постоянного тока. Выходы измерительного блока соединены обратной связью по напряжению, току и скорости через соответствующие безынерционные звенья обратной связи по напряжению с коэффициентом передачи К1, по току с коэффициентом передачи К2, по скорости с коэффициентом передачи К3, с соответствующими инвертирующими входами третьего элемента сравнения, при этом выход блока измерения по скорости дополнительно подключен и инвертирующим входам первого и второго элементов сравнения.. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Устройство контроля напряжения в якорной цепи двигателя // 2634349

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автоматизированном электроприводе. Технический результат - повышение надежности устройства контроля напряжения в якорной цепи двигателя. В устройство контроля напряжения в якорной цепи двигателя, содержащее пороговый элемент и исполнительный орган, дополнительно введены функциональный преобразователь скорости, компаратор и логический элемент ИЛИ, при этом вход порогового элемента подсоединен к первому входу компаратора и выходу датчика напряжения, выход порогового элемента подключен к первому входу логического элемента ИЛИ, выход которого подсоединен к входу исполнительного органа, вход функционального преобразователя скорости подключен к выходу датчика скорости, выход функционального преобразователя скорости подсоединен ко второму входу компаратора, выход которого подключен ко второму входу логического элемента ИЛИ, выход исполнительного органа подсоединен к системе управления электропривода. 2 ил.

Устройство контроля напряжения в якорной цепи двигателя // 2634349

Способ управления электроприводом петледержателя при заправке полосы в клети чистовой группы стана горячей прокатки // 2643157

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электроприводом петледержателя системы автоматического управления скоростью и натяжением полосы на непрерывных станах горячей прокатки. Технический результат - повышение быстродействия электропривода во всем диапазоне изменения высоты подъема петледержателя и тем самым снижение вероятности аварийной ситуации при заправке полосы в клети чистовой группы стана горячей прокатки. В способе управления электроприводом петледержателя при заправке полосы в клети чистовой группы стана горячей прокатки факт наличия статической нагрузки на ролике петледержателя при его первоначальном подъеме, а следовательно, и факт контакта ролика с полосой определяют по изменению ускорения движения рамы петледержателя, сравнивая его с расчетным. 1 ил.