ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДВИЖЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК H02P7/62 H02P7/00 

Описание патента на изобретение RU2148293C1

Изобретение относится к области электротехники, в частности к специальным электроприводам, где исполнительный орган совершает колебательные и возвратно-поступательные движения, и может быть использовано для механических испытаний кабельных изделий на многократный перегиб, в устройствах укладки длинномерных изделий при намотке их на катушки, бобины и т.п.

Известен электропривод колебательного движения /1/, содержащий двухфазный электродвигатель, обмотка возбуждения которого подключена к источнику переменного тока, преобразователь частоты, выходы которого предназначены для подключения к фазам источника переменного тока соответственно, инвертор, выход которого соединен с выводами обмотки управления электродвигателя, функциональный цифроаналоговый преобразователь, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, преобразователь разности частот в код, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами преобразователя частоты, выходы которого соединены соответственно с оставшимися входами преобразователя разности частот в код и первым и вторым входами усилителя с регулируемым коэффициентом усиления.

Однако в данном устройстве отсутствует обратная связь по положению ротора, что не позволяет поддерживать амплитуду колебаний в случае непостоянной нагрузки на валу двигателя при вращении в разных направлениях.

Известно устройство для испытания гибких кабельных изделий на многократные перемотки /2/, содержащее блок управления, привод, два съемных барабана для сматывания и наматывания кабельного изделия, формирователь сигналов, реверсивный счетчик импульсов, одновибратор, цифровое устройство выборки - хранения, цифроаналоговый преобразователь, регулятор положения, устройство сравнения, выпрямитель, компаратор, амплитудный регулятор, задающий генератор и коммутатор.

Однако, хотя в данном устройстве и введена обратная связь по положению, это не позволяет стабилизировать амплитуду колебаний, т.к. при стабилизации нейтрали стабилизируется лишь разность положительной (в прямом направлении) и отрицательной (в обратном направлении) амплитуд, но не сама амплитуда колебаний.

Наиболее близким аналогом является устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме колебательного движения /3/, содержащее преобразователь частоты, подключенный входом к источнику переменного тока (сеть) и обмотке возбуждения, а выходом к обмотке управления. Преобразователь частоты содержит фазовый детектор, первый и второй делители частоты и преобразователь напряжение - частота, соединенный с входами делителей частоты, входом - с выходом фазового детектора, входы которого соединены с источником переменного тока и выходом первого делителя частоты, а выход второго делителя частоты соединен с управляющим входом инвертора.

Недостатками данного устройства являются невозможность поддержания амплитуды колебаний ротора, отсутствие регулирования амплитуды колебаний.

Предлагаемое изобретение направлено на расширение эксплуатационных возможностей и повышение точности в работе электропривода периодического движения путем поддержания заданной амплитуды колебаний.

Это достигается тем, что в преобразователь частоты дополнительно введены датчик положения, формирователь сигналов, реверсивный счетчик импульсов (РСИ), задатчик амплитуды, арифметико-логическое устройство (АЛУ).

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - график зависимости значения амплитуды колебаний вала χm от частоты колебаний Ωo.
Устройство содержит асинхронный двигатель 1 с обмоткой возбуждения 2, подключенной к источнику переменного тока 10, и обмоткой управления 3, подключенной к преобразователю частоты 4, содержащему фазовый детектор 5, первый вход которого соединен с обмоткой возбуждения 2, второй вход - с выходом первого делителя частоты 6, соединенного входом с входом второго делителя частоты 7 и выходом преобразователя 8 напряжение - частота, подключенного входом к выходу фазового детектора 5. Инвертор 9 подключен входом к выходу второго делителя частоты 7, а выходом к обмотке управления 3. На роторе двигателя дополнительно установлен датчик положения 11, а в преобразователь частоты введены формирователь сигналов 12, подключенный входом к выходу датчика положения 11, выходом к счетному входу РСИ 13, управляющим выходом к управляющему входу РСИ 13 и АЛУ 15. АЛУ 15 подключен входами к выходу РСИ 13 и задатчику амплитуды 14, а выходом к входу делителя частоты 6 с регулируемым коэффициентом деления.

Устройство работает следующим образом.

Разночастотное запитывание обмоток 2 и 3 от сети и преобразователя частоты вызывает колебательный режим работы электродвигателя 1. Частота колебаний вала двигателя Ωo равна разности частот напряжений, питающих обмотки двигателя
Ωo= 2π(fc-fy) (1)
где fс - частота напряжения питающей сети;
fу - частота напряжения обмотки управления определяется по формуле
fу = fcn1/n2, (2)
где n1 - регулируемый коэффициент деления;
n2 - постоянный коэффициент деления.

Управление производится за счет изменения коэффициента n1
n1= (1-Ωo/2πfc)•n2 (3)
В процессе колебаний, с датчика положения 11, расположенного на валу исполнительного двигателя, импульсные сигналы поступают в формирователь сигналов 12, вырабатывающий сигналы для счетчика 13, а также импульсы в моменты изменения направления вращения вала двигателя , где величина ξ - частота вращения двигателя, а

Эти импульсы поступают в АЛУ 15 и являются сигналом к вычислению значения поправки частоты колебаний. Реверсивный счетчик импульсов 13 ведет непрерывный счет импульсов и формирует на выходе параллельный двоичный код, соответствующий амплитуде колебаний.

Амплитуда установившихся колебаний вала электродвигателя зависит от частоты колебаний согласно закону /4/
, (5)
где χ - амплитуда колебаний;
Fm - амплитуда электромагнитного усилия;
ε - внешнее демпфирование;
ρo - позиционное нагрузочное усилие;
To - относительная постоянная времени.

При отсутствии внешнего демпфирования и позиционного нагрузочного усилия ε = ρo= 0 закон принимает вид /4/
χ = Fm2o

T2o
(6)
Таким образом, амплитуда колебаний обратно пропорциональна второй степени частоты колебаний. Эта характеристика имеет вид, приведенный на фиг 2. Исходя из значений заданной χз и текущей χд амплитуды колебаний, АЛУ 15 регулирует замкнутый электропривод периодического движения, за счет введения корректировки частоты колебаний ΔΩ = Ωдз, дважды за период. Для этого определяется величина коэффициента деления n1 по формуле

где Δχ = χзд - сигнал рассогласования амплитуды колебаний.

В результате АД передает исполнительному механизму вращательно-колебательное движение в заданных пределах перемещения, поддерживая постоянную амплитуду колебаний.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет осуществить стабилизацию амплитуды колебаний за счет введения обратной связи по положению ротора путем регулирования частоты колебаний вала исполнительного двигателя. Отрицательный характер обратной связи по положению определяет стремление системы уменьшить рассогласование между заданной и текущей амплитудой, тем самым стабилизировать амплитуду при ее изменениях, вызванных, например, изменением нагрузки или иными возмущениями. Это позволяет с большой точностью регулировать и обеспечивать заданный угол поворота АД, а значит и угол изгиба кабельного изделия в установках испытаний на изгиб, а также обеспечить заданную ширину укладки длинномерных изделий при намотке их на катушки, бобины и т.п.

Кроме того, заявляемое устройство позволяет расширить эксплуатационные возможности устройства, с большой точностью и в широком диапазоне регулировать угол перегиба кабельного изделия, что позволит приблизить условия испытаний к эксплуатационным условиям, тем самым повысить достоверность испытания, и, кроме того, делает универсальным укладчик длинномерных изделий, поскольку появляется возможность формирования любых типоразмеров технологических бобин скрепляющих нитей кабеля. Существует возможность реализации электропривода на базе микроконтроллеров, что позволяет организовать программное управление в промышленных сетях.

Список источников информации.

1. AC N 2028026. Электропривод колебательного движения. / Аристов А.В., Тимофеев А.А., Шумар С.В.

2. AC N 1779949. Электропривод колебательного движения. / С.А. Ткалич, В.Д. Шиянов, Л.А. Бахмутова.

3. AC N 1453577. Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме колебательного движения. / А.В. Аристов, С.А. Ткалич, В.Д. Шиянов.

4. Луковников В.И. Электропривод колебательного движения. М.: Энергоатомиздат, 1984 г.

Похожие патенты RU2148293C1

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВУХФАЗНЫМ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ В РЕЖИМЕ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ 1994
  • Бодячевский А.В.
  • Крынин Ю.Г.
  • Ткалич С.А.
RU2082277C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ 1999
  • Медведев В.А.
  • Шиянов А.И.
  • Морозов С.В.
RU2169426C1
ЭЛЕКТРОПРИВОД КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ С РЕГУЛИРУЕМЫМ ЗАКОНОМ КОЛЕБАНИЙ 1993
  • Аристов А.В.
RU2072621C1
Устройство для испытания гибких кабельных изделий на многократные перемотки 1990
  • Ткалич Сергей Андреевич
  • Шиянов Валерий Дмитриевич
  • Бахмутова Людмила Александровна
SU1779949A1
СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ДВОЙНОГО ПИТАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1994
  • Мещеряков В.Н.
RU2076450C1
ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО 1995
  • Шилин А.Н.
RU2097690C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СТАНКОМ 2009
  • Иванов Владимир Михайлович
RU2420776C1
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 1996
  • Хван Ю.Я.
  • Хван Д.В.
  • Хван А.Д.
  • Бочаров В.Б.
RU2092959C1
ЭЛЕКТРОПРИВОД С СИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ 1995
  • Филюшов Ю.П.
RU2092967C1
Способ управления электрогидравлической системой и устройство для его осуществления 1989
  • Сапожников Александр Иванович
  • Сандовский Михаил Изекиллевич
  • Штейнцайг Вячеслав Михайлович
  • Шапаренко Дмитрий Николаевич
  • Каминская Дора Абрамовна
  • Васильева Вероника Викторовна
SU1779806A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 148 293 C1

Реферат патента 2000 года ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДВИЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к специальным электроприводам, где исполнительный орган совершает колебательные и возвратно-поступательные движения, и может быть использовано для механических испытаний кабельных изделий на многократный перегиб, в устройствах укладки длинномерных изделий при намотке их на катушки, бобины и т.п. Технический результат заключается в расширении эксплуатационных возможностей и повышении точности в работе электропривода периодического движения путем стабилизации амплитуды колебаний за счет введения обратной связи по положению ротора и регулирования частоты колебаний вала исполнительного двигателя. Для этого на роторе двигателя дополнительно установлен датчик положения, а в преобразователь частоты введены реверсивный счетчик импульсов, задатчик амплитуды, арифметико-логическое устройство и формирователь сигналов. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 148 293 C1

Электропривод периодического движения, содержащий двухфазный асинхронный двигатель с обмоткой возбуждения, подключенной к источнику переменного тока, и обмоткой управления, подключенной к преобразователю частоты, включающий в себя инвертор, фазовый детектор, первый и второй делители частоты и преобразователь напряжение - частота, соединенный выходом с входами делителей частоты, входом - с выходом фазового детектора, входы которого соединены с источником переменного тока и выходом первого делителя частоты, а выход второго делителя частоты соединен с управляющим входом инвертора, отличающийся тем, что на роторе двигателя дополнительно установлен датчик положения, а в преобразователь частоты введены реверсивный счетчик импульсов, задатчик амплитуды, арифметико-логическое устройство, и формирователь сигналов, вырабатывающий сигнал для счетчика и формирующий импульсы в моменты изменения направления вращения вала двигателя, подключенный входом к выходу датчика положения, выходом к счетному входу реверсивного счетчика импульсов, управляющим выходом к управляющему входу реверсивного счетчика импульсов и арифметико-логического устройства, которое исходя из заданного и текущего значения амплитуды колебаний корректирует частоту колебаний дважды за период, для чего определяет коэффициент давления первого делителя частоты, арифметико-логическое устройство подключено входами к выходу реверсивного счетчика импульсов и задатчику амплитуды, а выходом к входу установки коэффициента деления первого делителя частоты.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2000 года RU2148293C1

Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме колебательного движения 1987
  • Аристов Анатолий Владимирович
  • Ткалич Сергей Андреевич
  • Шиянов Валерий Дмитриевич
SU1453577A1
ЭЛЕКТРОПРИВОД КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ 1991
  • Аристов А.В.
  • Тимофеев А.А.
  • Шумар С.В.
RU2028026C1
Электропривод колебательного движения 1987
  • Луковников Вадим Иванович
  • Тодорев Валентин Васильевич
  • Грачев Станислав Анатольевич
SU1417159A1
Электропривод колебательного движения 1990
  • Аристов Анатолий Владимирович
  • Плодистый Игорь Леонидович
  • Тимофеев Андрей Анатольевич
  • Щербенко Дмитрий Юрьевич
SU1775835A1
ЛУКОВНИКОВ В.И
Электропривод колебательного движения
- М.: Энергоатомиздат, 1984, с.12.

RU 2 148 293 C1

Авторы

Бушнев Д.В.

Катугин С.Н.

Кононенко Е.В.

Ткалич С.А.

Черных Д.В.

Даты

2000-04-27Публикация

1998-11-16Подача