Устройство для стабилизации скорости вращения электродвигателя Советский патент 1983 года по МПК H02P5/00 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к стабилизированным электроприводам звуковоспроиз водящей аппаратуры. Известно устройство для стабилиза ции скорости вращения электродвигателя, содержащее электродвигатель с частотным таходатчиком скорости его вращения, источник опорных импульсов и схему сравнения частот, выход которой через усилитель мощности соединен с электродвигателем 1 Устройство устойчиво работает при больших скоростях вращения электродвигателя, но не обеспечивает необходимой точности стабилиза.ции средней и низкой скоростей вращения, быстродействия и стабилизации мгновенной скорости электродвигателя. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст ройство для стабилизации скорости вращения двигателя переменного тока, содержащее последовательно соединенные частотный таходатчик, усилитель-ограничитель, дифференциатор, генератор пилообразного напряжения, схему сравнения, к другому входу которой подключен источник постоянного тока, фильтр низких частот, фазовый компенсатор, активный фильтр низких частот и усилитель мощности с мостовой диодной схемой регулирования переменного напряжения, подключенный к асинхронному электродвигателю . Устройство не обладает достаточным быстродействием для обеспечения высокой равномерности вращения (стабилизации мгновенной скорости) электродвигателя, так как быстродействие ограничено инерционностью системы низкочастотных фильтров. Кроме того, отрицательное влияние на равномерность вращения электродёигателя оказывает погрешность частоты такодатчика, являющаяся следствием неточности его изготовления (неравномерность шага модуляционных меток, эксцентриситет и биение модуляционного диска ), Таким образом, недостатком известного устройства для стабилизации скорости вращейия электродвигателя является то, что оно не обеспечивает достаточную равномерность его вращения. Цель изобретения - повышение равномерности вращения электродвигателя Поставленная цель достигается тем, что в устройство для стабилизации частоты вращения электродвигателя, содержащее последовательно соеди ненные таходатчик, усилитель-ограничитель, дифференциатор, генератор пи лообразного напряжения и схему сравнения, источник постоянного тока с выходом, подключенным к второму входу схемы сравнения, и усилитель мощности, подключенный .к электродвигателю ьведены последовательно соединенные второй таходатчик, размещенный относительно первого со сдвигом в направ лении вращения двигателя, второй усилитель-ограничитель, второй дифферен циатор и схема выборки-хранения, второй вход которой подключен к выходу схемы сравнения, а выход - к входу усилителя мощности, причем таходатчики выполнены с общим модулятором. На фиг, 1 показана функциональная схема устройства для стабилизации ско рости вращения электродвигателя; на фиг. 2 - конструктивная схема размещения частотных таходатчиков фотоэле трического типа; на фиг. 3 - временная диаграмма, поясняющая работу уст ройства. Устройство для стабилизации скорости вращения электродвигателя 1 содержит два частотных таходатчика 2 и 3 с общим модулятором, размещенных со смещением в направлении вращения двигателя. Последовательно с первым по направлению вращения таходатчиком 2 соединены усилитель-ограничитель t дифференциатор 5 генератор 6 пилообразного напряжения, схема 7 сравнения сигналов, к другому входу которой подключен источник 8 постоянного тока, схема 9 выборки-хранения аналогового сигнала и усилитель 10 мощности, подключенный к электродвигателю 1, Последовательно с другим таходатчиком 3 боединены второй усилитель-ограничитель 11 и второй диф904 ференциатор 12, подключенный к другому входу схемы 9 выборки-хранения. При стабилизации частоты вращения электродвигателя постоянного тока усилитель мощности может быть ключей к электродвигателю непосредственно, а при стабилизации частоты вращения электродвигателя переменного тока - через управляемую мостовую диодную схему. Фотоэлектрические частотные таходатчики 2 и 3 содержат источник 13 (фиг, 2) излучения лучистой энергии, линзу k, модулятор 15, жестко закрепленный на валу двигателя 1, и два фотоприемника 16 и 17. Линза 1 t и модулятор 15 установлены последовательно между источником 13 и фотоприемниками 16 и 17. Модулятор 15 выполнен в виде светонепроницаемого дис ка с Щелевыми отверстиями, шаг между которыми несколько больше шагового расстояния между фотоприемниками 16 и 17. Выход фотоприемника 16, первого по направлению вращения двигателя, соответствует выходу частотного таходатчика 2, а выход фотоприемника 17 - выходу таходат.чика 3. Устройство работает следующим образом. При вращении двигателя 1 поочередно через одно и то же отверстие модулятора 15 освещаются фотоприемники 16 и 17, на выходах которых возникают ЭДС с частотой следования импульсов, равной частоте модуляции светового потока от источника 13. Импульсы выходного напряжения таходатчиков 2 и 3 (фиг. 3, диаграммы а и б) сдвинуты один относительно другого на время задержки tj., равное времени прохождения модуляционного отверстия между таходатчиками, расстояние между которыми постоянно. Время задержки 1эйдмежду импульсами (диаграммы а и б) при постоянной частоте вращения двигателя 1 совместно с модулятором 15 постоянно, и изменяется обратно пропорционально изменению частоты вращения двигателя. Линза 14 преобразует световой поток точечного источника 13, расположенного вблизи модулятора 15, в световой поток с мнимым центром излучения на оси вращения модулятора, обеспечивая для каждого фотоприемника одинаковые условия модуляции светового потока. В этом случае погрешности изготовления модулятора 15, такие как биение, эксцентриситет и непостоянство углового шага между отверстиями, не влияют на время прохождения одного и того же модуляционного отверстия от одного фотоприемника до другого, т.е, на время не влияют синхронные частотные погрешности таходатчиков 2 и 3. Сигналы с выходов таходатчиков 2 и 3 поступают на соответствующие усилители-ограничители + и 11 и далее на дифференциаторы 5 и 12, которые преобразуют последовательности сдвинуты во времени прямоугольных импульсов в последовательности коротких положительных импульсов (диаграммы в и г), соответствующих передним (задним) фронтам прямоугольных импульсов на входах дифференциаторов. С выхода дифференциатора 5 короткие импульсы (диаграмма в) поступают на вход гене ратора 6 пилообразного напряжения, а импульсы (диаграмма г) - на один из входов схемы 9 выборки-хранения, Короткий положительный импульс (диаграм ма в) дифференциатора 5 устанавливает выходное напряжение генератора 6 равным нулю, и после окончания этого импульса выходное напряжение генератора 6 линейно возрастает до момента прихода следующего. Таким образом, на выходе генерато 6 появляется пилообразное напряжение (диаграмма д) с частотой, равной частоте модуляции светового потока. Это напряжение поступает на один из Входов схемы 7 сравнения, на другой вход которой подается опорное напряжение от источника 8 постоянного тока. С выхода схемы 7 пилообразное напряжение (диаграмма а), смещенное относительно нуля на величину опорно го напряжения поступает на второй вход схемы 9 выборки-хранения, которая запоминает величину напряжения (диаграмма е) пилообразной формы в момент прихода на первый вход схемы 9 короткого положительного импуль са (диаграмма г) от дифференциатора 12 и сохраняет величину этого напряжения постоянной до момента прихода следующего импульса. Напряжение (диаграмма ж) с выхода схемы 9 выборкихранения поступает на вход усилителя 10 мощности и далее - на эяектродвигатель 1, замыкая контур регулирования. Среднее значение постоянной составляющей напряжения на выходе схемы 9 при вращении электродвигателя 1, в установившемся режиме зависит от уровня опорного напряжения 11 , на величину которого схема 7 сравнения смещает относительно нуля напряжение (диаграмма а) пилообразной формы на входе схемы 9. Среднее значение постоянной составляющей напряжения (диаграмма з) на выходе усилителя 10 мощности определяет номиналь ную .частоту вращения электродвигателя 1. 1При воздействии внешних факторов, например при уменьшении момента нагрузки Мдагрэлектродвигателя 1 или при увеличении напряжения его питания, частота вращения электродвигателя 1 увеличивается. Соответственно увеличиваются Частота модуляции светового потока, частота следования импуль|сов;(диаграммы а и б) на выходе таходатчиков 2 и 3 и частота запуска генератора б, а время задержки .между последовательностями коротких импульсов (диаграммы г и в) на выходах дифференциаторов 12 и 5 и уменьшается. Так как скорость линейного нарастания пилообразного напряжения (диаграмма д)на выходе генератора 6 остается неизменной при увеличении частоты его запуска дифференциатором 5, а промежуток времени между запуском генератора 6 и моментом запоминания текущего значения пилообразного напряжения (диаграмма е) схемой 9 выборки-хранения, определяемым моментом прихода импульса (диаграмма г) от дифференциатора П, сокращается то на выходе схемы 9 уровень напряжения . (диаграмма ж) уменьшается. Со- ответственно, уменьшаются напряжение (диаграмма з) на выходе усилителя 10 мощности и частота вращения электродвигателя 1, устремляясь к номинальному значению. При увеличении момента нагрузки электродвигателя 1, приводящим к снижению его частоты вращения, происходит обратный процесс, потому что напряжение на выходе устройства для стабилизации частоты вращения электродвигателя находится в прямой зависимости от времени задержки между последовательностями импульсов на выходе таходатчиков, Таким образом, замкнутый контур регулирования путем изменения напряжения, подаваемого на электродвигатель, компенсирует изменение его частоты вращения при воздействии внешних факторов, поддерживая ее стабиль ной в пределах допустимой ошибки. При использовании в предлагаемом устройстве тахдатчиков индукционного типа источником излучения магнитного потока является катушка, пит емая постоянным током, или постоянный магнит, в качестве модулятора многополюсная деталь с различной маг нитной проводимостью или многополюсный магнит, а чувствительным элементом таходатчика является катушка, ЭДС на выходе которой имеет частоту, кратную частоте вращения электродвигателя. Устройство обладает высоким быстродействием, стабилизирует мгновенную частоту вращения тихоходного эле тродвигателя, обеспечивая практически равномерное вращение электродви- гателя с относительно малоинерционным диском, и некритично к погрешно сти изготовления таходатчиков. формула изобретения Устройство для стабилизации скорости вращения электродвигателя, софиг 1 держащее последовательно соединенные таходатчик, усилитель-ограничитель, дифференциатор, генератор пилообразного напряжения и схему сравнения, источник постоянного тока с выходом, подключенным к второму входу схемы сравнения и усилитель мощности, подключенный к электродвигателю, отличающееся тем, что, с целью повышения равномерности вращения электродвигателя, в него введены последовательно соединенные второй таходатчик, размещенный относительно первого со сдвигом в направлении вращения двигателя, второй усилитель-ограничитель, второй дифференциатор и схема выборки-хранения, второй вход которой подключен к выходу схемы сравнения, а выход - к входу усилителя мощности, причем таходатчики выполнены с общим модулятором. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Полозов Ю.С. Механизмы электропроигрывающих устройств. Л., Энергия 197. с. 123-125. 2.Хидэо Канэко.Проигрыватели с непосредственным приводом. - ДЭМПА Кагаку, 1973, № 6, с. 98-99.

17

Y

If

Фи2.2.