Астатический регулятор частоты вращения Советский патент 1980 года по МПК H02P5/16 

I

Изобретение относится к, электротехнике и может быть использовано в система к автомагической стабилизации скорости вращения электропривоаов постоянного тока, например, электроприводов синхронных генераторов со стабилизацией их выходной частоты, широко применяемых в качестве источников питания автономных сетей бортового питания электрооборудования судов и самолетов.

Известны астатические регуляторы скорости или частоты, содержащие два канала регулирования статический и астатический, включенные параллельно на один и тот же объект регулирования JL.

Недостаток их состоит в том, что они имеют узкий диапазон синхронизации по фазе. Это усложняет реализацию.

Наиболее близким по технической сущности является астатический двухканальный регулятор с фазовым дискриминатором 2|.

Известный астатический регулятор частоты содержит два канала регулирования,

статический и астатический, параллельно работающие на обший усилитель сигнала ошибки, управлвяюший (заботой регулятора возбуждения стабилизируемого по скорости двигателя постоянного тока. Статический канал регулирования содержит частотный датчик обратной связи, измерительный элемент ухода (девиации) частоты от заданной эталонной, выполняемый обычно на резонансных контурах с последующей вы10ходной схемой двухтактного выпрямления. Астатический канал регулирования содержит задак щий генератор опбрной частоты и фазовый детектор с выходным сигналом постоянного тока, пропорциональным разности фаз сравниваемых частот датчика обратной связи и задающего генератора эталонной частоты.

В установившемся режиме работы грубый статический канал регулирования обеспечивает подведение скорости вращения двигателя к номинальной с точностью не менее, чем +,0,5-2%, необходимой . и достаточной для захвата системы действием астатического регулятора, доводящего точность nonaepJkaHHHскорости и частоты системы до весьма малой оши ки порядка 0,1-0,01%. Основными недостатками известного астатического регулятора являются наличие двух устройств задания эталонной ча тоты, параметрического в статическом ка нале регулирования с его резонансными контурами и активного в виде автономно работающего эталонного генератора в астатическом канале регулирования, существенно удорожает и усложняет конструкцию регулятора, затрудняя также перестройку уровня стабилизации часто- ты в обычных пределах ± 2%, осуществляемую при необходимости в процессе эксплуатации системы; ограничение по условиям устойчивости диапазона синхронизации системы, по которым понимается наибольшее допустимое отклонение частогы и скорости вращения стабилизируемого электродвигателя, при котором электродвигатель втягивается в синхронизм под действием астатического канала регулирования. Целью настоящего изобретения являет ся упрощение конструкции двухканального астатического регулятора частоты и увеличение диапазона синхронизации действия астатического канала регулирования. Поставленная цель достигается тем, что в астатический регулятор частоты вращения двигателя, содержащий датчик 4iacтоТЫ вращения, соединенный с первым входом фазового детектора, второй вход которого подключен к задающему генератору, а выход соединен через $Ш1Ьтр11Изких частот, и усилитель- с блоком регу- лйрований Ч1асТоты вращения двигателя, в;ведены последовательно соединенные симметричный нелинейный элемент с начальной зоной нечувствительности и регулятор частоты, причем вход симметрич ного нелинейного элемента соединен с фильтром, низких частот, а выход регулятора частоты соединен; с задающим генератором. На чертеже представлена функцирналь- ная блок-схема построения системы стаб лизании скорости вращения и частоты с устройством астатического регулятора, составленная применительно к стабилизируемому по частоте приводу синхронного генератора с приводным двигателем постоянного тока. Электродвигатель постоянного тока 1 с блоком регулирования частоты вращения 2 приводит Во вращение ротор синхронного генератора 3, выполняющего роль датчика частоты вращения, который соединен с первым входом фазового де- тектора 4. На второй вход фазового детектора 4 поступает выходное напряжение задающего генератора 5, частота которогр может изменяться воздействием на его синхронизирующий контур 6. Выходное напряжение фазового детектора 4,, отфильтрованное фильтром низких частот 7, поступает на вход промежуточного усилителя 8 с его внутренней цепью динамической коррекции системы, управЛяющего работой блока 2 приводного двигателя 1. Кроме того, выходное напряжение фазового детектора 4 поступает через вспомогательную цепь отрицательной задержанной обратной связи, выполняемой на симметричном нелинейном элементе 9 с его начальной зоной нечувствительности на характеристике вход-выход, на вход регулятора частоты 1О,. Нормально в статическом установив- щемся режиме работы, т. е. при равенстве частоты выходного напряжения синхронного генератора 3 ее номинальному заданному значению, выходное напряжение фазового детектора 4 невелико и недостаточно для отпирания нелинейного элемента 9 цепи задержанной обратной связи управления частотой задающего генератора 5, которая при этом разомК- нута, а задающий генератор подает на фазовый детектор 4 выходное напряжение с номинальным заданным значением частбты, определяемым резонансной частотой его синхронизирующего контура 6. Образующийся при этом астатический канал регулирования компенсирует приложенные статические возмущения за счет сдвига фаз сравниваемых напряжений на входе фазового детектора, часто- ты которых совпадают. При необходимости уставКа стабилизируемой частоты системы может быть легко изменена путем простого внешнего воздействия на параметры синхронизирующего контура 6 задающего генератора 5. Прй приложении внезапного возмущения, напримерJ при ударном приемо-сбросе нагрузки синхронного генератора 3 скорость вращения агрегата и пропорцио- нальная ей частота сигнала главной обратной связи системы начинает изменяться. Соответствующий рост выходного напряжения фазового детектора 4 той или

иной полярности приводит-при этом к отпиранию нелинейного элемента 9 и замыканию цепи задержанной отрицательной обратной связи, воздействукЛцей посредством регулятора 10 перестройки частоты на синхронизирующий резонаног ный контур 6 задающего генератора 5. При достаточном бьгстродействии этого контура регулирования частоты задак)- шего генератора частота его выходного напряжения следит за вынужденным уходом частоты сигнала главной обратной связи системы (частотой синхронного генератора 3), а сдвиг фаз этих двух; сравниваемых напряжений, пропорциональный статической ошибке работающего статического канала регулирования системь и преобразованный фазовым детектором 4 в эквивалентный сигнал постоянного тока, обеспечивает необходимый закон управления блока 2 приводного двигателя 1. По мере уменьшения сигнала рассогласования и восстановления первоначального значения частоты синхронного генератора 3 уменьшается и выходной сигнал фазового детектора. Наконец при уменьшении этого сигнала до уровня зоны нечувствительности не-, линейногь элемента S paзмыкaetcя цепь задержанной отрицательной обратной связи частотного управления задающего генератора 5 и восстанавливается исходная структура регулятора с его астатическим каналом |эегулйрования.

Данное устройство существенно упрощено ввиду использования всего лиигь одного измерителя сигналов ошибок (фазового детектора) и одного частотно-задающегб элемента (синхронизирующего резонансного контура G)i

Функциональные возможности астатического регулятора ввиду упрощения настройки задаваемого уровня стабилизируемой, частоты и расширения диапазона син- S хронизации регулятора расширены, т. е. расширена зона захвата астатического регулятора сиЬтемы.

Формула изобретения

Астатический регулятор частоты вращения двигателя, содержащий датчик час- гсугы вращения, соединенный с первым

входом фазового детектора, второй вход которого подключен к задающему генератору, а выход соединен через фильтр низких частот и усилитель с блоком регулирования частоты вращения двигателя,

отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции н расшире ния диапазона синхронизации,в него введены последовательно соединенные симметричный нелинейный элемент с начальной

зоной нечувствительности н регулятор ЧИСТОТЫ генератора, причем вход симметричного нелинейного элемента соединен с фильтром низких частот, а выход регулятора частоты генератора соединен с

задающим генератором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США М 3553555, кл. 318-314, 1971.

2. Бертон А. И. и Мизюрин С. Р. Система точной стабилизации скорости вращения двигателя постоянного тока. Сб. Научно-технические проблемы автоматизированного электропривода .

АН СССР, 1977. rv.