Безредукторный бесконтактный следящий электропривод

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<щ! 001 412

Союз Советских

Социалистических

Республик (6t) Дополнительное к ввт. свид-ву- . (22) Заявлено 1110ф81 (21) 3302374/24-07

Р1)М g> з с присоединением заявки ¹

Н 02 P 5/34

Н 02 Р 7/42

Государственный комитет

СССР но делам, изооретений и открыт.нй (23) Приоритет(531УДК S2 83l821.

313 333 (088 8) Опубликовано 2602.83, Бюллетень № 8

Дата опубликования описания 28. 02. 83

3.Г.Церцвадзе, Г.Д.Вачиберидзе, В.Н. подоМ р, Р.Д.Двалишвилн и Й.С.Лилуашвили /ф,у.

««Я.с.", «ж(: г« - ф .е а.

/ (72) Авторы изобретению (71) Заявитель. (54 ) БЕЗРЕДУКТОРНЫЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ СЛЕДЯЩИЙ

ЭЛЕКТРОПРИВОД

Изобретение относится к электротехнике, а именно к злектроприводам и системам автоматического управле-. ния, и может быть использовано в механизмах с широким диапазоном.скорос. ти.

Известен электропривод, содержащий синхронный исполнительный элект- родвигатель, датчик угла, усилители тока и демодуляторы, в котором токи в фаэных якорных обмотках исполнительного электродвигателя формируются с помощью датчика угла в зависимос ти от углового положения вала, и где частота задается не извне, а определяется вращением вала f1) .

Недостатком этого электропривода является то, что при его использовании в качестве следящего скоростного привода необходимо наличие датчика скорости - тахогенератора.

Наиболее близким к предлагаемому является следящий электропривод, содержащий синхронный исполнительный электродвигатель, меканически.сочле ненные с ним датчик угла и тахогенератор, число фаз которых равно числу фаз исполнительного двигателя, усилители тока и демодуляторы, причем обмотка возбуждения датчика угла подключена к генератору опорной частоты, а электродвигатель и тахогенератор возбуждаются постоянными магнитами, выходы усилителей тока соединены с фазными якорными обмотками исполнительного электродвигателя, а входы с одной стороны — с обмотками тахогенератора, а с другой стороны с выходами демодуляторов, первичные входы которых подключены к генератору опррной часfoThl à BTopHe (управляющиет входил — к вторичным обмоткаМ датчика угла 1 2).

Однако известный электропривод обладает сравнительно низкой точностью, обусловленной тем, что система является статической, низкими динамическими характеристиками, обусловленными невозможностью включения корректирующего устройства и большим: количеством электромашинных элементов (двигатель, датчик угла и тахогенератор).

Цель изобретения - повышение точности, улучшение динамических характеристик l и упучшение массогабаритных показателей.

Поставленная цель достигается тем, что в безредукторный бесконтактный следящий электропривод, содержа1001412 щий синхронный исполнительный электродвигатель, вал которого связан с датчиком угла, снабженным обмоткой возбуждения, подключенной к генератору опорной частоты, и вторичными обмотками с числом фаз, равным числу фаз.исполнительного электродвигателя, фазные якорные обмотки которого соединены с. выходами усилителей тока, входы которых:через демодуляторы связаны с соответствующими вторичными 1() ,фаэными обмотками датчика угла и генератором опорной частоты, блок задания частоты вращения, введены блоки умножения в количестве, равном числу фаэ электродвигателя, преобразо- 15 ватель напряжений, частотный и фазовый дискриминаторы, ключ и сумматор, при этом входы преобразователя. напряжений соединены с вторичными об-.. мотками датчика угла, а выход подключен к первым входам частотного и фазового дискриминаторов, вторые. входы которых соединены с блоком задания частоты вращения, выход частотного дискриминатора подключен к управляющему входу ключа и первому входу сумматора, выход фазового дискриминатора через ключ, соединен с вторым входом сумматора, выход которого соединен с вторыми входами умножителей, первый вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего демодулятора„ а выход .с задающим вхддом усилителя тока.

На чертеже представлена функцио- 35 нальная схема предлагаемого устройст. ва при двухфазном исполнении исполнительного синхронного электродвигателя.

Устройство содержит фазные якор- 4р ные обмотки 1 и 2 исполнительного синхронного электродвигателя, вал которого механически соединен с валом датчика угла, содержащего первичную

3 и вторичные 4 и 5 фаэные обмотки, 4 которые соединены с выходами усилителей тока 6 и 7. Первичная обмотка

3 датчика угла подключена к генератору опорной частоты не показан), а вторичные 4 и 5 фазные обмотки к первым входам демодуляторов 8 и 9 вторые входы которых подключены к генератору опорной частоты. Выходы демодуляторов 8 и 9 соединены с пер- . выми входами блоков 10 и 11 умножения, выходы которых соединены с входами усилителей б и 7 тока. Вторичные обмотки 4 и 5 датчика угла соединены также с входами преобразователя 12 напряжений. Выход этого преобразователя соединен с первыми 60 входами частотного дискриминатора 13 и фазового дискриминатора 14. Выход частотного дискриминатора 13 соеди нен с первым входом сумматора 15, а также управляющим входом ключа 16. g5

Выход же фазового дискриминатора 14 через ключ 16 соединен с вторым входом сумматора 15. На третий вход сум матора 15 подается некоторое напряжение постоянного тока, а выход соединен с вторыми входами блоков 10 и

11 умножения.

Электропривод работает следующим образом.

На первичную обмотку 3 датчика угла поступает напряжение

U = U sin(L t И где U — амплитудное значение, ! < — опорная частота модуля0 ции.

Обозначим К, К, К,... коэффициенты пропорциойальности.

На вторичных обмотках 4 и 5 датчи. ка угла формируются напряжения

04 = Kqsin t sin(oL+ f)

Ug = К ) 5 (пМ/ос cos (ф+ f ) где с . — электрический угол поворота магнитной оси ротора (индуктора,) электродвигателя относительно оси обмотки 1; начальная фаза положения ротора, выраженная в электрических углах.

На выходах демодуляторов 8 и 9 имеем напряжения

Uq = К sin(ok+ f), О)9 = К со (с + ) °

Напряжения Ug и 09 поступают на первые входы блоков 10 и 11 умножения, на вторые входы которых поступает сумма сигнала рассогласования 0, процесс формирования которого будет рассмотрен ниже, и некоторого постоянного сигнала Ч», Эти сигналы выражены в виде напряжения постоянного тока. На выходах блоков 10 и 11 умножения имеем напряжения

О„о = К (U +.UL).sin(M +g

О+ = K>(>U + 0) cos (сс + f ) °

Напряжения О,ои 0 . поступают на входы усилителей б и 7 тока.усилитель тока — это устройство, на выходе которого формируется ток, пропорциональный входному напряжению, независимо от величины нагрузки.

Выходные токи усилителей тока, т.е. токи обмоток 1 и 2 электродвигателя представляются следующими формулами:

К4(АU + UQ)sitl(of + fr j, КФ(ДО + Ос)cos(<К + P )

Намагничивающие Г и Г силы обмоток 1 и 2 йропорциональны токам

i . и l, поэтому

К hu. + Ц ) .n (Û. + Р )F = К (ЬО + Ое)сов(ф + P).

1001412 при

Если ввести в рассмотрение ком- Напряжение обмотки 4 суммируется плексную плоскость, ось действитель- с напряжением обмотки 5 сдвинутым--I

l ных чисел которой совмещена с осью íà KЮ-. В результате такого сложения обмотки 2, а ось .мнимых чисел — получаем напряжение с- неизменяемой с осью обмотки 1, то результирующая амплитудой, фаза которого пропорцио-. намагничивающая сила статора (якорек@ нальна фазе поворота вала. Напряже электродвигателя представится в ние 0 1 поступает на первый вход часследующем виде: тотного дискриминатора fпреобразовате 2+5F1 5<ьд+ )Гсоэ(а(+ч)1-)s1H (а())= ля разности частот в напряжение постоянного тока), на второй вход кото=Ks(0 U<)8, 10 рого поступает входное высокочастотное напряжение гДе К (ЬЦ1 3о)ь — моДуль {величина) комплексного числа, а g + g О „=0 „Ыи(Щ„+ ч „), аргумент (угол,.составляемый вектором Го- осью действительных чисел). 15 таким образом, магнитная ось - где М индуктора (ротора) составляет с осью обмотки 1 угол, < + g и этот же угол 1р — фаза входного сигнала. имеется между результирующей намагниНа выходе частотного дискримичивающей силой и осью обмотки 2 Сле 20 натора 13 имеем напРяжение постоян довательно магнитная ось индуктора ного тока, пропорциональное рассоглаи результирующая намагничивающая си- сованию по скоростА ла взаимоперпендикулярны (независи- U д мо от величины угла0 ) . В таких

10 ЬХ 0 10 М условиях крутящий момент двигателя, 25, - о 9 при постоянстве магнитного потока это напряжение является управляющим возбуждения равен ; сигналом, поэтому при Og = Жо из / ф= ИР-К (И +Нс)., условия Д0 = О получаем Л = 0 7 У при т.е. момент пропорционален сумме рассогласования b U и постоянного В т СИ Д. сигнала U ..

С

bx o

Рассмотрим процесс формирования сигнала рассогласования Ь0. Сигнал рассогласования состоит из двух ЬХ 0 а- - О

УОУУХ составляющих

К, 9

Д0.= Ь0+й0" Сигнал g U формируется следующим . где Д U — сигнал, пропорциональный

I образом. отклонению скорости враще- . Выходные напряжения преобразования вала от заданного эна- теля 12 напряжений помимо частотного чения, 40 дискриминатора поступают также на

Д0 — сигнал, пропорциональный первый вход фазового дискриминатора отклонению угла от задан- (преобразователя разности фаз в наного значения. пряжение постоянного тока), на втоСигнал Д U формируется следую- рой вход которого поступает входной ,,щим образом. сигнал 0>Х, На выходе фазового дисНа выходе преобразователя 12 на- кримииатора полУчаем напРяжение пряжений имеем напряжение постоянного тока, пропорциональное рассогласованию по фазе входного

„(0) g+g)=y 1 (t gyRg сигнала и положения ротрра о=э 09

=К МИ (Ш0 Ц К, —, О,+--ьО"=к„„РР „-v).

Сигналы ДО и ЬО поступают на где Q — угловай частота вращения . первый и второй входы сумматора 15, вала; причем сигнал Ь0 поступает непосредN=K Q- электрическая скорость ственно, а сигнал bU "через ключ 16, вращения валау который .управляется выходным сигВ,.

K — коэффициент, который равен налом U, т.е. ключ 16 включается отношению электрического после достижения сигнала Ь 0" до опугла поворота к геометри- ределенного порогового значения, ческому. соответствующего равенству .U0 =8I=KyR

Для обычных синхронных машин К 00 На .третий вход сумматора 15 поступаравен числу пар полюсов, для синхрон- ет некоторый постоянный сигнал, наэно-редукторных машин — коэффициенту начением которого .является создание электромагнитной редукции. момента двигателя, равного стагистичесПреобразователь 12 напряжений кому моменту нагрузки. Выходное наработает следующим образом 65 пряжение сумматора 5 поступает на

1001412 вторые (управляющие входы блоков

10 и 11 умножений.

Таким образом, динамический момент

f двигателя возникает при наличии рас-, согласования по скорости и по фазе, поэтому ротор электродвигателя вращается синхронно относительно входного сигнала и система является астатической.

В том случае, если не требуется большой точности, с целью упрощения схемы привода, фазовый дискриминатор

14 и ключ 16 могут быть исключены.

Применение предлагаемого устройства повышает точность привода и ис-. ключает измерительную электричес- 35 кую машину тахогенератора, :"- стоимость которого намного выше стоимости электронных блоков 12, 13, 14 и 16.

Особенно эффективен электропривод при использовании в нем синхронно- рц редукторного исполнительного электродвигателя и индукционного редуктосина 1 бесконтактного датчика угла 1.

Формула изобретения

Безредукторный бесконтактный следящий электропривод, содержащий син- 3Q хронный исполнительный электродвигатель, вал которого связан с датчиком угла, снабженный обмоткой возбуждения,.подключенный к генератору опорной частоты и вторичными обмот« 35 ками с числом фаз, равным числу фаз исполнительного электродвигателя, фазные якорные обмотки которого соединены с выходами усилителей тока, входы которых через демодуляторы связаны с соответствующими вторичными фазными обмотками датчика угла и генератором опорной частоты, блок задания частоты вращения, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, улучшения динамических характеристик и улучшения малогабаритных показателей, в него введены блоки умножения в количестве, равном числу фаз исполнительного электродвигателя, преобразователь напряжений, частотный и фазовый дискриминаторы, ключ и сумматор, входы преобразователя напряжений соединены с вторичными обмотками датчика угла а выход подключен к первым входам частотного и,фазового дискриминаторов, вторые входы которых соединены с блоком задания частоты вращения, выход частотного дискриминатора подключен к управляющему входу ключа и первому входу. сумматора, второй вход которого через ключ связан с выходом фазового дискриминатора, выход сумматора соединен с вторыми входами блоков умножения первый вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего демодулятора, а выход - с задающим входом усилителя тока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бродавский В.Н., Иванов Е,С.

Приводы с частотно-токовым управлением. М., "Энергия", 1974, с. 23.

2. Авторское свидетельство СССР

М 433447, кл. Н 02 P 5/28, 1973.

1001412.

Составитель В.Тарасов

Редактор Н.Ковалева Техред А.Дц Корректор И.Ватрушкина

I «з.

Заказ 1441/72 Тираж 685 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4