СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в высокоточных электроприводах.
Известен стабилизированный электропривод (АС №1302411 от 07.04.1987), содержащий электродвигатель с импульсными датчиками частоты вращения, импульсный частотно-фазовый дискриминатор, корректирующее устройство, состоящее из фазового дискриминатора, бесконтактного ключа, блока измерения частоты и дифференцирующего блока, сумматор, частотно-задающий блок и силовой преобразователь, причем выход импульсного датчика частоты вращения подключен к первому входу импульсного частотно-фазового дискриминатора и первому входу фазового дискриминатора, второй вход импульсного частотно-фазового дискриминатора соединен с вторым входом фазового дискриминатора и выходом частотно-задающего блока, выход фазового дискриминатора соединен с входом бесконтактного ключа, управляющий вход которого соединен с выходом блока измерения частоты, а выход - с входом дифференцирующего блока, причем выход импульсного частотно-фазового дискриминатора соединен с входам блока измерения частоты и первым входом сумматора, выход дифференцирующего блока соединен с вторым входом сумматора, а выход сумматора подключен через силовой преобразователь к якорной обмотке электродвигателя.
Недостатком такого устройства является низкое быстродействие электропривода в режиме синхронизации.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является стабилизированный электропривод (АС №1508334 от 15.09.1989) содержащий электродвигатель постоянного тока с установленным на его валу импульсным датчиком скорости, выход которого подключен к первым входам соответственно импульсного частотно-фазового и фазового дискриминаторов, вторые входы которых объединены и подключены к выходу частотно-задающего блока, первый выход импульсного частотно-фазового дискриминатора подключен к частотно-измерительному блоку и через последовательно соединенные сумматоры и преобразователь - к якорной цепи электродвигателя, выход дифференцирующего элемента через управляемый ключ соединен со вторым входом сумматора, кроме того, электропривод содержит сумматор-вычитатель и последовательно включенные элемент задержки и логический элемент ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом ключа, второй вход логического элемента ИЛИ подключен к выходу частотно-измерительного блока и входу элемента задержки, первый вход сумматора-вычитателя подключен к выходу фазового дискриминатора, второй и третий входы сумматора-вычитателя соединены соответственно со вторым и третьим выходами импульсного частотно-фазового дискриминатора, выход сумматора-вычитателя подключен к входу дифференцирующего элемента.
Недостатком такого устройства является сложная схемная реализация устройства.
Техническим результатом полезной модели является упрощение схемной реализации устройства.
Данный технический результат достигается тем, что в стабилизированный электропривод, содержащий электродвигатель постоянного тока с установленным на его валу импульсным датчиком скорости, выход которого подключен к первому входу импульсного частотно-фазового дискриминатора, второй вход которого подключен к выходу частотно-задающего блока, первый выход импульсного частотно-фазового дискриминатора подключен к последовательно соединенным сумматору и преобразователю - к якорной цепи электродвигателя, кроме того, электропривод содержит сумматор-вычитатель и последовательно включенные элемент задержки и логический элемент ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом ключа, первый вход логического элемента ИЛИ подключен к выходу элемента задержки, второй вход логического элемента ИЛИ подключен к входу элемента задержки, второй и третий входы сумматора-вычитателя подключены соответственно со вторым и третьим выходами импульсного частотно-фазового дискриминатора, выход сумматора-вычитателя подключен к входу дифференцирующего элемента, выход которого через управляемый ключ соединен со вторым входом сумматора согласно заявляемому техническому решению, четвертый выход импульсного частотно-фазового дискриминатора подключен к первому входу сумматора-вычитателя, а пятый выход импульсного частотно-фазового дискриминатора подключен к входу элемента задержки.
Сущность технического решения пояснена чертежами, где на фиг. 1 приведена функциональная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 приведены временные диаграммы работы устройства, на фиг. 3 приведена функциональная схема импульсного частотно-фазового дискриминатора.
Стабилизированный электропривод содержит электродвигатель постоянного тока 1, импульсный датчик скорости 2, импульсный частотно-фазовый дискриминатор 3, частотно-задающий блок 4, сумматор 5, преобразователь 6, сумматор-вычитатель 7, дифференцирующий элемент 8, управляющий ключ 9, элемент задержки 10, элемент ИЛИ 11.
На валу электродвигателя 1 установлен импульсный датчик скорости 2, выход которого подключен к первому входу импульсного частотно-фазового дискриминатора 3, второй вход которого подключен к выходу частотно-задающего блока 4, первый выход импульсного частотно-фазового дискриминатора 3 подключен к первому входу сумматора 5, выход которого подключен к преобразователю 6, второй, третий и четвертый выходы импульсного частотно-фазового дискриминатора 3 подключены соответственно к второму, третьему и первому входам сумматора - вычитателя 7, выход которого подключен к входу дифференцирующего элемента 8, выход дифференцирующего элемента 8 подключен к информационному входу ключа 9, выход которого подключен к второму входу сумматора 5, пятый выход импульсного частотно-фазового дискриминатора 3 подключен к входу элемента задержки 10 и к второму входу элемента ИЛИ 11, выход которого подключен к управляющему входу ключа 9, первый вход элемента ИЛИ 11 подключен к выходу элемента задержки 10, выход преобразователя 6 подключен к якорной цепи электродвигателя 1.
Стабилизированный электропривод работает следующим образом.
o
o
При включении питания электродвигатель 1 разгоняется до частоты вращения, при которой частоты частотно-задающего блока 4 и импульсного датчика 2 скорости равны. При этом импульсный частотно-фазовый дискриминатор 3 находится в насыщении, что, вследствие гистерезиса его динамической характеристики, приводит к дальнейшему разгону электродвигателя 1 до тех пор, пока не наступит благоприятное фазовое положение импульсов сравниваемых частотных последовательностей (появление двух импульсов в канале обратной связи между двумя соседними импульсами опорной последовательности). С этого момента времени начинается линейный режим работы импульсного частотно-фазового дискриминатора 3. На пятом выходе импульсного частотно-фазового дискриминатора 3 появляется сигнал П (индикация режима фазового сравнения импульсного частотно-фазового дискриминатора), который через элемент ИЛИ 11 поступает на управляющий вход ключа 9, обеспечивая подключение выхода дифференцирующего элемента 8 к входу сумматора 5. Для исключения пропадания корректирующего сигнала 15 (в моменты повторных заходов импульсного частотно-фазового дискриминатора 3 в области насыщения) выходной сигнал П импульсного частотно-фазового дискриминатора 3 задерживается с помощью элемента 10 задержки на время Т, определяющее действие коррекции в режиме насыщения, и через элемент ИЛИ 11 поступает на управляющий вход ключа 9. Таким образом, отключение корректирующего сигнала 15 происходит только при смене частотно-задающим блоком 4 уставки опорной частоты, когда импульсный частотно-фазовый дискриминатор 3 будет находиться в режиме насыщения время, превышающее Т. Таким образом, в режимах втягивания электропривода в синхронизм, включая пропорциональный режим работы, в сумматоре 5 происходит суммирование сигнала 14 фазовой ошибки с выхода импульсного частотно-фазового дискриминатора 3 и корректирующего сигнала 15 с выхода дифференцирующего элемента 8, пропорционального ошибке по частоте вращения. Импульсный частотно-фазовый дискриминатор 3 может быть выполнен на основе функциональной схемы, приведенной на Фиг. 3 (Бубнов А.В. Вопросы теории и проектирования прецизионных синхронно-синфазных электроприводов постоянного тока: Монография. - Омск: изд-во ОмГТУ, 2005. - 190 с). Данное устройство формирует пять выходных сигналов: два сигнала фазовой ошибки (с блокировкой в режимах насыщения - γ, без блокировки - Δφ,) и три сигнала индикации режимов работы импульсного частотно-фазового дискриминатора (Р - режим насыщения при разгоне, П - пропорциональный режим, Т - режим насыщения при торможении). Вследствие отсутствия блокировки сигнала фазовой ошибки на четвертом выходе импульсного частотно-фазового дискриминатора 3 всегда присутствует сигнал 16 фазовой ошибки (Δφ), в результате чего корректирующий сигнал формируется непрерывно на выходе дифференцирующего элемента 8. В режиме втягивания в синхронизм амплитуда колебаний фазовой ошибки может превышать величину 2π/z, где z - количество меток импульсного датчика скорости. В результате в выходном сигнале импульсного частотно-фазового дискриминатора 3 имеются скачки фазовой ошибки на 2π/z, которые ухудшают работу дифференцирующего элемента 8. Для их устранения выходной сигнал импульсного частотно-фазового дискриминатора 3 суммируется с выходным сигналом Р 17 импульсного частотно-фазового дискриминатора 3, и из суммы вычитается сигнал Т 18 на сумматоре-вычитателе 7, в результате чего на выходе сумматора-вычитателя 7 появляется восстановленный сигнал 19 фазовой ошибки, в котором отсутствуют скачки фазовой ошибки на 2π/z. В результате при дифференцировании исключается погрешность работы дифференцирующего элемента 8, обусловленная скачками напряжения на его входе. С выхода сумматора 5 скорректированный сигнал 20 поступает в преобразователь 6, обеспечивая регулирование токов электродвигателя 1. Сигнал 16 на четверном выходе импульсного частотно-фазового фазового дискриминатора 3 имеет скачки фазовой ошибки на 2π/z вследствие отсутствия блокировки. Восстановление сигнала 19 фазовой ошибки происходит путем алгебраического суммирования сигнала 16 с выходными сигналами 17 и 18, определяющими насыщение при разгоне и торможении. При дифференцировании восстановленного сигнала 19 фазовой ошибки устраняются погрешности дифференцирования, обусловленные скачками фазовой ошибки, а также устраняется скачок фазовой ошибки при включении ключа 9 вследствие постоянного подключения дифференцирующего элемента 8 через сумматор-вычитатель 7 к четвертому выходу импульсного частотно-фазового дискриминатора 3. При этом управляющий сигнал имеет составляющую, пропорциональную отклонению скорости (сигнал 15), даже при насыщении импульсного частотно-фазового дискриминатора 3 в переходных режимах синхронизации электропривода. Это способствует более быстрому затуханию колебаний фазовой ошибки в режиме втягивания электропривода в синхронизм.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет упростить схемную реализацию стабилизированного электропривода за счет исключения из схемы дополнительного фазового дискриминатора и частотно-измерительного блока, и использования импульсного частотно-фазового дискриминатора 3 с формируемыми сигналами фазовой ошибки без блокировки в режимах насыщения Δφ и индикации режима П фазового сравнения импульсного частотно-фазового дискриминатора 3.