Стабилизированный электропривод

Предложен стабилизированный электропривод блок сравнения частот которого выполнен в виде схемы сравнения частот, регистра, счетчика импульсов и схемы ИЛИ, а синхровход C счетчика импульсов является третьим входом блока сравнения частот, который подключен к выходу блока задания частоты. Такое решение позволяет упростить схему управления с сохранением широкого диапазона регулирования скорости вращения стабилизированного электропривода, за счет подключения счетчика импульсов непосредственно к блоку задания частоты, что позволяет осуществить опережающую разблокировку импульсного частотно-фазового дискриминатора в пропорциональный режим работы, в тот момент, когда значение ошибки по угловой скорости _к становится меньше оптимального по времени синхронизации значения и избежать необходимости установки высокочастотного генератора импульсов в блок сравнения частот. 1 илл.

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использовано в системах передачи и воспроизведения информации, а так же в обзорно-поисковых и сканирующих системах.

Известно устройство "Стабилизированный электропривод" [а.с. СССР 1624649 от 30.01.1991, МКИ⁵ H02P 5/06], содержащий электродвигатель на валу которого расположен импульсный датчик частоты вращения, блок задания частоты, последовательно соединенные импульсный частотно-фазовый дискриминатор, статический преобразователь, выход которого подключен к якорной обмотке электродвигателя, два формирователя коротких импульсов и последовательно соединенные блок сравнения частот и одновибратор, выход которого подключен к третьему входу импульсного частотно-фазового дискриминатора, первый и второй входы которого через формирователи коротких импульсов подключены соответственно к выходам блока задания частоты и импульсного датчика частоты вращения, первый и второй входы блока сравнения частот подключены соответственно к выходам первого и второго формирователей коротких импульсов, а блок сравнения частот выполнен в виде схемы И, схемы ИЛИ-НЕ и двух счетчиков импульсов, причем первый и второй входы схемы И объединены соответственно с первым и вторым входами схемы ИЛИ-НЕ и являются соответственно первым и вторым входами блока сравнения частот, выход схемы И подключен к синхровходу первого счетчика импульсов и входу нулевой установки второго счетчика импульсов, синхровход которого подключен к выходу схемы ИЛИ-НЕ, а выход - к входу нулевой установки первого счетчика импульсов, выход которого является выходом блока сравнения частот.

Недостатком этого устройства является узкий диапазон регулирования, связанный с зависимостью области начальных условий по Аса в момент опережающей разблокировки от заданной частоты вращения со₃.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является стабилизированный электропривод [Патент RU 2467465 от 20.11.2012], содержащий электродвигатель, на валу которого расположен импульсный датчик частоты вращения, блок задания частоты, последовательно соединенные импульсный частотно-фазовый дискриминатор, статический преобразователь, выход которого подключен к якорной обмотке электродвигателя, два формирователя коротких импульсов и последовательно соединенные блок сравнения частот и одновибратор, выход которого подключен к третьему входу импульсного частотно-фазового дискриминатора, первый и второй входы которого через формирователи коротких импульсов подключены соответственно к выходам блока задания частоты и импульсного датчика частоты вращения, первый и второй входы блока сравнения частот подключены соответственно ко второму и третьему выходу импульсного частотно-фазового дискриминатора, а блок сравнения частот выполнен в виде схемы сравнения, регистра, счетчика импульсов, высокочастотного генератора и схемы ИЛИ входы которой являются входами схемы сравнения, а выход подключен одновременно к синхровходу C регистра и к R-входу нулевой установки счетчика импульсов, синхровход C которого подключен к выходу высокочастотного генератора, а выходы Q подключены к D-входам регистра, выходы Q которого подключены к входам схемы сравнения, выход которой является выходом блока сравнения частот.

Недостатком этого устройства является наличие в блоке сравнения частот высокочастотного генератора импульсов.

В стабилизированном электроприводе [Патент RU 2467465], для определения момента разблокировки ИЧФД осуществляется подсчет количества импульсов N высокочастотного генератора между ситуациями прохождения двух импульсов одной частоты между двумя импульсами другой частоты, что соответствует изменению углового рассогласования электропривода с фазовой синхронизацией на величину ₀ (угловое расстояние между соседними метками импульсного датчика частоты). Время t за которое угловое рассогласование электропривода с фазовой синхронизацией изменяется на ₀ при разгоне с максимальным ускорением _m пропорционально подсчитанному количеству импульсов N высокочастотного генератора:

где T_вч - период импульсов высокочастотного генератора.

С учетом того, что область начальных условий для организации опережающей разблокировки ИЧФД целесообразно выбирать из условия [Бубнов, А.В. Вопросы теории и проектирования прецизионных синхронно-синфазных электроприводов постоянного тока: монография. - Омск: Редакция журнала «Омский научный вестник», 2005. - 190 с., 39 с., 94 с.],

,

где _m - максимальное ускорение электропривода, то время t находиться по выражению [Патент РФ 2467465]:

С учетом уравнения (1) расчетное количество импульсов N_p высокочастотного генератора, при котором ошибка по угловой скорости будет равна .

.

Задачей полезной модели является упрощение схемы управления стабилизированного электропривода с сохранением широкого диапазона рабочих частот вращения.

Известный стабилизированный электропривод, содержит электродвигатель, на валу которого расположен импульсный датчик частоты вращения, блок задания частоты, последовательно соединенные импульсный частотно-фазовый дискриминатор, статический преобразователь, выход которого подключен к якорной обмотке электродвигателя, два формирователя коротких импульсов и последовательно соединенные блок сравнения частот и одновибратор, выход которого подключен к третьему входу импульсного частотно-фазового дискриминатора. Первый и второй входы импульсного частотно-фазового дискриминатора через формирователи коротких импульсов подключены соответственно к выходам блока задания частоты и импульсного датчика частоты вращения. Первый и второй входы блока сравнения частот подключены соответственно ко второму и третьему выходу импульсного частотно-фазового дискриминатора. Блок сравнения частот выполнен в виде схемы сравнения, регистра, счетчика импульсов, высокочастотного генератора и схемы ИЛИ. Входы схемы ИЛИ являются входами схемы сравнения, а выход подключен одновременно к синхровходу C регистра и к R-входу нулевой установки счетчика импульсов. Выходы Q счетчика импульсов подключены к D-входам регистра. Выходы Q регистра подключены к входам схемы сравнения. Выход схемы сравнения является выходом блока сравнения частот.

Поставленная задача решена за счет того, что синхровход C счетчика импульсов является третьим входом блока сравнения частот, который подключен к выходу блока задания частоты.

На фиг. приведена функциональная электрическая схема предлагаемого стабилизированного электропривода.

Предложенный стабилизированный электропривод содержит блок задания частоты 1, импульсный частотно-фазовый дискриминатор 2, статический преобразователь 3, электродвигатель 4, импульсный датчик частоты вращения 5, формирователи импульсов 6 и 7, блок сравнения частот 8, одновибратор 9. Блок сравнения частот 8 выполнен в виде схемы ИЛИ 10, счетчика импульсов 11, регистра 12 и схемы сравнения 13.

В устройстве последовательно соединены импульсный частотно-фазовый дискриминатор 2 и статический преобразователь 3, выход которого подключен к якорной обмотке электродвигателя 4, на валу которого расположен импульсный датчик частоты вращения 5. Выход блока сравнения частот 8 подключен к входу одновибратора 9, выход которого подключен к третьему входу импульсного частотно-фазового дискриминатора 2. Вход А импульсного частотно-фазового дискриминатора 2 через формирователь импульсов 6 подключен к выходу блока задания частоты 1. Вход В импульсного частотно-фазового дискриминатора 2 через формирователь импульсов 7 подключен к выходу импульсного датчика частоты вращения 5. Первый вход схемы ИЛИ 10 является первым входом блока сравнения частот 8 и подключен к выходу В1 импульсного частотно-фазового дискриминатора 2. Второй вход схемы ИЛИ 10 является вторым входом блока сравнения частот 8 и подключен к выходу C₁ импульсного частотно-фазового дискриминатора 2. R-вход счетчика импульсов 11 объединен с синхровходом C регистра 12 и подключен к выходу схемы ИЛИ 10. Синхровход C счетчика импульсов 11 является третьим входом блока сравнения частот 8 и подключен к выходу блока задания частоты 1. Выходы счетчика импульсов 11 подключены к D-входам регистра 12. Выходы Q регистра 12 подключены к входам схемы сравнения 13, выход которой является выходом блока сравнения частот 8.

Стабилизированный электропривод работает следующим образом.

При включении питания двигатель 4 начинает разгоняться до синхронной скорости. При этом с выхода блока задания частоты 1 на вход формирователя импульсов 6 и на счетчик импульсов 11 подается импульсный сигнал с частотой f_оп, пропорциональной заданной частоте вращения электродвигателя 4. На выходе формирователя импульсов 6 по переднему фронту импульса f_оп формируется импульсный сигнал длительностью f_оп. На вход A импульсного частотно-фазового дискриминатора 2 поступает сигнал задания , с выхода формирователя импульсов 6. На вход B импульсного частотно-фазового дискриминатора 2 поступает сигнал обратной связи , поступающий с выхода импульсного датчика частоты вращения 5 через формирователь импульсов 7, формирующий импульс по переднему фронту импульса f_ос. При включении питания частота , значительно превышает частоту ., что определяет высокий уровень сигнала на выходе A ₁ импульсного частотно-фазового дискриминатора 2, который, поступая на вход статического преобразователя 3, усиливающего и преобразующего управляющий сигнал в требуемый ток в обмотках электродвигателя 4, обеспечивает разгон электродвигателя 4 с максимальным ускорением.

Блок сравнения частот 8 служит для определения момента времени, когда ошибка по угловой скорости в момент пересечения изображающей точки фазовой траектории линии переключения становится меньше _г, путем анализа сигналов, поступающих выходов B₁ и C₁ импульсного частотно-фазового дискриминатора 2. Импульс выходе B₁ импульсного частотно-фазового дискриминатора 2 появляется, когда между двумя соседними импульсами не проходит ни одного импульса . На выходе C₁ импульсного частотно-фазового дискриминатора 2 импульс появляется, когда между двумя соседними импульсами не проходит ни одного импульса . В момент, когда ошибка по угловой скорости становится меньше _г, с выхода блока сравнения частот 8 сигнал f_вых через одновибратор 9 осуществляет разблокировку в пропорциональный режим работы импульсного частотно-фазового дискриминатора 2.

Одновибратор 9 служит для формирования импульса заданной длительности, исключающего возможность переключения дискриминатора 2 в режим насыщения сразу после его разблокировки при прохождении двух импульсов между двумя импульсами и обеспечивающего дальнейшую работу дискриминатора 2 в пропорциональном режиме по переднему фронту входного импульса.

Блок сравнения частот 8 работает следующим образом.

В блоке осуществляется подсчет количества импульсов N опорной частоты f_оп между ситуациями прохождения двух импульсов одной

частоты между двумя импульсами другой частоты, что соответствует изменению углового рассогласования электропривода с фазовой синхронизацией на величину ₀. Время t за которое угловое рассогласование электропривода с фазовой синхронизацией изменяется на ₀ при разгоне с максимальным ускорением _m пропорционально подсчитанному количеству импульсов N опорной частоты:

где T_ОП - период импульсов высокочастотного генератора.

С учетом (2) и (3) расчетное количество импульсов N_p опорной частоты f_оп, при котором ошибка по угловой скорости будет равна .

.

В момент прохождения второго импульса одной частоты между двумя импульсами другой частоты с выхода B₁ (при разгоне) или выхода C₁ (при торможении) импульсного частотно-фазового дискриминатора 2 импульс через схему ИЛИ 10 подается на синхровход регистра 12, на Q выходы которого записывается двоичный код с Q выходов счетчика импульсов 11, и на R-вход счетчика импульсов 11, сбрасывая его. В схеме сравнения 13 производится сравнение значения N_к с Q выходов регистра 13 и расчетного значения N_p. В том случае, если значение N_к станет больше значения N_p, на выходе схемы сравнения 13 формируется импульс f_вых, поступающий на вход одновибратора 9. На выходе одновибратора 9 формируется импульс, поступающий на вход С ИЧФД 2 и осуществляющий его опережающую разблокировку.

Работа электропривода при переходе со скорости на скорость происходит аналогично вышеописанному.

Предложенное техническое решение позволяет упростить схему управления с сохранением широкого диапазона регулирования скорости вращения стабилизированного электропривода, за счет подключения счетчика импульсов непосредственно к блоку задания частоты, что позволяет осуществить опережающую разблокировку импульсного частотно-фазового дискриминатора в пропорциональный режим работы, в тот момент, когда значение ошибки по угловой скорости _к становится меньше оптимального по времени синхронизации значения и избежать необходимости установки высокочастотного генератора импульсов в блок сравнения частот.

Стабилизированный электропривод, содержащий электродвигатель, на валу которого расположен импульсный датчик частоты вращения, блок задания частоты, последовательно соединенные импульсный частотно-фазовый дискриминатор, статический преобразователь, выход которого подключен к якорной обмотке электродвигателя, два формирователя коротких импульсов и последовательно соединённые блок сравнения частот и одновибратор, выход которого подключен к третьему входу импульсного частотно-фазового дискриминатора, первый и второй входы которого через формирователи коротких импульсов подключены соответственно к выходам блока задания частоты и импульсного датчика частоты вращения, первый и второй входы блока сравнения частот подключены соответственно ко второму и третьему выходу импульсного частотно-фазового дискриминатора, а блок сравнения частот выполнен в виде схемы сравнения, регистра, счетчика импульсов и схемы ИЛИ, входы которой являются входами схемы сравнения, а выход подключен одновременно к синхровходу С регистра и к R-входу нулевой установки счетчика импульсов, выходы Q которого подключены к D-входам регистра, выходы Q которого подключены к входам схемы сравнения, выход которой является выходом блока сравнения частот, отличающийся тем, что синхровход С счетчика импульсов является третьим входом частоты.