СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД
STABILISED ELECTRIC DRIVE

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам автоматического фазирования синхронизированных электроприводов с фазовой автоподстройкой частоты вращения, и может быть использовано в системах передачи и воспроизведения информации, например в приводе устройств видеозаписи.
Известно устройство для стабилизации скорости и фазы вращения ротора электродвигателя постоянного тока [а.с. СССР №921012 от 15.04.1982 г.], содержащее электродвигатель, соединенный с питающей сетью через коммутатор, управляющий вход которого через пороговую схему и корректирующее звено соединен с выходом частотно-фазового дискриминатора, первый вход которого соединен с генератором опорной частоты и синхронизирующим входом генератора низкой частоты, а второй вход подключен к выходу схемы ИЛИ, первый вход которой соединен с выходом схемы И, а второй вход объединен с первым входом блока временной привязки и через звено первой задержки соединен с выходом датчика скорости, расположенного на валу электродвигателя совместно с датчиком низкой частоты, выход которого является вторым входом блока временной привязки, выход которого одновременно соединен со вторым входом элемента сравнения и входом звена второй задержки, выход которого объединен с первым входом схемы И и синхронизирующим входом элемента памяти, выход которого объединен со вторым входом схемы И, а управляющий вход подключен к выходу элемента сравнения, первый вход которого подключен к выходу генератора низкой частоты.
Недостатками этого устройства являются:
1) В переходных процессах за счет гистерезиса характеристики импульсного частотно-фазового дискриминатора при неблагоприятных ситуациях фазового расположения импульсов сравниваемых частот (в момент их равенства) в астатическом дискретном электроприводе могут возникать низкочастотные колебания, выводящие измеритель фазового рассогласования - импульсный частотно-фазовый дискриминатор - из линейного режима в режим насыщения.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является стабилизированный электропривод [а.с. СССР №1302411 от 15.04.1985 г.], содержащий электродвигатель с установленным на его валу импульсным датчиком частоты вращения, соединенный с питающей сетью через силовой преобразователь, управляющий вход которого подключен к выходу сумматора, первый вход которого совместно с входом блока измерения частоты подключен к выходу частотно-фазового дискриминатора, а второй вход подключен к выходу дифференцирующего блока, вход которого подключен к выходу бесконтактного ключа, управляющий вход которого подключен к выходу блока измерения частоты, а основной вход подключен к выходу фазового дискриминатора, первый вход которого соединен с первым входом частотно-фазового дискриминатора и подключен к выходу частотно-задающего блока, а второй вход которого соединен со вторым входом частотно-фазового дискриминатора и подключен к импульсному датчику частоты вращения.
Существенным недостатком известного устройства является низкое быстродействие стабилизированного электропривода в режиме синхронизации.
Задачей изобретения является повышение быстродействия электропривода при переходе в синхронный режим работы.
Известный стабилизированный электропривод содержит электродвигатель с установленным на его валу импульсным датчиком частоты вращения, соединенный с питающей сетью через силовой преобразователь, управляющий вход которого подключен к выходу сумматора, частотно-фазовый дискриминатор, дифференцирующий блок, вход которого подключен к выходу бесконтактного ключа, основной вход которого подключен к выходу фазового дискриминатора, первый вход которого соединен с первым входом частотно-фазового дискриминатора и подключен к выходу частотно-задающего блока, а второй вход которого соединен со вторым входом частотно-фазового дискриминатора и подключен к импульсному датчику частоты вращения.
Поставленная задача решена за счет того, что в стабилизированный электропривод введены блок определения отсутствия рассогласования по угловой скорости, одноразрядный счетчик, аналогово-цифровой преобразователь, вычислительное устройство, компаратор, второй ключ, второй сумматор, три элемента И, два элемента ИЛИ-НЕ, два элемента НЕ, запоминающее устройство, блок сравнения частот, первый вход которого подключен к частотно-задающему блоку, второй - подключен к выходу к импульсному датчику частоты вращения, а выход - к управляющему входу бесконтактного ключа, блок определения отсутствия рассогласования по угловой скорости, вход которого совместно с основным входом второго ключа подключен к выходу дифференцирующего блока, а выход - к управляющему входу запоминающего устройства и к входу одноразрядного счетчика, выход которого подключен к первым входам первого и второго элемента И, к третьему входу частотно-фазового дискриминатора и через первый элемент НЕ - к первому входу третьего элемента И, второй вход которого подключен к дополнительному выходу частотно-фазового дискриминатора, а выход - к управляющему входу второго ключа, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ-НЕ, первый вход которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ-НЕ, первый вход которого подключен к основному выходу частотно-фазового дискриминатора, а второй вход которого подключен к выходу первого элемента И, второй вход которого совместно с входом второго элемента НЕ подключен к выходу компаратора, вход которого подключен к выходу второго сумматора, положительный вход которого подключен к выходу аналогово-цифрового преобразователя, а отрицательный вход подключен к выходу запоминающего устройства, основной вход которого через вычислительное устройство подключено к выходу аналогово-цифрового преобразователя, вход которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого подключен к выходу второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго элемента НЕ.
Сущность технического решения пояснена чертежами, где
на фиг. 1 приведена функциональная электрическая схема предлагаемого устройства;
на фиг. 2 приведен фазовый портрет работы устройства, где
- угловое расстояние между соседними метками ИДЧ,
z - число импульсов ИДЧ за один оборот вала электродвигателя,
Δα - угловое, Δφ - фазовое рассогласование,
Δω - ошибка по угловой скорости в регулируемом электроприводе,
г
Δω - максимальная ошибка по угловой скорости электропривода при формировании импульса на выходе блока сравнения частот, пунктиром отмечены линии переключения между режимами работы частотно-фазового дискриминатора, а-б-в-г-д фазовая траектория электропривода при фазовой синхронизации, описанной в прототипе (точка г соответствует переходу частотно-фазового дискриминатора в линейный режим работы), а-б-в-е фазовая траектория электропривода при фазовой синхронизации описанной в предлагаемом устройстве, (точка е соответствует переходу частотно-фазового дискриминатора в линейный режим работы).
Стабилизированный электропривод содержит электродвигатель 1, импульсный датчик частоты вращения 2, частотно-фазовый дискриминатор 3 (например, такой как в патенте RU №148933 от 20.12.2014), фазовый дискриминатор 4, первый ключ 5, блок сравнения частот 6 (например, такой как в патенте RU №143608 от 27.07.2014), дифференцирующий блок 7, первый сумматор 8, частотно-задающий блок 9, силовой преобразователь 10, блок определения отсутствия рассогласования по угловой скорости 11, одноразрядный счетчик 12, третий элемент И 13, второй ключ 14, аналогово-цифровой преобразователь 15, вычислительное устройство 16, запоминающее устройство 17, второй сумматор 18, компаратор 19, второй элемент ИЛИ-НЕ 20, первый элемент ИЛИ-НЕ 21, первый элемент И 22, второй элемент И 23, первый элемент НЕ 24, второй элемент НЕ 25.
На валу электродвигателя 1 установлен импульсный датчик частоты вращения 2. Электродвигатель 1 соединен с питающей сетью через силовой преобразователь 10. Управляющий вход силового преобразователя подключен к выходу первого сумматора 8. Первый вход первого сумматора 8 подключен к выходу второго ключа 14. Управляющий вход второго ключа 14 подключен к выходу третьего элемента И 13. Первый вход третьего элемента И 13 подключен к выходу первого элемента НЕ 24, а второй вход - к дополнительному выходу частотно-фазового дискриминатора 3. Второй вход первого сумматора 8 объединен с входом аналогово-цифрового преобразователя 15 и подключен к выходу первого элемента ИЛИ-НЕ 21. Первый вход первого элемента ИЛИ-НЕ 21 подключен к выходу второго элемента ИЛИ-НЕ 20, а второй вход - к выходу второго элемента И 23. Первый вход второго элемента ИЛИ-НЕ 20 подключен к основному выходу частотно-фазового дискриминатора 3, а второй вход - к выходу первого элемента И 22. Первый вход первого элемента И 22 объединен с первым входом второго элемента И 23, с третьим входом частотно-фазового дискриминатора 3, с входом первого элемента НЕ 24, и подключен к выходу одноразрядного счетчика 12. Вход одноразрядного счетчика 12 объединен с управляющим входом запоминающего устройства 17 и подключен к выходу блока определения отсутствия рассогласования по угловой скорости 11. Вход блока определения отсутствия рассогласования по угловой скорости 11 объединен с основным входом второго ключа 14 и подключен к выходу дифференцирующего блока 7. Вход дифференцирующего блока 7 подключен к выходу первого ключа 5. Основной вход первого ключа 5 подключен к выходу фазового дискриминатора 4, а управляющий вход к-  выходу блока сравнения частот 6. Первый вход блока сравнения частот 6 объединен с первым входом фазового дискриминатора 4, с первым входом частотно-фазового дискриминатора 3 и подключен к выходу частотно-задающего блока 9. Второй вход блока сравнения частот 6 объединен со вторым входом фазового дискриминатора 4, со вторым входом частотно-фазового дискриминатора 3 и подключен к выходу импульсного датчика частоты вращения 2. Второй вход первого элемента И 22 объединен с входом второго элемента НЕ 25 и подключен к выходу компаратора 19. Вход компаратора 19 подключен к выходу второго сумматора 18. Положительный вход второго сумматора 18 объединен с входом вычислительного устройства 16 и подключен к выходу аналогово-цифрового преобразователя 15. Отрицательный вход второго сумматора 18 подключен к выходу запоминающего устройства 17. Основной вход запоминающего устройства 17 подключен к выходу вычислительного устройства 16. Выход второго элемента НЕ 25 подключен ко второму входу второго элемента И 23.
Стабилизированный электропривод работает следующим образом.
При включении питания электродвигатель 1 постоянного тока разгоняется до угловой скорости, близкой к заданной (точка а на фазовом портрете фиг. 2). В этот момент на выходе блока сравнения частот 6 формируется импульс, открывающий первый ключ 5. После этого на выходе дифференцирующего блока 7 появляется сигнал, пропорциональный рассогласованию по угловой скорости между скоростью электродвигателя 1 и заданной угловой скоростью, пропорциональной частоте, формируемой частотно-задающим блоком 9.
При достижении изображающей точкой на фазовой траектории положения б, соответствующей полному равенству угловой скорости электродвигателя 1 заданному значению, на выходе блока определения отсутствия рассогласования по угловой скорости 11 формируется импульс, который переключает одноразрядный счетчик 12 в положение "1", а также приводит к срабатыванию запоминающего устройства 17. Запоминающее устройство 17 запоминает значение, равное половине фазового рассогласования Δφ. На выходе второго сумматора 18 вычисляется разность между значением фазового рассогласования и значением, которое находится в памяти запоминающего устройства 17. В зависимости от результата вычисления в компараторе 19 формируется сигнал на разгон "1" или на торможение "0" электродвигателя 1. Переключение в соответствующий режим обеспечивают блоки 20, 21, 22, 23, 25.
При достижении изображающей точкой на фазовой траектории положения в, соответствующей отработке половины фазовой ошибки, происходит изменение знака на выходе второго сумматора 18. Соответственно происходит переключение электродвигателя в режим максимального ускорения с противоположным знаком. Начинается движение изображающей точки по линии в-е на фазовом портрете.
При достижении изображающей точкой на фазовой траектории положения е, полному равенству угловой скорости электродвигателя 1 вблизи точки окончательной синхронизации 0, на выходе блока определения отсутствия рассогласования по угловой скорости 11 формируется импульс, который переключает одноразрядный счетчик 12 в положение "0". Через элемент НЕ 24 данный сигнал позволяет через третий элемент И 13 пройти сигналу от дополнительного выхода частотно-фазового дискриминатора 3 (равен "1", когда частотно-фазовый дискриминатор 3 находится в линейном режиме работы, и равен "0" когда частотно-фазовый дискриминатор 3 находится в режиме насыщения) к управляющему входу второго ключа 14. Второй ключ 14 открывается, пропуская сигнал с выхода дифференцирующего блока 7 на вход первого сумматора 8 и происходит отработка оставшейся фазовой ошибки.
Введение в стабилизированный электропривод блока сравнения частот, блока определения отсутствия рассогласования по угловой скорости, одноразрядного счетчика, трех элементов И, двух элементов ИЛИ-НЕ, двух элементов НЕ, ключа, аналогово-цифрового преобразователя, вычислительного устройства, запоминающего устройства, сумматора и компаратора позволяет значительно повысить быстродействие и снизить величину перерегулирования электропривода при переходе в синхронный режим работы.