Стабилизированный вентильный электропривод Советский патент 1991 года по МПК H02K29/06 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах лентопротяжных механизмов магнитофонов с автономным источником питания для -обеспечения точности стабилизации частоты вращения двигателя при изменении температуры, напряжения питания и нагрузки на вал двигателя.

Известен бесконтактный привод постоянного тока, содержащий бесконтактный двигатель постоянного тока, широтно-мм- пульсный магнитомодуляционный датчик положения ротора, формирователь сигналов, имеющий в каждой фазе схему задержки импульсов, сумматор, расширитель импульсов и логическую схему запрета

Однако напряжение, поступающее на обмотки статора двигателя, имеет импульсный характер, что ведет к мгновенному изменению скорости вращения вала. Изменение скорости приводит к искажению частотного спектра, записываемого и воспроизводимого магнитофоном, т.е. к ухудшению качества звука.

Кроме того, напряжение, поступающее на обмотки статора двигателя, формируется отдельными независимыми друг от друга каналами, что требует обязательного наличия датчикбв положения якоря. Наличие датчика усложняет конструкцию двигателя и увеличивает его стоимость.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является привод лентопротяжного, механизма стереокомплекса ТОМЬ РЭМ 209С, содержащий бесконтактный двигатель, преобразователь частоты, узел регулирования частоты вращения.

При постоянной температуре стабилизация скорости вращения вала двигателя в известном приводе осуществляется за счет обратной связи, снимаемой с обмоток дви- гателя. ЭДС, возникающая от вращения в обмотках статора, управляет схемой узла регулирования частоты вращения. Поскольку ЭДС пропорциональна скорости вращения якоря, то изменение скорости ведет к ее изменению, которая изменяет режим узла регулирования частоты вращения до восстановления ЭДС, и первоначального значения скорости.

При изменении температуры изменяются магнитные свойства якоря и статора дви- гателя. Это приводит к изменению индуктивного сопротивления статорных обмоток двигателя. Таким образом,ЭДС, снимаемая с обмоток, не соответствует частоте первоначальной температуры, поэтому узел регулирования частоты вращения поддерживает другую частоту.

Такое же явление происходит, когда изменяются параметры преобразователя частоты и узла регулирования частоты вращения при изменении температуры,

Причем изменение параметров электрической схемы узла регулирования частоты вра- щения и параметров двигателя от изменения температуры происходит неодинаково, Использование терморезисторов не

0 дает положительного результата. Настройка схемы с использованием терморезисторов сложна и не однозначна. Все это ведетг к большой нестабильности частоты вращения вала двигателя, Нестабильность часто5 ты вращения достигает 4-5%, что недопустимо для современной высококачественной аппаратуры.

Для обеспечения стабильности параметров, в частности, только двигателя в из0 вестном приводе якорь изготовлен из дорогостоящего дефицитного материала на основе кобальта. Использование более доступного материала ведет к еще большему значению нестабильности.

5

Целью изобретения является повышение точности стабилизации частоты вращения вала двигателя.

Указанная цель достигается тем, что в

0 электропривод введен блок стабилизации частоты вращения, а узел регулирования частоты вращения дополнительно снабжен входом стабилизации, блок стабилизации частоты вращения выполнен в виде форми5 рователя коротких импульсов, генератора эталонной частоты с двумя выходами, генератора пилообразного напряжения с двумя входами и двумя выходами, двухвходового логического элемента 2И-НЕ, активного

0 фильтра, усилителя постоянного тока и узла демпфирования, вход формирователя коротких импульсов образует вход блока стабилизации частоты вращения и подключен к одному из выводов трехфазной якорной

5 обмотки синхронного электродвигателя, а к его выходу подключен вход генератора эталонной частоты, к одному из выходов которого подключен первый вход генератора пилообразного напряжения и вход узла де0 мпфирования, а к другому выходу генератора эталонной частоты подключен первый вход двухвходового логического элемента 2И-НЕ, второй вход и выход которого подключены соответственно к первому выходу

5 и второму входу генератора пилообразного напряжения, второй выход которого через активный фильтр подключен к выходу узла демпфирования и оходу усилителя постоянного тока, выход которого образует выход блока стабилизации частоты вращения и

подключен к входу стабилизации узла регулирования частоты вращения.

На фиг. 1 изображена функциональная схема стабилизированного вентильного электропривода; на фиг, 2 - временные диаграммы, поясняющие работу генератора эталонной частоты; на фиг. 3 - функциональная схема генератора пилообразного напряжения; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Электропривод содержит синхронный электродвигатель 1, трехфазная обмотка якоря которого подключена к регулируемому преобразователю 2 частоты, вход управления которого соединен с выходом узла 3 регулирования частоты вращения (точка А). К одному из выводов трехфазной якорной обмотки синхронного электродвигателя подключен вход формирователя 4 коротких импульсов. Вход формирователя коротких импульсов образует вход блока стабилизации частоты вращения, a stixofl подключен к входу сброса генератора 5 эталонной частоты. Первый выход генератора эталонной частоты подключен к первому входу разрешения генератора 6 пилообразного напряжения и входу узла 7 демпфирования. Второй выход генератора эталонной частоты подключен к первому входу двухвходово- го логического элемента 2И-НЕ 8.

Второй вход двухвходового логического элемента 2И-НЕ подключен к первому выходу генератора 6 пилообразного напряжения, а выход - к его второму входу. Второй выход генератора пилообразного напряжения подключен к входу активного фильтра 9. Выход активного фильтра подключен к входу усилителя 10 постоянного тока и выходу узла 7 демпфирования. Выход усилителя 10 постоянного тока образует выход блока стабилизации частоты вращения и подключен к входу стабилизации (точка В) узла 3 регулирования частоты вращения, а через ограничительный резистор R последнего - к суммирующему выходу регулируемого преобразователя 2 частоты (точка С).

Работа электропривода основана на управлении схемой узла регулирования частоты вращения током, пропорциональным разности эталонного времени и времени, соответствующего собственной частоте вращения вала электродвигателя. Синусоидальный сигнал, снятый с одной из обмоток двигателя, поступает на вход формирователя 4 коротких импульсов, выполненного с регулятором длительности, предназначенным для регулировки оборотов двигателя в пределах ±2-3%.

Положительный импульс, начало которого соответствует фронту синусоидального

сигнала, поступает на вход сброса генератора 5 эталонной частоты. Генератор эталонной частоты выполнен на счетчиках с кварцевым генератором и предназначен для деления частоты кварцевого генератора.

С окончанием импульса сброса на входе сброса счетчика генератора эталонной частоты последний начинает заново отсчиты0 вать временной интервал. Кварцевый генератор генерирует высокочастотные колебания, а счетчик отсчитывает до определенного значения эталонное время.

В результате на выходах генератора 5

5 эталонной частоты формируются сигналы высокой частоты (кварцевой) и импульсы длительностью, равной разности времени между очередным сбросом и концом отсчета счетчика.

0 На диаграмме А (фиг. 2) изображены сигналы генератора кварцевой частоты на «втором выходе генератора 5 эталонной частоты, а на диаграмме D - импульс разностного временного интервала на первом

5 выходе генератора эталонной частоты.

Отсчет времени начинается с момента сброса счетчиков генератора эталонной частоты импульсом сброса на выходе формирователя коротких импульсов (диаграмма С,

0 фиг. 2) в исходное положение.

В рабочем состоянии генератора 5 эталонной частоты эталонное время всегда меньше длительности периода синусоидального сигнала В (фиг. 2) на входе форми5 рователя коротких импульсов, т.е. меньше , времени между импульсами сброса (диаграмма С).

Эта разница определяет величину пикового значения напряжения, снимаемого с

0 генератора 6 пилообразного напряжения, так как только в этом интервале происходит счет в генераторе пилообразного напряжения.

Генератор 6 пилообразного напряже5 ния выполнен по схемы цифроаналогового преобразователя (ЦАП) на инверторе И-НЕ 11, двоичном счетчике И-Е 12 и резисторах 13, подключенных к выходам двоичного счетчика (фиг. 3).

0 , Импульсы кварцевой частоты (диаграмма А, фиг.2) через двухвходовый логический элемент 2И-НЕ 8 поступают на счетный вход двоичного счетчика генератора пилообразного напряжения. На вход сброса этого же

5 счетчика через инвертор И-НЕ поступает сигнал с выхода генератора эталонной частоты (диаграмма Е, фиг. 4).

Максимальное время счетчика генератора пилообразного напряжения 300-400 мкс.

Выходы счетчика генератора пилообразного напряжения объединяются через ограничительные резисторы 13. С общей точки соединения резисторов снимается ступенчато-нарастающее напряжение (диаграмма F, фиг. 4).

С последней ступени счета сигнал поступает на первый вход двухвходового логического элемента 2И-НЕ 8 для остановки счета. Импульс на последней ступени счета будет до тех пор, пока ротор не набрал обороты, близкие к номинальным. Когда обороты достигнут номинальных, счет не будет доходить до срабатывания последнего триггера счетчика и генератор будет работать в промежуточных значениях.

Так как в момент подачи питания на привод двигатель имеет низкие обороты, то разность времени, определяемая собственной частотой вращения вала и эталонным временем, будет большом.

С целью исключения многократного формирования пилообразного импульса за один цикл измерения применен двухвходо- вый логический элемент 2И-НЕ 8.

При срабатывании последнего триггера счетчика генератора 6 пилообразного на- пряжения вырабатывается сигнал запрета, который с выхода генератора пилообразного напряжения поступает на второй вход двухвходового логического элемента 2 И-НЕ 8, после чего счет останавливается до очередного срабатывания генераторе 5 эталонной частоты.

Разностный сигнал времени дополнительно поступает на вход узла 7 демпфирования. Узел демпфирования, представляющий собой усилитель-ключ, предназначен для того, чтобы обеспечивать постепенным заряд конденсатора активного фильтра 9 от импульсов, снимаемых с генератора пилообразного напряжения, а также быстрый разряд этого конденсатора в случае превышения длительности эталонного времени над длительностью периода, снимаемого с одной из обмоток статора, что возможно при длительном механическом торможении с последующим растормаживанием ротора двигателя, так как только в этом случае возможен превышенный заряд конденсатора активного фильтра 9.

При подаче питания конденсатор па входе узла 7 демпфирования заряжается, так как обороты ротора низкие, т.е. на выходе счетчика генератора эталонной частоты присутствуют положительные импульсы. Кроме того, этот конденсатор разряжается через резистор, имеющийся на входе узла демпфирования (фиг. 5). Постоянная времени разряда подбирается так, чтобы на вхо,с,е

узла демпфирования напряжение при разряде превышало пороговое в течение 3-4 интервалов отсчитанного эталонного времени. При наличии напряжения на конденсаторе узла 7 демпфирования диод на его выходе закрыт и дает возможность заряжаться конденсатору активного фильтра 9. По мере заряда конденсатора активного фильтра 9 растут обороты ротора. Когда обо0 роты достигнут номинальных, т.е. когда импульс разности (диаграмма 4, фиг. 2) достигает 300-400 мк/с. заряд конденсате-, ра в цепи активного фильтра замедляется, так как этот импульс начнет резко умень5 шаться. Наступает такой момент, когда величина дополнительного заряда будет равна разряду, обороты ротора стабилизируются и поддерживаются на этом уровне. Напряжение на выходе активного филь0 тра 9 поддерживается на определенном уровне, определяемом генератором 5 эталонном частоты, обеспечивая плавное управление схемой узлз 3 регулирования частотой вращения через усилитель 10 по5 стоянного тока.

Так как в точку С узла 3 регулирования частоты вращения помимо напряжения с усилителя 10 постоянного тока поступает напряжение самоиндукции с регулируемого

0 преобразователя 2 частоты, то в точке С происходит сложение пикового значения ЭДС трех фаз, возникающих в обмотках электродвигателя с установившимся напряжением смещения на базе транзистора узла

5 3 регулирования частоты вращения, определяемым цепями, подключенными к входу стабилизации (точка В), и сравнение полученного напряжения с напряжением на эмиттере транзистора узла 3 регулирования

0 частоты вращения,

При небольшом изменении частоты вращения ротора напряжение в точке В изменяется значительно больше, чем изменение ЭДС, возникающее в обмотках электродви5 гателя, т.е. напряжение смещения на базе транзистора узла регулирования частоты вращения практически зависит только от постоянного напряжения, поступающего с выхода усилителя 10 постоянного тока. Вы0 ходное напряжение с усилителя постоянного тока и выходное напряжение ЭДС с выхода регулируемого преобразователя (точка С) поступают в одну общую точку, т.е. на базу транзистора узла 3 регулирования

5 частоты вращения.

Таким образом, электрическая схема электропривода реагирует на малейшее изменение частоты вращения якоря, которое возникает при изменении параметров злек- тродвигателя, регулируемого преобразователя частоты, блока стабилизации частоты вращения от воздействия температуры, напряжения питания, нагрузки на вал двигателя, и обеспечивает точность стабилизации частоты вращения ротора двигателя.

Применение предлагаемого технического решения привода снижает нестабильность частоты вращения до 0,3-0.5% в диапазоне рабочих температур 0-50°С.

Ф о р м у л а и з о б р е те н и я«

Стабилизированный вентильный электропривод, содержащий синхронный электродвигатель, трехфазная обмотка якоря которого подключена к регулируемому преобразователю частоты, вход управления ко- торого соединен с выходом узла регулирования частоты вращения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности стабилизации частоты вращения, в него введен блок стабилизации частоты вра- щения, а узел регулирования частоты вращения дополнительно снабжен входом стабилизации, блок стабилизации частоты вращения выполнен в виде формирователя коротких импульсов, генератора эталонной частоты с двумя выходами, генератора пилообразного напряжения с двумя входами и двумя выходами, двухвходового логического элемента 2И-НЕ, активного фильтра, усилителя постоянного тока и узла демпфирования, вход формирователя коротких импульсов образует вход блока стабилизации частоты вращения и подключен к обному из выводов трехфазной якорной обмотки синхрон ного электродвигателя, а к его выходу подключен вход генератора эталонной частоты, к одному из выходов которого подключены первый вход генератора пилообразного напряжения и вход узла демпфирования, а к другому выходу генератора эталонной частоты подключен первый вход двухвходового логического элемента 2И-НЕ, второй вход и выход которого подключены соответственно к первому выходу и второму входу генератора пилообразного напряжения, второй выход которого через активный фильтр подключен к выходу узла демпфирования и входу усилителя постоянного тока, выход которого образует выход блока стабилизации частоты вращения и подключен к входу стабилизации узла регулирования частоты вращения.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах лентопротяжных механизмов. Целью изобретения является повышение точности стабилизации частоты вращения. С этой целью стабилизированный вентильный электропривод снабжен блоком стабилизации частоты вращения, составленный из формирователя 4 коротких импульсов, входом соединенный с одной из фаз синхронного двигателя 1, генератора 5 эталонной частоты, генератора 6 пилообразного, напряжения, узла 7 демпфирования, логического элемента 2И-НЕ 8, фильтра 9 и усилителя 10 постоянного тока, выход которого соединен с входом стабилизации узла 3 регулирования частоты вращения. Электропривод реагирует на малейшие изменения частоты вращения . 4 ил. (Л с S со с о ON фигЛ

Фиг. 2

1693696