ЭЛЕКТРОПРИВОД

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к области автоматизированного электропривода (ЭП), и может быть использована для создания электропривода с постоянной скоростью вращения вала электродвигателя.
Известен ЭП с автоматической стабилизацией скорости вращения двигателя [1], содержащий электродвигатель, тахогенератор, блок управления, в качестве которого используется магнитный усилитель, установленный в цепи питания электродвигателя.
При увеличении момента сопротивления на валу электродвигателя, например, вследствие уменьшения температуры окружающей среды, уменьшается скорость вращения его ротора и, соответственно, электродвижущая сила (э.д.с.) тахогенератора. При этом разность между задающим напряжением и э.д.с. тахогенератора увеличивается. Это приводит к увеличению степени подмагничивания магнитного усилителя и уменьшению индуктивности его рабочих обмоток. Напряжение на выходе магнитного усилителя возрастает, и скорость вращения ротора и, соответственно, вала электродвигателя увеличивается.
Недостатками этого ЭП являются большое отклонение (~10%) скорости вращения вала электродвигателя от стабилизируемого значения и большой занимаемый им объем.
Меньшее отклонение скорости вращения вала электродвигателя от стабилизируемого значения достигнуто в ЭП [2], являющемся наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и выбранном в качестве прототипа.
ЭП содержит электродвигатель постоянного тока ДПР32-Н6-02, кинематически соединенный с тахогенератором, блок управления, в качестве которого используется регулятор скорости РС-0-08-03М и на который подаются гармонические сигналы с тахогенератора.
При этом первый вывод электродвигателя предназначен для подачи на него постоянного напряжения от источника питания, а второй вывод электродвигателя соединен с регулятором скорости РС-0-08-03М.
Указанный ЭП позволяет стабилизировать скорость вращения вала электродвигателя постоянного тока с отклонением не более 1% от стабилизируемого значения за время равное или более 5 сек.
3
Однако в некоторых случаях бывает необходимо стабилизировать скорость вращения вала электродвигателя постоянного тока с отклонением менее 1% от стабилизируемого значения. Кроме того, указанный ЭП занимает большой объем, равный 130 см.
Задачей полезной модели является повышение точности стабилизации скорости вращения вала электродвигателя постоянного тока и уменьшение объема ЭП.
Сущность полезной модели заключается в том, что в электроприводе, содержащем блок управления и электродвигатель, кинематически соединенный с тахогенератором, при этом первый вывод электродвигателя предназначен для подачи на него постоянного напряжения, в отличие от прототипа, блок управления содержит ключ и последовательно соединенные компаратор и микропроцессор, при этом вход компаратора электрически связан с выходом тахогенератора, управляющий вывод ключа электрически связан с выходом микропроцессора, первый вывод ключа соединен со вторым выводом электродвигателя, а второй вывод ключа предназначен для подачи на него постоянного напряжения.
Выполнение блока управления, содержащим ключ и последовательно соединенные компаратор и микропроцессор, где вход компаратора электрически связан с выходом тахогенератора, управляющий вывод ключа электрически связан с выходом микропроцессора, а первый вывод ключа соединен со вторым выводом электродвигателя, а второй вывод ключа предназначен для подачи на него постоянного напряжения, позволяет, во-первых, применить цифровую обработку управляющего сигнала и таким образом повысить точность стабилизации скорости вращения вала электродвигателя постоянного тока ЭП, во-вторых, уменьшить занимаемый ЭП объем.
Полезная модель поясняется чертежом.
На фигуре представлена функциональная электрическая схема ЭП.
ЭП содержит электродвигатель 1, в качестве которого используется электродвигатель постоянного тока ДПР32-Н6-02, кинематически соединенный с тахогенератором 2 путем размещения на едином вале ротора его и тахогенератора, и блок управления 3.
Блок управления 3 содержит ключ 4 и последовательно соединенные компаратор 5 и микропроцессор 6.
При этом первый вывод электродвигателя 1 предназначен для подачи на него постоянного напряжения от источника питания (не показан), второй вывод электродвигателя 1 соединен с первым выводом ключа 4, второй вывод ключа 4 предназначен для подачи на него постоянного напряжения от источника питания, вход компаратора 5 электрически связан с выходом тахогенератора 2, а управляющий вывод ключа 4 электрически связан с выходом микропроцессора 6.
Блок управления 3 обеспечивает периодическое импульсное замыкание цепи питания электродвигателя 1 и автоматическую регулировку длительности импульсов замыкания цепи питания электродвигателя 1 для достижения определенной стабилизированной скорости вращения вала электродвигателя 1.
Компаратор 5 выполнен на микросхеме LMV7239M5, микропроцессор 6 выполнен на микросхеме ATMEGA8-16AU, выполняющей программно функции пропорционально-интегрального (ПИ) регулятора, а также аппаратно и программно выполняющей функции широтноимпульсного модулятора (ШИМ). Ключ 4 включает в себя электрически связанные драйвер 7 на микросхеме IR2101S, резистор 8 и полевой транзистор 9 типа ZXMN6A08E6.
ЭП работает следующим образом.
Во время работы электродвигателя 1 гармонический сигнал с тахогенератора 2 поступает на компаратор 5, который преобразует его в прямоугольные импульсы с частотой следования гармонического сигнала. В микропроцессоре 6 измеряется период следования выработанных компаратором 5 прямоугольных импульсов и сравнивается с опорным временным интервалом, соответствующим заданной стабилизируемой скорости вращения вала электродвигателя 1.
Величина ошибки, пропорциональная разности периода следования указанных прямоугольных импульсов и опорного временного интервала, обрабатывается в микропроцессоре 6 по программе ПИ регулятора, реализованного программно, которая вычисляет величину управляющего воздействия после прихода каждого импульса с тахогенератора 2. Значение величины управляющего воздействия заносится в регистр сравнения ШИМ и на выходе ШИМ микропроцессора 6 генерируется сигнал управления ключом 4, скважность которого пропорциональна величине управляющего воздействия.
Указанный сигнал с выхода ШИМ микропроцессора 6 поступает на управляющий вывод ключа 4, и через драйвер 7 и резистор 8, ограничивающий токи управления ключа 4, поступает на полевой транзистор 9 и открывает его.
При этом цепь питания замыкается через электродвигатель 1. Длительность импульсов замыкания цепи питания увеличивается (уменьшается) в случае уменьшения (увеличения) скорости вращения вала электродвигателя 1 по сравнению с заданной стабилизируемой скоростью.
Драйвер 7 позволяет ускорить заряд емкости управляющего вывода полевого транзистора 9, и таким образом, уменьшает фронты импульсов управления полевого транзистора 9.
Так поддерживается определенная заданная стабилизированная скорость вращения вала электродвигателя 1.
3
Точность стабилизации скорости вращения вала электродвигателя 1 постоянного тока в рассмотренном ЭП составляет 0,1% за время 5 сек и более. Объем ЭП составляет 35 см.
Таким образом, в заявляемом ЭП достигается повышение точности стабилизации скорости вращения вала электродвигателя постоянного тока и уменьшение занимаемого объема.
Источники информации.
1 Анхимюк В.Л. Теория автоматического управления. - Минск. Вышэйшая школа, 1979. - С.83-86.
2 Прицел-прибор наведения 1К13. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 1465.00.00.000ТО. - С.33-35, 100. - Прототип.