СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ ВРАЩЕНИЯ АНТЕННЫ РЛС

Решение относится к системам управления вентильными электродвигателями вращения антенны радиолокационной станции (РЛС) оно может быть использовано в радиолокационных комплексах.
Известна система управления вентильным электродвигателем, приведенная в [1] на рис.7, принятая за прототип. Первая, вторая и третья клеммы силовой цепи этой системы управления подключены к входу трехфазного выпрямителя. Положительный выход выпрямителя подключен к первому выводу дросселя, второй вывод которого - к первому выводу конденсатора, к первому входу датчика напряжения и через первый датчик тока - к первому выводу устройства торможения и к первому входу инвертора. Отрицательный вывод трехфазного выпрямителя подключен к второму выводу конденсатора, второму выводу датчика напряжения, и через второй датчик тока - к второму выводу устройства торможения и к второму входу инвертора. Первый выход инвертора подключен к первому входу вентильного электродвигателя, второй выход инвертора через третий датчик тока подключен к второму входу вентильного электродвигателя, третий выход инвертора через четвертый датчик тока подключен к третьему входу вентильного электродвигателя. Выход датчика напряжения первого, второго, третьего, четвертого датчиков тока соединены с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым входами блока управления. Датчик угла поворота, установленный на валу ротора вентильного электродвигателя, соединенного с антенной, подключен к шестому входу блока управления. Первый выход блока управления соединен с блоком драйверов. Первый выход блока драйверов соединен с третьим входом инвертора, второй его выход соединен с входом устройства торможения.
Передвижные РЛС, предназначенные для обнаружения аэрокосмических средств, все чаще проектируются с активной фазированной антенной решеткой АФАР. Таким образом, в РЛС, предназначенных для обнаружения и сопровождения аэрокосмических средств, передающее устройство и его источники электропитания располагаются на полотне антенны.
Одной из особенностей антенны, как объекта управления, является ограниченная жесткость полотна антенны и ее несущей конструкции, в результате чего механическую часть конструкции приходится рассматривать как многомассовую упруго-вязкую систему. Вторая особенность состоит в том, что значение момента нагрузки на поворотной части, обусловленное массой самой поворотной части и ветровыми нагрузками на полотно антенны, имеет значительную величину, что исключает возможность применения в приводе тихоходных двигателей и делает необходимым использование редукторных приводов с передаточным числом редуктора порядка нескольких сот.
Недостатками системы управления прототипа являются:
- низкие технические показатели РЛС;
- недостаточно широкая область применения;
- низкая надежность.
Действительно, в РЛС подобного типа три скорости вращения антенны, например, 12, 6, 3 об/мин. Это связано с режимами работы РЛС и ветровыми нагрузками на полотно антенны. При больших ветровых нагрузках необходимо переходить на более низкие скорости вращения, что предотвратит повреждение или разрушение полотна антенны. Кроме того, при пуске антенны и переходе с одной скорости вращения на другую могут возникнуть ускорения, которые также могут повредить или разрушить полотно антенны.
При больших ветровых нагрузках возрастает ток в цепях статора вентильного электродвигателя. Оба датчика тока передают соответствующий сигнал в блок управления, и происходит переход на более низкую скорость вращения антенны. Следует отметить, что переход со скорости вращения, например, с 12 об/мин на 6 об/мин снижает точность сопровождения наблюдаемых объектов в 2 раза. В то же время, возможно, такого большого снижения скорости вращения не требуется. Однако датчики тока не позволяют точно определить допустимую скорость вращения антенны, а система управления - обеспечить вращение вентильного электродвигателя с этой скоростью.
При пуске вентильного электродвигателя или переходе на более высокую скорость вращения ускорение антенны не превышает заданной величины. Заданное предельное ускорение при вращении антенны только косвенно связано с прочностью конструкции полотна антенны и поэтому имеет большой запас. Это снижает время выхода антенны на заданный режим работы.
Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.
Решается задача повышения надежности управления РЛС.
Техническим результатом является повышение технических характеристик радиолокационного комплекса.
Технический результат достигается тем, что в систему управления вентильным электродвигателем вращения антенны РЛС, содержащую первую, вторую и третью клеммы, которые подключены к входу трехфазного выпрямителя, положительный выход выпрямителя подключен к первому выводу дросселя, второй вывод которого - к первому выводу конденсатора, к первому входу датчика напряжения, а через первый датчик тока - к первому выводу устройства торможения и к первому входу инвертора, отрицательный вывод трехфазного выпрямителя подключен к второму выводу конденсатора, второму выводу датчика напряжения, а через второй датчик тока - к второму выводу устройства торможения и к второму входу инвертора, первый выход инвертора через третий датчик тока подключен к первому входу вентильного электродвигателя, второй выход инвертора подключен к второму входу вентильного электродвигателя, третий выход инвертора через четвертый датчик тока подключен к третьему входу вентильного электродвигателя, выход датчика напряжения первого, второго, третьего, четвертого датчиков тока соединены с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым входами блока управления инвертором, датчик угла поворота, установленный на валу ротора вентильного электродвигателя, соединенного с антенной, подключен к шестому входу блока управления инвертором, а его первый выход соединен с входом блока драйверов, первый выход блока драйверов соединен с третьим входом инвертора, второй выход блока драйверов соединен с входом устройства торможения, вновь введены: устройство управления комплексом, датчик изгиба, устройство коррекции скорости и ускорения, седьмой, восьмой входы блока управления инвертором, редуктор, причем, вход редуктора соединен с валом ротора вентильного электродвигателя, а его выход - с антенной, первый выход устройства управления комплексом соединен с седьмым входом блока управления инвертором, датчик изгиба соединен с входом устройства коррекции скорости и ускорения, выход которого подключен к восьмому входу блока управления.
Введение новых элементов с соответствующим их соединением в структурную схему системы управления вентильным электродвигателем позволяет:
- при увеличении ветровой нагрузки осуществить вращение антенны с большей скоростью, что повышает точность сопровождения высокоскоростных аэрокосмических объектов,
- при пуске антенны или переходе с низкой скорости вращения на высокую скорость осуществить более быстрый разгон антенны.
На фиг.1 показана структурная схема системы управления вентильным электродвигателем, где приняты следующие обозначения:
1, 2, 3, - первая, вторая, третья клеммы;
4 - трехфазный выпрямитель;
5 - дроссель;
6 - конденсатор;
7 - датчик напряжения;
8, 9 - первый, второй датчики тока;
10 - устройство торможения;
11 - инвертор;
12 - блок драйверов;
13 - блок управления инвертором;
14 - устройство управления комплексом;
15, 16 - третий, четвертый датчики тока;
17 - вентильный электродвигатель;
18 - датчик угла поворота;
19 - антенна;
20 - датчик изгиба;
21 - редуктор;
22 - устройство коррекции скорости и ускорения.
Первая 1, вторая 2 и третья 3 клеммы подключены к входу трехфазного выпрямителя 4. Положительный выход трехфазного выпрямителя 4 подключен к первому выводу дросселя 5, второй вывод которого к первому выводу конденсатора 6, к первому входу датчика напряжения 7, а через первый датчик тока 8 - к первому выводу устройства торможения 10 и к первому входу инвертора 11. Отрицательный вывод трехфазного выпрямителя 4 подключен к второму выводу конденсатора 6, второму выводу датчика напряжения 7, а через второй датчик тока 9 - к второму выводу устройства торможения 10 и к второму входу инвертора 11. Первый выход инвертора 11 через третий датчик тока 15 подключен к первому входу вентильного электродвигателя 17, второй выход инвертора 11 подключен к второму входу вентильного электродвигателя 17, третий выход инвертора 11 через четвертый датчик тока 16 подключен к третьему входу вентильного электродвигателя 17. Выходы датчика напряжения 7, первого 8, второго 9, третьего 15, четвертого 16 датчиков тока соединены с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым входами блока 13 управления инвертором. Датчик угла поворота 18, установленный на валу ротора вентильного электродвигателя, соединенного с антенной 19, подключен к шестому входу блока 13 управления инвертором. Первый выход блока 13 управления инвертором соединен с входом блока драйверов 12. Выход блока драйверов 12 соединен с третьим входом инвертора 11, второй выход которого соединен с входом устройства торможения 10. Вновь введены устройство управления комплексом 14, датчик изгиба 20, устройство коррекции скорости и ускорения 22, седьмой, восьмой входы блока управления 13, редуктор 21. Вход редуктора 21 соединен с валом ротора вентильного электродвигателя 17, а его выход - с антенной 19. Первый выход устройства управления комплексом 14, соединен с седьмым входом блока 13 управления инвертором. Датчик изгиба 20 соединен с входом устройства коррекции скорости и ускорения 22, выход которого подключен к восьмому входу блока 13 управления инвертором
Для точной синхронизации установки на требуемый азимут трех антенн используются второй и третий вентильные электродвигатели (на чертеже не показаны), устанавливаются второй и третий блоки управления инвертором, причем, второй и третий выходы устройства управления комплексом соединены с седьмыми входами второго и третьего блоков управления инвертором и с вторым и третьим вентильными электродвигателями. Т.О. расширяется область применения системы управления вентильным электродвигателем вращения антенны РЛС.
Система управления вентильным электродвигателем работает следующим образом.
Устройство управления комплексом 14 подает на блок 13 управления инвертором сигнал о включении вентильного электродвигателя 17 и о его режиме работы:
- круговой обзор с требуемой скоростью вращения антенны;
- секторный режим с различной скоростью вращения антенны в секторах;
- установка антенны на азимут.
На первую, вторую и третью клеммы 1, 2, 3 подается трехфазное напряжение 380 В, 50 Гц, которое выпрямляется выпрямителем 4. Выпрямленное напряжение подается на первый и второй входы инвертора 11 через Г-образный фильтр, состоящий из дросселя 5 и конденсатора 6. Одновременно требуемые напряжения подаются на другие блоки и устройства системы управления.
Блок 13 подает на вход блока драйверов 12 импульсы и блок драйверов 12 формирует импульсы для управления транзисторами инвертора 11. Трехфазное напряжение подается на входы вентильного электродвигателя 17. Начинается плавный разгон вентильного электродвигателя 17 и через редуктор 21 антенны 19.
При превышении ускорения вращения антенны 19 допустимой величины срабатывает датчик изгиба 20.
Датчик изгиба 20 работает следующим образом. Два лазерных излучателя устанавливаются по краям ствола антенны. Луч лазера направляется на край полотна антенны, где установлены отражатели. Отраженный луч попадает на ствол антенны, где установлен датчик, фиксирующий отклонение луча при изгибе антенны. Изгиб имеет место, поскольку полотно антенны имеет ограниченную жесткость конструкции.
При превышении величины изгиба допустимого значения устройство коррекции скорости и ускорения 22 формирует сигнал, который подается на блок 13. Здесь сигнал проходит обработку и передается на блок драйверов 12, на инвертор 11 и на вентильный электродвигатель 17. Происходит уменьшение момента на валу ротора вентильного электродвигателя 17, ускорения и, следовательно, изгиба полотна антенны 19. Далее разгон происходит в режиме, при котором не происходит отрицательного влияния на конструкцию полотна антенны. Разгон происходит до достижения заданной скорости вращения, которая фиксируется датчиком 18, и соответствующий сигнал передается на блок 13. Далее происходит вращение вентильного электродвигателя 17 и, следовательно, антенны 19 с заданной скоростью.
При вращении антенны с заданной скоростью и увеличении ветровой нагрузки на полотно антенны 19, датчик изгиба 20 передает сигнал на устройство коррекции скорости и ускорения 22 и далее на блок 13, который обеспечивает снижение скорости вращения антенны 19 до безопасной для полотна антенны величины. Здесь не обязательно уменьшать скорость вращения антенны в два раза.
При переходе с низшей скорости вращения на высшую скорость ограничение ускорения при помощи датчика изгиба 20 осуществляется аналогичным образом.
Таким образом, ограничением для скорости и ускорения антенны является не перегрузка вентильного электродвигателя, а прочностные характеристики антенны (допустимая величина изгиба).
При работе в секторном режиме с различной скоростью вращения антенны 19 в секторах разгон антенны происходит, как и при пуске. Снижение скорости вращения антенны 19 осуществляется соответствующим воздействием блока 13 управления инвертором через блок драйверов 12 на вентильный электродвигатель 17.
При снижении скорости вращения антенны 19 происходит возрастание напряжения на конденсаторе 6. Датчик напряжения 7 передает соответствующий сигнал на блок 13, который через блок драйверов 12 включает устройство торможения 10. Происходит разряд конденсатора 6.
Синхронная установка на требуемый азимут трех антенн происходит при минимальной скорости вращения и адекватных сигналах, формируемых блоком 13 и устройством управления комплексом 14.
Датчики тока 8, 9, 15, 16 осуществляют защитную функцию. При неисправности инвертора 11 или вентильного электродвигателя 17 они передают соответствующий сигнал на блок 13, который останавливает работу инвертора 11 и отключает с входа трехфазного выпрямителя 4 трехфазное напряжение 380 В, 50 Гц.
С устройства управления комплексом 14 сигналы управления подаются на блоки управления вентильных электродвигателей, осуществляющих синхронное вращение двух других антенн.
Таким образом, введение новых элементов с соответствующим их соединением в структурную схему системы управления вентильным электродвигателем позволяет:
- при увеличении ветровой нагрузки осуществить вращение антенны с большей скоростью, что повышает точность сопровождения высокоскоростных аэрокосмических объектов;
- при пуске антенны или переходе с низкой скорости вращения на высокую скорость осуществить более быстрый разгон антенны;
Предлагаемая система управления вентильным электродвигателем вращения антенны позволяет повысить технические показатели РЛС, расширить область применения предлагаемой системы управления и повысить ее надежность.
Источник информации:
Кириенко В.П., Стрелков В.Ф., Тетенькин Л.В. Система электропитания радиолокационного комплекса / Сборник докладов 1 й Всероссийской конференции по средствам электропитания, С.-Петербург, 2007, С.21-27.