Стабилизированный электропривод

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в системах передачи и воспроизведения информации, а также в обзорно-поисковых и сканирующих системах.
Известно устройство для стабилизации скорости вращения ротора электродвигателя постоянного тока (А.С. № 1280685, опубл. 30.12.1986г.), содержащее электродвигатель постоянного тока, подключенный к выходу усилителя мощности, датчик частоты вращения двигателя, задающий генератор, соединенный с входом программируемого делителя частоты и первым входом преобразователя период-код, второй вход которого также является входом второго формирователя коротких импульсов и подключен к выходу датчика частоты вращения, первый формирователь коротких импульсов вход которого подключен к выходу программируемого делителя частоты, а выход ко второму входу первого элемента И-НЕ, первый вход которого соединен с выходом четвертого элемента И-НЕ, входы которого через инверторы подключены к выходам реверсивного счетчика, одновременно подключенным к входам третьего элемента И-НЕ, выход которого подключен к второму входу второго элемента И-НЕ, первый вход которого подключен к выходу второго формирователя коротких импульсов, а выход соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, вычитающий вход которого подключен к выходу первого элемента И-НЕ, а установочный вход которого через одновибратор подключен ко второму выходу устройства сравнения, первый информационный вход которого подключен к первому выходу преобразователя период-код, а второй информационный вход является информационным входом программируемого делителя частоты и подключен к выходу блока формирования кода периода задания, ключ, первый вход которого подключен к первому выходу устройства сравнения, второй вход является вторым входом четвертого элемента И-НЕ, а выход подключен к входу усилителя мощности.
Недостатками этого устройства являются:
1) пульсация скорости вращения электропривода во время поддержания заданной скорости в связи с применением релейного режима работы;
2) необходимость применения преобразователя период-код и устройства сравнения высокой точности и быстродействия.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является стабилизированный электропривод (А.С.№ 1624649, опубл. 30.01.1991г.), содержащий электродвигатель, на валу которого расположен импульсный датчик частоты вращения, блок задания частоты, последовательно соединенные импульсный частотно-фазовый дискриминатор, статический преобразователь, выход которого подключен к якорной обмотке электродвигателя, два формирователя коротких импульсов и последовательно соединённые блок сравнения частот и одновибратор, выход которого подключен к третьему входу импульсного частотно-фазового дискриминатора, первый и второй входы которого через формирователи коротких импульсов подключены соответственно к выходам блока задания частоты и импульсного датчика частоты вращения, первый и второй входы блока сравнения частот подключены соответственно к выходам первого и второго формирователей коротких импульсов, а блок сравнения частот выполнен в виде схемы И, схемы ИЛИ-НЕ и двух счетчиков импульсов, причем первый и второй входы схемы И объединены соответственно с первым и вторым входами схемы ИЛИ-НЕ и являются соответственно первым и вторым входами блока сравнения частот, выход схемы И подключен к синхровходу первого счетчика импульсов и входу нулевой установки второго счетчика импульсов, синхровход которого подключен к выходу схемы ИЛИ-НЕ, а выход – к входу нулевой установки первого счетчика импульсов, выход которого является выходом блока сравнения частот.
Недостатком этого устройства является размыкание внутреннего контура системы автоматического управления при переходе с одной угловой скорости на другую, что требует повторной синхронизации.
Техническим результатом полезной модели является возможность перехода электропривода с одной угловой скорости на другую без размыкания внутреннего контура системы автоматического управления, что позволяет уменьшить время переходного процесса.
Данный технический результат достигается тем, что в известном стабилизированном электроприводе, содержащем электродвигатель, на валу которого расположен импульсный датчик частоты вращения, блок задания частоты, последовательно соединенные импульсный частотно-фазовый дискриминатор, статический преобразователь, выход которого подключен к якорной обмотке электродвигателя, два формирователя коротких импульсов и последовательно соединённые блок сравнения частот и одновибратор, выход которого подключен к третьему входу импульсного частотно-фазового дискриминатора, первый и второй входы которого через формирователи коротких импульсов подключены соответственно к выходам блока задания частоты и импульсного датчика частоты вращения, первый и второй входы блока сравнения частот подключены соответственно к выходам первого и второго формирователей коротких импульсов, а блок сравнения частот выполнен в виде схемы И, схемы ИЛИ-НЕ и двух счетчиков импульсов, причем первый и второй входы схемы И объединены соответственно с первым и вторым входами схемы ИЛИ-НЕ и являются соответственно первым и вторым входами блока сравнения частот, выход схемы И подключен к синхровходу первого счетчика импульсов и входу нулевой установки второго счетчика импульсов, синхровход которого подключен к выходу схемы ИЛИ-НЕ, а выход – к входу нулевой установки первого счетчика импульсов, выход которого является выходом блока сравнения частот согласно заявляемому техническому решению, блок задания частоты состоит из  высокочастотного генератора выход которого подключен к первому входу делителя частоты и к первому входу блока управления делителем частоты, второй вход которого является входом блока задания частоты, а выход подключен к второму входу делителя частоты, выход которого является выходом блока задания частоты.
Сущность технического решения пояснена на чертеже, где на фиг. приведена функциональная электрическая схема предлагаемого устройства.
Стабилизированный электропривод содержит блок задания частоты 1, импульсный частотно-фазовый дискриминатор 2, статический преобразователь 3, электродвигатель 4, импульсный датчик частоты вращения 5, формирователи импульсов 6 и 7, блок сравнения частот 8, одновибратор 9. Блок сравнения частот 8 выполнен в виде схемы И 10, схемы ИЛИ-НЕ 11, двух счетчиков импульсов 12 и 13. Блок задания частоты 1 выполнен в виде  высокочастотного генератора 14, делителя частоты 15 и блока управления делителем частоты 16.
2
2
В устройстве последовательно соединены импульсный частотно-фазовый дискриминатор 2 и статический преобразователь 3, выход которого подключен к якорной обмотке электродвигателя 4, на валу которого расположен импульсный датчик частоты вращения 5. Выход блока сравнения частот 8 подключен к входу одновибратора 9, выход которого подключен к третьему входу импульсного частотно-фазового дискриминатора 2. Первый вход импульсного частотно-фазового дискриминатора 2, объединенный с первым входом блока сравнения частот 8, через формирователь импульсов 6 подключен к выходу блока задания частоты  1. Выход блока задания частоты  1 является выходом делителя частоты 15. Первый вход делителя частоты 15 объединен с первым входом блока управления делителем частоты 16 и подключен к выходу высокочастотного генератора 14.  Второй вход делителя частоты 15 подключен к выходу блока управления делителем частоты 16. Второй вход блока управления делителем частоты 16 является входом блока задания частоты  1. Второй вход импульсного частотно-фазового дискриминатора 2, объединенный с вторым входом блока сравнения частот 8, через формирователь импульсов 7 подключен к выходу импульсного датчика частоты вращения. Первый и второй входы первой схемы И 10 объединены соответственно с первым и вторым входами схемы ИЛИ-НЕ 11 и являются соответственно первым и вторым входами блока сравнения частот 8. Синхровход счетчика импульсов 12 объединен с входом нулевой установки счетчика импульсов 13 и подключен к выходу схемы И 10. R-вход счетчика импульсов 12 подключен к второму Q выходу счетчика импульсов 13, синхровход которого подключен к выходу схемы ИЛИ-НЕ 11. Второй Qвыход счетчика импульсов 12 является выходом блока сравнения частот 8.
Стабилизированный электропривод работает следующим образом.
При включении питания двигатель 4 начинает разгоняться до синхронной скорости. При этом на блок управления делителем частоты 16 подается значение коэффициента деления N делителя частоты, который совместно с высокочастотным генератором 14 обеспечивают формирование на выходе делителя частоты 15 сигнала с частотой  пропорциональной заданной угловой скорости электродвигателя 4. Формирователь импульсов 6 обеспечивает формирование прямоугольного импульсного сигнала  по переднему фронту сигнала , требуемой для работы корректной работы ИЧФД 2 длительности. На входы ИЧФД 2 поступают сигнал задания  с выхода формирователя импульсов 6, и сигнал обратной связи , поступающий с выхода импульсного датчика частоты вращения 5 через формирователь импульсов 7, формирующий импульс  по переднему фронту импульса . При включении питания частота  значительно превышает частоту , что определяет высокий уровень сигнала на выходе дискриминатора 2, который, поступая на вход статического преобразователя 3, усиливающего и преобразующего управляющий сигнал в требуемый ток в обмотках электродвигателя 4, обеспечивает разгон электродвигателя 4 с максимальным ускорением.
вых
Блок сравнения частот 8 служит для определения момента времени, когда ошибка по угловой скорости  становится меньше , и для формирования в этот момент времени сигнала  f, который через одновибратор 9 осуществляет разблокировку импульсного частотно-фазового дискриминатора 2 в пропорциональный режим работы. Одновибратор 9 служит для формирования импульса заданной длительности, исключающего возможность переключения дискриминатора 2 в режим насыщения сразу после его разблокировки при прохождении двух импульсов  между двумя импульсами  и обеспечивающего дальнейшую работу дискриминатора 2 в пропорциональном режиме по переднему фронту входного импульса.
Работа электропривода при переходе со скорости на скорость происходит следующим образом. Если разница между начальной и конечной заданной угловой скоростью меньше , то отработка рассогласования по угловой скорости происходит без размыкания контура управления путем простого переключения делителя частоты на работу с новым коэффициентом деления.
оп
оп
i
i+1
оп
При малых значениях коэффициента деления N (в области высоких частот вращения) изменение выходной частоты f при изменении N на единицу может превышать допустимое значение (разница между начальной и конечной заданной угловой скоростью при этом получается больше).  Разница между начальной и конечной заданной угловой скоростью определяется в блоке управления делителем частоты 16. В этом случае предлагается использовать промежуточные значения частоты f , соответствующие дробным значениям коэффициента деления N. Их предлагается получать путем поочередного переключения между N и N , отличающимися на 1. В блоке управления делителем частоты 16, исходя из начальной и конечной угловой скорости, параметров электродвигателя, просчитывается [Бубнов, А. В.  Способ регулирования синхронно-синфазного электропривода при ступенчатом изменении сигнала задания частоты вращения / А. В. Бубнов, Т. А. Бубнова // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. – 2010. – № 1. – С. 44-48.]  требуемая последовательность изменения коэффициентов деления N', необходимая для организации переходного процесса без размыкания контура управления. Далее, рассчитанная последовательность изменения коэффициентов деления N' подается на делитель частоты 15. На выходе делителя частоты 15 формируется импульсный сигнал частоты f, который обеспечивает плавный разгон (торможение) электропривода без выхода из пропорционального режима работы.
В результате в стабилизированном электроприводе обеспечивается переход электропривода с одной угловой скорости на другую без размыкания внутреннего контура системы автоматического управления.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет уменьшить время переходного процесса, за счет введения в него высокочастотного генератора, делителя частоты и блока управления делителем частоты.