Устройство для импульсного регулиро-ВАНия фАзОВОгО пОлОжЕНия POTOPA СиН-ХРОННОгО элЕКТРОдВигАТЕля Советский патент 1981 года по МПК H02P7/36 H02P5/34 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

ФАЗОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ РОТОРА СИНХРОННОГО

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ некоторое время фазы или частоты питания двигателя. Для этого на входе триггерного делителя частоты включены логические схе мы совпадения и сборки, на входы которых помимо основных импульсов двойной строчной частоты поступают дополнительные импульсы. Эти дополнительные импульсы изменяют частоту сигнала, поступающего на вход триггерного делителя частоты, что в конечном итоге приводит к изменению фазы или частоты напряжения питания двигателя и следовательно, изменяет необходимым образом фазу вращения его ротора. Угловое (фазовое) положение ротора двигателя контролируется временным положением импульсов частотой 250 Гц, являющихся сигналом датчика оборотов, установленного на валу двигателя. При совмещении этих импульсов с зоной нечувствительности, сформированной из опорных кадровых импульсов, поступление дополнительных импульсов прекращается и задача цепи начальной установки фазы оказывается выполненной. Эта цепь регулирования фактически отключается и питание двигателя производится синхронным с опорной частотой сигналом. Далее за счет работы цепи демпфирования точность фазирования двигателя повышается. В цепи начальной установки фазы двигателя во время регулирования частота дополнительных импульсов принимает два дискретных значения 250 и 6,25 Гц. В первое время, когда начальная ошибка рассогласования между опорными кадровыми импульсами и импульсами датчика оборотов велика, дополнительные импульсы имеют частоту 250 Гц и скорость изменения фазы питания двигателя достаточно велика. Далее, когда ошибка рассогласования делается малой, например не более 10% от ее максимального значения дополнительных импульсов снижается до величины 6,25 Гц. Это быстро уменьщает скорость изменения фазы напряжения питания двигателя, что позволяет произвести точное фазирование ротора двигателя в заданной зоне и с заданной точностью ± 10 МКС. В видеомагнитофоне КАДР-3 в обычном режиме при максимально возможной ошибке время фазирования двигателя равно примерно 5 с. Цепь демпфирования работает от высокочастотных сигналов 12500 Гц. Контрольный сигнал обратной связи получается от дополнительного высокочастотного датчика (тахогенератора), установленного также на валу двигателя головок, а опорный - путем преобразования опорных импульсов двойной строчной частоты (31250 Гц.2/5 12500Гц). Сигнал, ошибки, полученный в цепи демпфирования, воздействует на фазовый модулятор, включенный в цепи питания двигателя, что позволяет уменьшить качания и повысить точность фазирования двигателя. Во время воспроизведения включается цепь строчного слежения, сигнал ошибки которой также воздействует на модулятор, что способствует уменьшению временной ошибки в воспроизводимом телевизионном сигнале 1. Основным недостатком описанного импульсного устройства регулирования фазового положения синхронного двигателя, используемого в видеомагнитофоне КАДР-3, является достаточно большое время начальной установки фазы вращения двигателя головок, что объясняется сравнительно большой инерционностью системы и невозможностью повысить частоту дополнительных импульсов в данной схеме. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство импульсного регулирования фазового положения синхронного двигателя, где время начальной установки фазы может быть уменьшено в несколько раз. Устройство содержит синхронный двигатель, в цепи питания которого последовательно включены усилитель мощности, расщепитель фаз, преобразователь частоты, логические схемы сборки, совпадения и формирователь опорных высокочастотных импульсов. В цепи преобразователя частоты включен фазовый модулятор, работающий от сигналов цепей демпфирования и строчного слежения. На валу двигателя установлен датчик оборотов, выходной сигнал которого поступает на вход переключающей схемы, причем на второй вход этой схемы поступает сигнал с формирователя воспроизводимых (кадровых) импульсов, выделенных из воспроизводимого телевизионного сигнала. Выход переключающей схемы подключен к одному из входов блока управления, другой вход которого соединен с формирователем низкочастотных опорных (кадровых) импульсов. Один из выходов блока управления подключен ко входу управляемого генератора. Выход управляемого генератора подсоединен к входу синхронизатора. Два других входа синхронизатора подключены к формирователю опорных высокочастотных импульсов и к блоку управления. Два выхода синхронизатора подключены к соответствующим входам логических схем сборки и совпадения. Опорный высокочастотный сигнал частотой 62500 Гц (16 мкс), пблученный, например, путем умножения на два Двойной частоты следования опорных строчных импульсов, с формирователя поступает Через логические схемы совпадений, сборки, преобразователь частоты, расщепитель фаз на усилитель мощности. Входной сигнал усилителя мощности обеспечивает работу синхронного двигателя в номинальном режиме. Фазовый модулятор управляется сигналами цепей демпфирования, строчного слежения и обеспечивает точную установку фазы двигателя и управление его мгновенной скоростью, с датчика оборотов двигателя снимается сигнал, который определяет фазовое положение ротора двигателя. Для изменения фазового положения ротора двигателя с выхода синхронизатора на вход схемы сборки или на вход схемы совпадений поступают дополнительные импульсы, которые изменяют частоту питания двигателя. Поэтому логические схемы совпадения вместе с преобразователем частоты можно рассматривать как управляемый делитель частоты с переменным коэффициентом деления частоты опорного сигнала, поступающего с формирователя. Степень изменения коэффициента передачи управляемого делителя частоты зависиу от изменения частоты управляемого генератора, что в свою очередь определяется сигналом временной ошибки на выходе схемы управления, играющей роль фазового дискриминатора цепи начальной установки фазы двигателя головок САР-СД В основном режиме фазовый дискриминатор схемы управления работает от опорных низкочастотных кадровых импульсов с формирователя и импульсов датчика оборотов через переключающую схему. В этом режиме производится фазирование двигателя по сигналу датчика оборотов. В режиме воспроизведения с помощью переключающей схемы возможна замена сигнала датчика оборотов сигналом формирователя воспроизводимых кадровых импульсов. Тогда фазирование двигателя производится по кадровым импульсам с ленты и выделенным из воспроизводимого телевизионного сигнала. Такое устройство позволяет, изменяя ход статической характеристики фазового дискримиIiaTopa (когда нет необходимости плавного регулирования), добиться сокращения времени начальной установки фазы вращения, т. е. времени фазирования двигателя головок. С этой целью при малых временных ошибках характеристика фазового дискриминатора остается линейной, а при больших вводится ограничение протяженности ее линейной части 2. Недостатком описанного устройства также является длительное время начальной установки фазы вращения ротора двигателя, делающее невозможным его использование в видеомагнитофонах третьего поколения, поскольку и в этом случае САР работает с замкнутой обратной связью, когда повышение крутизны регулирования и, следовательно, уменьшение времени начальной установки фазы ограничивается инерционностью системы. Цель изобретения - сокращение времени установки начальной фазы вращения ротора двигателя. Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено счетчиком импульсов, схемой задержки, делителем частоты, схемой ИЛИ и двумя схемами И, причем выход счетчика импульсов соединен с третьИМ входом блока управления и через схему задержки - с четвертым входом блока управления, второй выход которого через первую схему И и делитель частоты соединен с выходом формирователя высокочастотных опорных импульсов, подключенного через вторую схему И к третьему входу блока управления, выход второй схемы И через схему ИЛИ связан со входом счетчика импульсов, а другой вход схемы ИЛИ подключен к третьему входу синхронизатора и к выходу первой схемы И. На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - временные, диаграммы, поясняющие работу устройства. Устройство содержит синхронный электродвигатель 1,.в цепи питания которого последовательно включены усилитель 2 мощности, расщепитель 3 фаз, управляемый делитель 4 частоты и формирователь 5 опорных высокочастотных импульсов. В цепи управляемого делителя частоты включен фазовый модулятор 6, работающих от сигналов цепей демпфирования 7 и строчного слежения 8. На валу синхронного электродвигателя 1 установлен датчик 9 оборотов, выходной сигнал которого поступает на переключающую схему 10, причем на другой ее вход поступает сигнал с формирователя 11 воспроизводимых кадровых импульсов, выделенных из воспроизводимого телевизионного сигнала. Выход переключающей схемы 10 подключен к одному из входов блока 12 управления, другой вход которого соединен с формирователем 13 опорных низкочастотных импульсов. Выходы синхронизатора 14 также подключены к входам управляемого делителя 4 частоты, а один из входов синхронизатора соединен с одним из входов блока 12 управления. Два других входа блока 12 управления подключены непосредственно и через схему 15 задержки на выход счетчика 16 импульсов, на входе которого включена схема ИЛИ 17. Входы этой схемы подключены к выходам двух схем И 18 и 19. Входы второй схемы И 18 подключены к одному из входов блока 12 управления и к выходу формирователя 5 высокочастотных опорных импульсов. Входы схемы И 19 подключены к другому выходу блока 12 управления и через делитель 20 частоты к выходу формирователя 5 высокочастотных опорных импульсов. Кроме того выход схемы И 19 соединен с одним из входов синхронизатора 14. Устройство работает следующим образом. На блок 12 управления поступают два симметричных сигнала А и Б с периодом повторения TO (фиг. 2). Один из этих сигналов является опорным и поступает с выхода формирователя 13 опорных низкочастотных импульсов. Другой, контрольный, поступает через схему 10, например, с датчика 9 оборотов синхронного электродвигателя 1. В блоке 12 управления оценивается временное положение этих сигналов и вырабатывается команда знака расстройки по фазе сравниваемых сигналов А и Б и измерительный импульс В, длительность которого fn связана с величиной начального временного рассогласования Т// линейной зависимостью:

(1)

,5Тв-Т«

Длительность измерительного импульса В определяет продолжительность работы устройства на первом этапе, когда производится измерение величины начального рассогласования. На этом этапе импульсы Г с формирователя 5 высокочастотных опорных импульсов частотой fo через схему И 18 и схему ИЛИ 17 проходят на вход счетчика 16 импульсов. Число их ограничивается длительностью измерительного импульса и может быть вычислено:

п«

или, исходя из выражения (1), по формуле:

n, 0,57Sfo - Т fo

(2)

По окончании измерительного импульса с приходом дополнительных импульсов Д начинается второй этап - этап регулирования. С выхода блока 12 управления на схему И 19 приходит разрешающий импульс расстройки Е и дополнительный импульс с выхода делителя 20 частоты, проходят на вход схемы И 19 и далее на синхронизатор 14 и через схему ИЛИ 17 на вход счетчика 16 импульсов. Эти дополнительные импульсы через синхронизатор 14 воздействуют на управляемый делитель 4 частоты, изменяют (увеличивают или уменьшают) в зависимости от знака расстройки его коэффициент передачи и, следовательно, изменяют частоту (фазу) напряжения питания синхронного электродвигателе. Это приводит к изменению временного положения сигналов датчика обо ротов синхронного электродвигателя относительно опорных сигналов, что и устраняет начальное временное рассогласование. Окончание второго этапа определяется моментом заполнения счетчика 16 импульсов до полного объема N, когда число дополнительных импульсов будет равно п , при этом изменится потенциал выходного сигнала счетчика, который, воздействуя через схему управления, снимает разрешающий импульс расстройки со входа схемы И 19, и поступление дополнительных импульсов на синхронизатор прекращаетсяг-ОДновременно с этим прекращается изменение частоты напряжения питания двигателя. Для правильной работы схемы необходимо соблюдать условие:

(3),

N IV + П8

Подставив сюда значение выражения

(2), имеем:

N 0,5Tofo -(T;yfe-nj)

(4)

Отметим, что, когда сравниваемые сигналы А и Б совпадают по фазе, величина начального рассогласования Т„ 0, в схеме дополнительные импульсы не должны формироваться, т. е. их число По 0. С учетом 10 этого положения выражение, стоящее в скобках, оказывается равным нулю и тогда справедливо равенство:

(5)

N 0,5Т f,

Подставив в выражение (4) значение N, имеем

ng

(6)

20 Теперь, зная частоту fa импульсов Д и их количество в пачке nj , можно определить длительность импульса Е или продолжительность Тр второго этапа регулирования:

Л

(7)

Таким образом, время регулирования прямопропорционально величине начального временного рассогласования Т н отношению частоты импульсов Гц основной и дополнительной fo последовательности, т.е. коэффициенту деления М делителя 20 частоты. При максимально возможной величине временного рассогласования, которое может быть равно половине периода сравниваемых сигналов, максимальное время регулирования будет равно:

Т/,иахс 0,5 TO М

(8)

После окончания импульса Е включается схема 15 задержки, которая своим выходным импульсом задержки Ж воздействует на блок 12 управления, препятствуя формированию импульса В и, следовательно, началу второго цикла работы схемы. Величина задержки определяется конкретными данными системы регулирования и зависит от продолжительности переходного процесса. Как правило, она должна быть примерно равной или несколько больше времени успокоения системы регулирования. Поэтому к моменту формирована. нового измерительного импульса В величина начального рассогласования делается близкой к нулю, и, по крайней мере, меньше периода высокочастотных сигналов fp (что объясняется точностью регулирования цепи демпфирования или строчного слежения). Поэтому вторая пачка высокочастотных импульсов заполняет счетчик на весь его объем и дополнительных импульсов Д не образуется (Т/, 0; % 0,5; п N; п 0), а фаза напряжения питания двигателя остается неизменной. Таким образом, данное устройство программирует процесс установки начальной фазы синхронного, двигателя: начальное рассогласование, измеренное на первом этапе, устраняется на втором этапе регулирования, при этом нет воздействия сигнала обратной свйзи на процесс и характер регулирования. Характер процесса регулирования, т. е. величина, направление и время, в течение которого производится изменение частоты (фазы) напряжения питания двигателя, определяется содержанием схемы и параметрами ее элементов. Правильность работы схемы обуславливается также условием сохранения синхронности между частотой напряжения питания двигателя и частотой его вращения. Поэтому относительное изменение частоты напряжения питания двигателя не должны вызывать потерю его синхронизма. Достоинством схемы помимо самого принципа программного регулирования процесса фазирования двигателя, который позволяет сократить время регулирования -по сравнению с известными САР-СД для синхронных двигателей, является также простота оптимального выбора величины изменения частоты напряжения питания двигателя (выбор коэффициента деления М делителя частоты) и величины задержки IV с получения минимального времени фазирования двигателя. Суммарное время фазирования двигателя Т обычно равно продолжительности первого цикла и может быть определено как сумма времени первого и второго этапов и времени задержки 1 . Максимально возможная величина суммарного времени будет равна: 0.5То(М+1) +Т Синхронный электродвигатель видеомагнитофона КАДР-3 допускает без потери синхронизма изменение частоты питания примерно до 1%. Время переходного процесса может быть принято примерно 0,1 с. Тогда при частоте опорных сигналов 250 Рц (То 4 мс) Т д W 0,3 с Преимуществом изобретения является не только малое время фазирования синхронного электродвигателя, но и простота эксплуатации, обусловленная применением дискретных и логических элементов, не требующих подбора и настройки. Формула изобретения Устройство для импульсного регулирования фазового положения ротора синхронного электродвигателя, содержащее последовательно соединенные формирователь высокочастотных опорных импульсов, управляемый делитель частоты, расщепитель фаз, усилитель мощности, выходом подключенный к синхронному электродвигателю, фазовый модулятор с цепями демпфирования и строчйого слежения на его входе, другим входом и выходом подключенный к управляемому делителю частоты, блок управления, один вход которого подключен к выходу формирователя низкочастотных импульсов, а другой его вход через переключающую схему связан с выходом формирователя воспроизводимых кадровых импульсов и выходом датчика оборотов синхронного электродвигателя, синхронизатор, один вход которого соединен с выходом формирователя высокочастотных опорных импульсов, другой вход синхронизатора подключен к первому выходу блока управления, а выход синхронизатора соединен с управляющими входами управляемого делителя частоты, отличающееся тем, что, с целью сокращения времени установки начальной фазы вращения ротора электродвигателя, устройство снабжено счетчаком импульсов, схемой задержки, делителей частоты, схемой ИЛИ и двумя схемами И, причем выход счетчика импульсов соединен с третьим входом блока управления и через схему задержки - с четвертым входом блока управления, второй выход которого через первую схему И и делитель частоты соединен с выходом формирователя высокочастотных опорных импульсов, подключенного через вторую схему И к третьему выходу блока управления, выход второй схемы И и через схему ИЛИ связан со входом счетчика импульсов, а другой вход схемы ИЛИ подключен к третьму входу синхронизатора и к выходу первой схемы И. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 208755, кл. Н 04 Н 5/84, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР № 472434, кл. Н 02 Р 7/36, 1976.

ППЛЛЛ

I

I

этап

tmai,

neftSttu цих/i

-f 3aSep i o

tino/jou цикл