электропривод колебательного движения

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОПРИВОД КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ, содержащий электрическую машину переменного тока с трехфазной обмоткой на статоре и регулируемый источник постоянного напряжения, подключенный к одной из обмоток статора, отличающийся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные фазосдвигающее звено и усилитель, выход которого подключен к второй обмотке статора, вход фазосдвигающего звена соединен с третьей обмоткой статора, а ротор электрической машины выполнен активным.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в автоматизированных электроприводах с колебательным движением рабочего органа.

Известны электроприводы колебательного движения, содержащие электрическую машину переменного тока, источник переменного тока с частотой, равной частоте питания двигателя, подключенный к одной обмотке ротора и одной обмотке статора, и второй источник переменного тока другой частоты, подключенный к другой обмотке статора и другой обмотке ротора (авт.св.СССР N 1307530, кл. Н 02 Р 7/62, 1987; Петров И.И. Мейстель А.М. Специальные режимы работы асинхронного электропривода. М. Энергия, 1968, с.168-171).

В известных электроприводах колебательного движения синусоидальные управляющие напряжения создают в воздушном зазоре два синфазно направленных колебательных электромагнитных поля. В результате согласно взаимодействия электромагнитных полей статора и ротора подвижный элемент двигателя совершает синхронные с частотой колебаний магнитного поля статора колебательные движения. При этом характер колебаний зависит от соотношения частот, подаваемых на обмотки.

Недостатки известных электроприводов низкий КПД, обусловленный зависимостью угловой скорости качаний ротора и, следовательно, уменьшением вибрационного момента на низких частотах, сложная конструкция, использующая два источника переменного тока разной частоты и, следовательно, низкая надежность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является электропривод колебательного движения, содержащий электрическую машину переменного тока с трехфазной обмоткой на статоре и регулируемый источник постоянного напряжения, подключенный к одной из обмоток статора, три тиристора и блок управления (авт.св. СССР N 1334348, к. Н 02 Р 7/62, 1987).

Знакопеременный режим работы электрической машины достигается попеременным включением двух обмоток статора на постоянное напряжение. В результате такого переключения обмоток статора ротор электродвигателя совершает колебательное движение.

Однако в таком электроприводе вибрационный момент зависит от угловой скорости ротора и уменьшается при уменьшении частоты колебаний. Следовательно, электропривод имеет низкий КПД. Кроме того, электропривод имеет сложную конструкцию, требующую использования блока управления, тиристоров, мультивибратора и др.

Цель изобретения увеличение КПД и упрощение конструкции электропривода колебательного движения.

Цель достигается тем, что в электропривод колебательного движения, содержащий электрическую машину переменного тока с трехфазной обмоткой на статоре и регулируемый источник постоянного напряжения, подключенный к одной из обмоток статора, введены последовательно соединенные фазосдвигающее звено и усилитель, выход которого подключен к другой обмотке статора, при этом вход фазосдвигающего звена соединен с третьей обмоткой статора, а ротор электрической машины выполнен активным.

По сравнению с наиболее близким аналогичным техническим решением предлагаемый способ имеет следующие новые отличительные признаки: фазосдвигающее звено; усилитель, ротор электрической машины выполнен активным. Следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует требованию "новизна".

При реализации изобретения увеличивается КПД электропривода, упрощается его конструкция и повышается надежность за счет работы электрической машины с активным ротором в автоколебательном режиме, близком к резонансному. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию "положительный эффект".

По каждому отличительному признаку проведен поиск известных технических решений в области электротехники и электропривода. Указанные новые признаки в известных устройствах аналогичного назначения не обнаружены. Следовательно, техническое решение соответствует требованию "существенные отличия".

На чертеже приведена функциональная схема электропривода колебательного движения.

Электропривод содержит регулируемый источник 1 постоянного напряжения, электрическую машину 2 переменного тока с трехфазной (3, 4 и 5) обмоткой статора и активным ротором 6, усилитель 7 и фазосдвигающее звено 8.

Регулируемый источник 1 постоянного напряжения подключен к первой обмотке 3 статора трехфазной электрической машины 2 с активным ротором 6, вторая обмотка 4 статора подключена к выходу усилителя 7, третья обмотка 5 статора подключена к входу фазосдвигающего звена 8, выход которого соединен с входом усилителя 7.

Электропривод колебательного движения работает следующим образом.

За счет активного ротора, например, выполненного с постоянными магнитами, в машине создается намагничивающий поток Ф_о. При подключении к источнику 1 постоянного напряжения первой обмотки 3 статора по ней протекает постоянный ток I_o. В результате взаимодействия обмотки с потоком I_o и магнитного поля Ф_о ротор 6 двигателя поворачивается и занимает нейтральное положение, соответствующее минимуму энергии электромеханической системы. При повороте ротора 6 относительно этого нейтрального положения на угол на него действует момент

М_в k I_o Ф_о sin , где k коэффициент пропорциональности, стремящийся вернуть ротор в исходное положение. Следовательно, первая обмотка 3 электрической машины 2 выполняет функцию электрической пружины, жесткость которой может изменяться за счет изменения тока I_o c помощью регулируемого источника 1 постоянного напряжения.

При движении ротора 6 магнитный поток Фо наводит в третьей обмотке 5 статора электрической машины ЭДС, пропорциональную скорости

l₅= kФ_o

Напряжение с выхода третьей обмотки 5 статора электрической машины 2 поступает на вход фазосдвигающего звена 8, который осуществляет сдвиг по фазе входного напряжения. Сигнал с выхода фазосдвигающего звена поступает на вход усилителя 7, а напряжение с его выхода подается на вторую обмотку 4 статора. Ток, протекающий по второй обмотке 4 статора, взаимодействует с полем ротора 6, в результате чего создается электромагнитный момент, действующий на ротор и приводящий его в движение. При перемещении ротора 6 магнитный поток Ф_о наводит ЭДС в третьей обмотке статора электрической машины 2. Таким образом, в системе осуществляется обратная связь между ротором 6 и обмотками 4 и 5 через последовательно соединенные фазосдвигающее звено 8 и усилитель 7.

В качестве фазосдвигающего звена 8 используется интегрирующее, интегродифференцирующее, изодромное или иное звено, обеспечивающее такой сдвиг сигнала по фазе, при котором возникают устойчивые автоколебания ротора.

Таким образом, при указанном соединении обмоток электрической машины ротор совершает колебания с частотой, близкой к резонансной частоте электромеханической системы. Параметры колебаний (амплитуда и частота) можно регулировать изменением тока в обмотке 3, подключенной к источнику 1 постоянного напряжения.

Следовательно, использование электрической машины переменного тока с активным ротором, работающей в режиме автоколебаний, позволяет обеспечить энергетически наиболее выгодный режим работы, т.е. повысить КПД и упростить конструкцию. Использование в электроприводе простой обратной связи позволяет получить устойчивые автоколебания без использования специальных управляющих устройств и датчиков обратной связи.

Таким образом, использование в электроприводе колебательного движения, содержащем электрическую машину переменного тока с трехфазной обмоткой на статоре и регулируемый источник постоянного напряжения, подключенный к одной из обмоток статора, дополнительно последовательно соединенных фазосдвигающего звена и усилителя и активного ротора позволяет повысить КПД и упростить конструкцию.

Использование изобретения в исполнительных устройствах автоматических систем управления технологическими процессами с колебательным движением регулирующего органа позволит повысить эффективность их работы и уменьшить потери электроэнергии.