Автоколебательный электропривод

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Гомельский государственный технический университет им. П.О. Сухого(72) Авторы Луковников Вадим Иванович Тодарев Валентин Васильевич Веппер Леонид Владимирович(73) Патентообладатель Гомельский государственный технический университет им. П.О. Сухого(57) 1. Автоколебательный электропривод, включающий трехфазный асинхронный короткозамкнутый электродвигатель с, по меньшей мере, одним выходным валом и тремя фазными обмотками, с клеммами для подключения к источнику переменного напряжения и позиционный элемент нагрузки, кинематически связанный с валом, отличающийся тем,что первая и вторая фазные обмотки включены последовательно встречно между собой, а третья обмотка подключена последовательно согласно по отношению ко второй. 2. Электропривод по п. 1, отличающийся тем, что позиционный элемент нагрузки представляет собой маятник, выполненный с возможностью регулирования собственной частоты колебаний.(56)1631389 1, 1989.117160 1, 1988.2050687 1, 1995.2076439 1, 1997.2072621 1, 1997.97028937 1, 1996.55023717 , 1980. Изобретение относится к электротехнике, а более конкретно - к конструкции электроприводов для создания автоколебательных перемещений. Изобретение может быть использовано в нефте- и горнодобывающей промышленности для обеспечения функционирования спецоборудования, а также в некоторых областях техники, испытывающих потребность в экспресс-испытаниях узлов, агрегатов и материалов. Известен колебательный электропривод 1, содержащий трехфазный двигатель с тремя имеющими общую точку фазными обмотками, два фазовращателя и клеммы для подключения к источнику трехфазного напряжения. При работе данного электропривода колебательное движение вала электродвигателя создается путем питания обмоток трехфазного двигателя токами равных частот с относительным сдвигом фаз между токами двух из трех обмоток, непрерывно изменяющимся по линейному закону, аналогичному закону изменения относительного сдвига фаз между токами других двух обмоток, но взятому с обратным знаком. Недостатком указанного электропривода является наличие фазовращателей, что усложняет конструкцию электропривода. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является электропривод 2,содержащий коммутационное устройство, соединенное выходами с регулятором напряжения, а входом с датчиком скорости, установленным на валу двигателя, с которым соединен позиционный элемент нагрузки, выполненный в виде пружины. Силовые входы коммутационного устройства электрически связаны с переключателем, который в свою очередь соединен электрически с двигателем, при этом вход коммутационного устройства подключен к источнику переменного тока. Недостатком данного электропривода является сложность конструкции, обусловленная наличием коммутационного устройства, регулятора напряжения, переключателя, датчика скорости, а также использование одной фазной обмотки из трех, что неоправдано с точки зрения экономичности. Следует отметить, что применение в качестве позиционного элемента нагрузки пружины ограничивает функциональные возможности электропривода в виду невозможности регулирования амплитуды и частоты колебаний. Задачей настоящей разработки является исключение выше отмеченных недостатков, а именно упрощение конструкции электропривода, повышение экономичности за счет использования трех фазных обмоток, а также расширение функциональных возможностей электропривода за счет обеспечения возможности регулирования амплитуды и частоты колебаний позиционного элемента. Поставленная задача достигается тем, что в автоколебательном электроприводе, включающем трехфазный асинхронный короткозамкнутый электродвигатель с, по меньшей мере,одним выходным валом и тремя фазными обмотками, с клеммами для подключения к источнику переменного напряжения и позиционный элемент нагрузки, кинематически связанный с валом, согласно изобретению, первая и вторая фазные обмотки включены последовательно встречно между собой, а третья обмотка подключена последовательно согласно по отношению ко второй, а позиционный элемент нагрузки представляет собой маятник, выполненный с возможностью регулирования собственной частоты колебаний. 2 4958 1 Благодаря использованию трех фазных обмоток, из которых первая и вторая включены последовательно встречно между собой, а третья - последовательно согласно по отношению ко второй, достигается увеличение относительной суммарной магнитодвижущей силы(далее по тексту - МДС). Благодаря использованию маятника в качестве позиционного элемента нагрузки (вместо пружины) достигается увеличение амплитуды колебаний, а изменяя длину и вес маятника можно тем самым регулировать амплитуду и частоту колебаний вала электродвигателя. На фиг. 1 представлена схема, поясняющая конструкцию разрабатываемого электропривода на фиг. 2 - схема подключения фазных обмоток к источнику однофазного переменного напряжения на фиг. 3 - пространственное изображение относительных МДС фазных обмоток на фиг. 4 представлены возможные альтернативные варианты схем соединения фазных обмоток. Автоколебательный электропривод включает (фиг. 1) клеммы 1 для его подключения к источнику однофазного переменного напряжения, фазные обмотки 2 трехфазного асинхронного электродвигателя, короткозамкнутого ротора 3, на валу 4 которого закреплен маятник 5. Маятник выполнен с возможностью регулирования длины рычага 6 и массы маятника 5. Конструктивно маятник может быть выполнен, например, в виде стержня с точкой подвеса, по которому перемещается фиксируемый груз. Возможны и другие варианты конструктивного исполнения маятника, например, вариант с применением одного или нескольких электромагнитов. Устройство работает следующим образом. При подключении к зажимам 1 (фиг. 1) источника однофазного переменного напряжения по трем фазным обмоткам трехфазного асинхронного электродвигателя протекает ток, который создает неподвижное в пространстве пульсирующее с частотой сети магнитное поле. При этом в обмотке ротора наводится электродвижущая сила (далее по тексту - ЭДС) и начинает протекать ток. Однако в результате взаимодействия тока ротора с магнитным полем возникают силы, результирующий момент которых относительно оси вращения оказывается равным нулю. Если же ротору внешним усилием (отклонить маятник 5 на некоторый угол и отпустить) придать начальную скорость, то он начнет развивать момент и разгоняться. Это объясняется тем,что в обмотке ротора вследствие того, что она пересекает магнитное поле, возникают еще одна ЭДС и ток. В результате взаимодействия этого тока с полем статора создается вращающийся момент. По мере разгона электродвигателя (до нижнего положения маятника) момент, создаваемый маятником, помогает электродвигателю, а затем начинает противодействовать. По мере увеличения угла отклонения маятника от вертикального положения его момент увеличивается. При этом маятник отклоняется на некоторый угол в другую сторону. При равенстве моментов маятника и двигателя последний останавливается. Далее аналогично. Фазные обмотки 1 и 2 (фиг. 2) включены между собой последовательно встречно, а фазная обмотка 3 включена с обмоткой 2 последовательно согласно. При этом относительная суммарная МДС(фиг. 3) равна геометрической сумме относительных МДС отдельных фазных обмоток 1, 2, 3 (1, 2, 3). При геометрическом сложении относительных МДС (1, 2, 3) трех фазных обмоток имеем результирующую относительную МДС , которая в два раза больше МДС любой отдельно взятой фазной обмотки. Таким образом, использование трех обмоток, подключенных по схеме, представленной на фиг. 2, обеспечивает наибольшую МДС, а значит повышает экономичность привода. Следует отметить, что возможны и другие схемы соединения фазных обмоток (фиг. 4 а, б, в), для которых значение относительной МДС такое же, как и в рассматриваемом случае. Применение любого альтернативного варианта соединения фазных обмоток не исключает применения маятника вместо пружины, что позволяет получить большую амплитуду колебаний, возможность регулирования амплитуды и частоты колебаний при изменении длины и веса маятника. 3 4958 1 Таким образом, по сравнению с известным колебательным электроприводом заявляемый автоколебательный электропривод обеспечивает следующие преимущества упрощение конструкции электропривода повышение экономичности расширение функциональных возможностей электропривода за счет увеличения амплитуды колебаний и регулирования амплитуды и частоты колебаний. Источники информации 1. А.с. 1417160. Способ возбуждения колебательного движения вала трехфазного двигателя / В.И. Луковников и др. Опубл. в Б.И., 1988 г.,30. 2. А.с. 1631689 А 1. Способ управления колебательным электроприводом с асинхронным двигателем / В.И. Луковников и др. Опубл. в Б.И., 1991 г.,8. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.