Устройство для стабилизации скорости вращения электродвигателя Советский патент 1979 года по МПК H02P5/16 

1

Изобретение относится к электротехнике, области управления электродвигателями, в частности к астатическим по скорости вращения прецизионным электроприводам с фазовым управлением.

В современном прецизионном электроприводе широкое распространение получили устройства, использующие дискретно-фазовый способ управления исполнительными электродвигателями, который основан на сравнении по фазовому положению импульсов высокостабильного задающего генератора эталонной частоты и импульсов датчика скорости вращения, установленного на валу электродвигателя {1, 2.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство, содержащее генератор опорной частоты, импульсный таходатчик, усилитель и блок управления, в состав которого входят триггер с раздельным запуском и триггер со счетным входом, коллектор одного из транзисторов которого через RC-цепь соединен с коллектором транзистора с раздельным запуском, а общая точка элементов указанной цепи подключена к базе другого транзистора триггера с раздельным запуском через вентильный элемент 3.

Известные устройства обладают следующими существенными недостатками. В режиме синхронизированной работы изменение напряжения, подводимого к электродвигателю, достигается за счет изменения фазового полол ения импульсов обратной связи, снимаемых с вала двигателя, относительно импульсов опорного генератора, т. е. иными словами, будучи астатической по

скорости вращения, система обладает статической ощибкой по угловому положению вала относительно опорной последовательности, что в переходных режимах может привести к недопустимо больщим колебаниям мгновенной скорости электродвигателя.

Кроме того, запас устойчивости фазовой системы, как правило, невелик, а введение корректирующих сигналов, обычно представленных в аналоговой форме, в такую импульсную систему затруднено.

Целью изобретения является повыщение статической точности системы по фазовому положению вала и улучшения качества регулирования.

Для этого в устройство введены щиротноимпульсный демодулятор, щиротно-импульсный модулятор и блок коррекции, причем генератор опорной частоты со скважностью

импульсов, близкой к двум, подключен к одному из входов триггера и к конденсатору RC-цепи, выход триггера подключен к входу широтно-импульсного демодулятора, выход которого подключен к входу широтно-импульсного модулятора, на который подсоединен блок коррекции, а выход широтно-импульсного модулятора подключен к входу усилителя.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство содержит генератор 1 опорной частоты, к выходу которого подключена емкость 2 блокируюш,ей RC-цепи и один из выходов триггера 3 с раздельным запуском, к одному из выходов последнего подключен резистор 4 RC-цепи, обш,ая точка элементов которой через вентильный элемент (диод) 5 подключена к тому же входу триггера 3, другой выход триггера 3 подключен к входу широтно-импульсного демодулятора 6, а выход последнего подключен к входу широтно-импульсного модулятора (ШИМ) 7, куда при необходимости подсоединяется блок коррекции 8.

Сигнал с выхода ШИМ подается на усилитель 9, питающий электродвигатель 10, с валом котброго соединен ротор импульсного таходатчика И. Выход таходатчика И подключен к входу формирователя импульсов 12, а выход последнего к другому входу триггера 3.

Информация о фазовом рассогласовании импульсов генератора 1 и гаходатчика И, яолучаемая на выходе триггера 3, в импульсной форме преобразуется демодулятором 6 в непрерывную величину, используемую для управления широтно-импульсным модулятором 7, характеристика которого выбрана таким образом, чтобы изменение коэффициента заполнения его выходного сигнала превосходило в К раз изменение коэффициента заполнения сигнала на выходе триггера 3. Очевидно, что статическая точность системы при этом повысится в К раз, а узел «демодулятор 6-модулятор 7 будет представлять собой линейный усилитель ширины импульсов с одной или двумя областями насьвдения на протяжении периода опорной частоты Го с общей длиК-1

Го.

тельностью, равной К

Выходные импульсы ШИМ усиливаются усилителем 9, а их ширина определяет подводимое к двигателю 10 напряжение.

Напряжение, подводимое к двигателю, при скоростях ниже и выще синхронизированной, будет определяться блокирующей RC-цепью, а также видом характеристики «вход-выход демодулятора 6 и модулятора 7.

Изменяя местонахождение линейного участка последней, можно получить в предельных случаях при скоростях ниже синхронизированной напряжение на двигателе,

равное 6п, а выше - 0,5/7п, или соответственно 0,5 t/jj и 0.

Требуемое повышение статической точности по фазовому положению вала достигается в устройстве выбором характеристики «вход-выход ШИМ, на вход которого при необходимости могут быть заведены аналоговые корректирующие сигналы. Управление двигателем остается импульсным, т. е. энергетические показатели системы не ухудшаются, но могут быть и улучшены путем снижения выходной частоты ШИМ. Вводя на вход ШИМ постоянное смещение, можно изменять рабочий угол системы между опорными импульсами и импульсами обратной связи и тем самым изменять в некоторых пределах напряжение, подводимое к двигателю, при скорости вращения электродвигателя ниже и выше синхронизированной, увеличив разницу между средними значениями напряжений в указанных режимах с 0,325 f/n при использовании прототипа до 0,5iLn при использовании данного устройства.

При использовании устройства для стабилизации скорости малоьшерционного двигателя при низкой опорной частоте с целью уменьшения пульсации скорости выходная частота ШИМ может быть выбрана более высокой по сравнению с опорной.

Использование новых элементов (широтно-импульсных демодулятора и модулятора) позволило значительно повысить статическую точность фазовой системы электропривода, обеспечить удобство введения корректирующих сигналов.

Кроме того, в устройстве легко может быть осуществлена перестройка системы при изменении нагрузки электродвигателя и питающего напряжения, расширен диапазон допустимых изменений указанных возмущений, благодаря увеличению разности среднего напряжения на электродвигателе при скоростях вращения ниже и выше синхронизированной.

Логическая схема устройства является простой, так как содержит один триггер, RC-цепь и вентильный элемент. Выходная частота широтно-импульсного модулятора может быть выбрана отличной от частоты опорного генератора с целью улучшения энергетических показателей системы или снижения пульсации скорости электродвигателя.

Использование устройства может быть рекомендовано в прецизионных синхронизированных и регулируемых электроприводах.

Формула изобретения

Устройство для стабилизации скорости вращения электродвигателя, содержащее генератор опорной частоты, импульсный таходатчик, зсилитель, триггер с раздельным запуском и блокирующую RC-цепь, общая точка элементов которой подключена к одному из входов триггера с раздельным запуском через вентильный элемент, отличающееся тем, что, с целью повышения статической точности системы по фазовому положению вала и улучшения качества регулирования, в устройство введены широтно-импульсиый демодулятор, широтно-импульсный модулятор и блок коррекции, причем генератор опорной частоты подключен к одному из входов триггера и к конденсатору RC-цепи, выход триггера подключен к входу широтно-импульсного демодулятора, выход которого подключен к входу широтно-импульсного модулятора, на который подсоединен блок коррекции, а выход широтно-импульсного модулятора подключен к входу усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 379031, кл. Н 02Р 5/16, 1973.

2.Авторское свидетельство СССР № 399989, кл. Н 02Р 5/16, 1974.

3.Авторское свидетельство СССР № 478407, кл. Н 02Р 5/16, 1973.