Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения

Авторы патента:

H02P25/02 - Управление или регулирование электрических двигателей, генераторов, электромашинных преобразователей; управление трансформаторами, реакторами или дроссельными катушками (конструкции пусковых аппаратов, тормозов или других управляющих устройств см. в соответствующих подклассах, например механические тормоза F16D, механические регуляторы скорости G05D; переменные резисторы H01C; пусковые переключатели H01H; системы для регулирования электрических или магнитных переменных величин с использованием трансформаторов, реакторов или дроссельных катушек G05F; устройства, конструктивно связанные с электрическими двигателями, генераторами, электромашинными преобразователями, трансформаторами, реакторами или дроссельными катушками, см. в соответствующих подклассах, например H01F,H02K; соединение или управление

H02K33/04 - в которых частота колебаний определяется частотой непрерывно питающего переменного тока

Владельцы патента RU 2640352:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводам переменного тока периодического движения, и может быть использовано при создании вибрационных электроприводов сканирования, техники измерения, контроля и управления, а также в автоматизированных электроприводах механизмов с пульсирующим движением рабочего органа. Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения содержит двухфазный асинхронный двигатель, задающий генератор, инвертирующий усилитель, выпрямитель и два инвертора напряжения. Выход первого инвертора напряжения соединен с обмоткой управления двухфазного асинхронного двигателя. Инвертирующий усилитель, выпрямитель и первый инвертор напряжения соединены последовательно. Вход инвертирующего усилителя подключен к выходу задающего генератора. Выход второго инвертора напряжения соединен с обмоткой возбуждения двухфазного асинхронного двигателя. Второй выпрямитель подключен своим входом к выходу задающего генератора, а выходом - к входу второго инвертора напряжения. Технический результат: расширение функциональных возможностей электропривода колебательного движения за счет улучшения формы формируемых прямоугольных пульсаций и повышения его энергетических показателей. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводам переменного тока периодического движения и может быть использовано при создании вибрационных электроприводов сканирования, техники измерения, контроля и управления, а также в автоматизированных электроприводах механизмов с пульсирующим движением рабочего органа.

Известно устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения [RU 133990 U1, МПК (2006.01) Н02Р 8/00, Н02Р 8/32, Н02Р 25/02, Н02Р 27/04, опубл. 27.10.2013], содержащее задающий генератор и инвертор, выход которого соединен с обмоткой управления двухфазного асинхронного двигателя. Инвертирующий усилитель, выпрямитель и первый инвертор соединены последовательно. Первый вход регулируемого фазосдвигающего звена подключен к выходу задающего генератора, а второй - к выходу функционального преобразователя, вход которого соединен с выходом частотного демодулятора. Входы частотного демодулятора и инвертирующего усилителя подключены к выходу задающего генератора. Выход регулируемого фазосдвигающего звена подключен к входу второго инвертора, выход которого соединен с обмоткой возбуждения двухфазного асинхронного двигателя.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения предназначено для формирования пульсаций прямоугольной формы и компенсации динамического ухода геометрической нейтрали при пуске или регулировании частоты пульсаций из-за непрерывного питания одной из обмоток асинхронного двигателя в течение всего цикла его работы. Так как питание по этой обмотке двухфазного асинхронного двигателя происходит и в моменты времени, когда подвижный элемент двигателя совершает паузу, то это увеличивает значение потребляемой обмоткой мощности и, как следствие, снижает энергетические показатели устройства в целом. Кроме того, формируемый устройством управления пульсирующий закон движения имеют отклонения от прямоугольной формы, что вызвано наличием контура обратной связи, определяющего фазовый сдвиг одного из статорных напряжений, в зависимости от частоты пульсаций.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения за счет улучшения формы формируемых прямоугольных пульсаций и повышения его энергетических показателей.

Предложенное устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения, также как в прототипе, содержит двухфазный асинхронный двигатель, задающий генератор, инвертирующий усилитель, выпрямитель и два инвертора напряжения. Выход первого инвертора напряжения соединен с обмоткой управления асинхронного двигателя, а выход второго инвертора напряжения - с обмоткой управления асинхронного двигателя. Инвертирующий усилитель, выпрямитель и первый инвертор соединены между собой последовательно. Вход инвертирующего усилителя подключен к выходу задающего генератора.

Согласно изобретению в устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения введен второй выпрямитель, подключенный своим входом к выходу задающего генератора, а выходом - к входу второго инвертора напряжения.

Использование второго выпрямителя позволяет обеспечить формирование более качественных по форме прямоугольных пульсаций, за счет стабилизации их амплитуды. Благодаря тому что питание статорных обмоток двухфазного асинхронного двигателя осуществляется в течение периода пульсаций с прерыванием как по обмотке управления, так и по обмотке возбуждения, обеспечиваются снижение потребляемой мощности двигателем и улучшение энергетические показатели устройства в целом.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения.

На фиг. 2 представлены временные диаграммы изменения фазных напряжений на обмотках статора и координаты χ(t) подвижного элемента двухфазного асинхронного двигателя, где а) - для предложенного устройства б) - известного прототипа.

Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения (фиг. 1) состоит из двухфазного асинхронного двигателя 1 со статорными обмотками 2 и 3, задающего генератора частоты пульсаций 4 (ЗГ), инвертирующего усилителя 5 (ИУ), первого выпрямителя 6 (В1), второго выпрямителя 7 (В2), первого инвертора напряжения 8 (ИН1), второго инвертора напряжения 9 (ИН2).

Статорная обмотка 2 асинхронного двигателя 1 подключена к выходу второго инвертора напряжения 9 (ИН2), вход которого соединен с выходом второго выпрямителя 7 (В2). Вход второго выпрямителя 7 (В2) подключен к выходу задающего генератора частоты пульсаций 4 (ЗГ). Инвертирующий усилитель 5 (ИУ), первый выпрямитель 6 (В1) и первый инвертор напряжения 8 (ИН1) соединены последовательно. Вход инвертирующего усилителя 5 (ИУ) подключен к выходу задающего генератора частоты пульсаций 4 (ЗГ). Выход первого инвертора напряжения 8 (ИН1) соединен с обмоткой управления 3 асинхронного двигателя 1.

При технической реализации макетного образца заявляемого устройства задающий генератор частоты пульсаций 4 (ЗГ) и инвертирующий усилитель 5 (ИУ) реализованы на операционных усилителях серии 140 УД8. Выпрямители 6 (В1) и 7 (В2) выполнены по однополупериодной схеме выпрямления на полупроводниковых диодах. В качестве инверторов напряжения 8 (ИН1) и 9 (ИН2) использовались мостовые инвертора с транзисторными ключами.

Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения работает следующим образом. Напряжение с выхода задающего генератора частоты пульсаций 4 (ЗГ)

где U_m - амплитуда выходного напряжения задающего генератора 4 (ЗГ);

Ω - частота выходного напряжения задающего генератора;

t - текущее значение времени,

поступает на вход второго однополупериодного выпрямителя 7 (В2).

После выпрямления ((фиг. 2а) - кривая U₂)

сформированное напряжение поступает на вход второго инвертора напряжения 9 (ИН2) и после усиления его

где k₉ - коэффициент передачи второго инвертора напряжения 9 (ИН2), запитывает статорную обмотку 2 двухфазного асинхронного двигателя 1.

Одновременно, напряжение с выхода задающего генератора частоты пульсаций 4 (ЗГ) поступает на вход инвертирующего усилителя 5 (ИУ) с единичным коэффициентом усиления, где оно сдвигается по фазе на 180 градусов

U₅=-U_msin(Ω⋅t).

После его выпрямления на первом выпрямителе 6 (В1) ((фиг. 2а) - кривая U₃)

напряжение поступает на вход первого инвертора напряжения 8 (ИН1), усиливается

где k₈ - коэффициент передачи первого инвертора напряжения 9 (ИН1), и запитывает статорную обмотку 3 двухфазного асинхронного двигателя 1.

В результате взаимодействия напряжений U₈ и U₉ в воздушном зазоре двухфазного асинхронного двигателя создается пульсирующее электромагнитное поле, и подвижный элемент вентильного двигателя начинает совершать периодическое пульсирующее движение прямоугольной формы ((фиг. 2а) - кривая χ).

Так как питание обеих обмоток двигателя 1 осуществляется с прерыванием в течение полупериода частоты Ω, то потребляемая мощность заявляемого устройства снижается по сравнению с прототипом на 25%, что приводит к увеличению коэффициента полезного действия электропривода в целом.

Отсутствие статорных напряжений в течение полупериода частоты Ω исключает появление сдвига нейтрали при пуске и регулирование частоты пульсаций, что позволяет в заявляемом устройстве исключить контур регулирования фазы одного из питающих напряжений и тем самым улучшить форму прямоугольных пульсаций за счет стабилизации их амплитуды.

Точность задания и поддержания частоты пульсаций Ω определяются стабильностью задающего генератора 4 (ЗГ). Регулирование амплитуды пульсаций осуществляется за счет изменения коэффициента передачи k₈ первого инвертора напряжения 8 (ИН1).

Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме пульсирующего движения, содержащее двухфазный асинхронный двигатель, задающий генератор, инвертирующий усилитель, выпрямитель и два инвертора напряжения, выход первого из которых соединен с обмоткой управления двухфазного асинхронного двигателя, инвертирующий усилитель, выпрямитель и первый инвертор напряжения соединены последовательно, вход инвертирующего усилителя подключен к выходу задающего генератора, выход второго инвертора напряжения соединен с обмоткой возбуждения двухфазного асинхронного двигателя, отличающееся тем, что второй выпрямитель подключен своим входом к выходу задающего генератора, а выходом - к входу второго инвертора напряжения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах вентильного реактивного электродвигателя с множеством фаз и множеством топологических структур.

Автоматизированный дисковый генератор монодисперсного аэрозоля // 2639722

Изобретение относится к области ветеринарии, медицинской техники и сельского хозяйства и может быть использовано для вакцинации животных. Техническим результатом является обеспечение регулирования размера получаемых частиц.

Способ двухуровневого подавления пульсаций крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя // 2639309

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системе привода трехфазного вентильного реактивного электродвигателя. Техническим результатом является обеспечение плавного управления выходным крутящим моментом в максимальном диапазоне без учета влияния угла выключения фазы основного переключателя мощности на эффективность управления крутящим моментом.

Система с первым и вторым электродвигателями для привода ее звена // 2638319

Изобретение относится к области электротехники и может быть использованао в системах для сжигания газа. Техническим результатом является демпфирование собственных колебаний системы.

Способ трехуровневого подавления пульсаций вращающего момента четырехфазного вентильного реактивного электродвигателя // 2637494

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления вентильными реактивными электродвигателями. Техническим результатом является расширение диапазона обеспечения плавного крутящего момента.

Способ отказоустойчивого управления датчиком положения вентильного реактивного электродвигателя // 2637492

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в роторных и линейных вентильных реактивных электродвигателях, содержащих различное число фаз и различную геометрию, для восстановления фронта импульса после его потери.

Линейный асинхронный электропривод // 2637114

Изобретение относится к электротехнике, к быстродействующим электроприводам. Технический результат состоит в обеспечении возможности уменьшения массы электропривода для разгона до заданной скорости на ограниченной длине за счет безынерционного увеличения тягового усилия от нуля до максимальной величины.

Устройство для питания синхронного гистерезисного двигателя с амплитудно-фазовым перевозбуждением // 2637111

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах с гистерезисными двигателями. Техническим результатом является уменьшение установленной мощности, уровня электромагнитных помех и упрощение.

Вентильный электропривод колебательного движения // 2636806

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электроприводам переменного тока периодического движения, и может быть использовано при создании вибрационных электроприводов сканирования, техники измерения, контроля и управления, для перемешивания сыпучих, пастообразных и жидких веществ, а также в автоматизированных электроприводах механизмов с колебательным движением рабочего органа.

Устройство регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя // 2635663

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в частотно регулируемых электроприводах (ЧРЭП) в промышленности, бытовой технике и электротранспорте для регулирования числа оборотов асинхронных (однофазных, трехфазных) электродвигателей.

Вентильный электропривод колебательного движения // 2636806

Индукционно-динамический электродвигатель циклического действия // 2467455

Изобретение относится к области электротехники и электромеханики и может быть использовано в ударных приводах машин и механизмов, которые предназначены для создания циклических ударных импульсов, например, деформации технологических объектов.

Способ регулирования линейного привода или линейного компрессора, а также регулируемый линейный привод или линейный компрессор // 2419958

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования линейного привода линейного компрессора. .

Способ возбуждения и регулирования авторезонансных колебаний в электроприводе возвратно-вращательного движения // 2410826

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах управления электроприводом возвратно-вращательного движения для возбуждения резонансных колебаний рабочих органов вибромашин и поддержания резонансного режима с заданной амплитудой колебаний при изменении параметров технологической нагрузки и динамических параметров электромеханической системы вибромашины.

Электромагнитный вибратор (варианты) // 2361352

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для привода виброинструментов и в других устройствах, использующих вибрацию. .

Электромагнитный вибратор // 2247464

Электромагнитный вибратор // 1647791

Изобретение относится к вибрационной технике. .

Электромагнитный молоток // 1601708

Изобретение относится к электротехнике. .

Компенсатор реактивной мощности // 1295486

Изобретение относится к области электрических машин, предназначенных для компенсации реактивной мощности потребителей, включенных в распределительные сети, путем генерирования мощности с опережающим коэффициентом.

Вибродвигатель (его варианты) // 1022263

Система регулирования тягового усилия для нескольких электросекций // 2641558

Изобретение относится к управлению тяговой системой транспортных средств. Система регулирования тягового усилия для нескольких электросекций содержит модуль подачи питания, инверторные/четырехквадратные модули, модуль ввода/вывода, сетевой модуль и модуль устранения ошибок. Инверторные/четырехквадратные модули состоят из высокоскоростной платы, платы дискретизации сигналов и платы импульсного интерфейса. Двусторонний обмен данными между платами, модулем ввода/вывода, хост-процессором, между сетевым модулем и между модулем устранения ошибок реализован посредством высокоскоростной дифференциальной шины LinkPort, посредством высокоскоростной шины, посредством шины CPCI и посредством шины CAN. Сетевой модуль содержит сетевую плату и принимает цифровые сигналы и аналоговые сигналы и отправляет данные. Модуль устранения ошибок содержит плату устранения ошибок и принимает команды на устранение ошибок и сигналы на устранение ошибок. Модуль подачи питания подает питание на инверторные/четырехквадрантные модули, модуль ввода/вывода, сетевой модуль и модуль устранения ошибок. Технический результат изобретения заключается в обеспечении стабильности и надежности в передаче информации системы регулирования тягового усилия для нескольких электросекций. 6 з.п. ф-лы, 18 ил.