Следящая система переменного тока

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

МЯЗG 05В11 01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) .3397665/18-24 (22) 17.02.82 (46) 15.08.83. Вюл.РЗО (72) В .И. Гунченков и И.В. Гунченков (53) 62-50(088 ° 8). (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 598020, кл. t3 05 В 11/14, 1978.

2, Авторское свидетельство СССР

Р 610061, кл. 8 05 В 11/01, 1978 (прототип).

3 ° Рабинович Л.В. и др. Проектирование следящих систем. М., "Маши- . ностроение", 1969, с.360.

4. Кацман М.М. Электрические ма» шины и трансформаторы. М., "Высшая школа", 1967, с.360.. (54 )(57 ) СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМАПЕРЕМЕННОГО

ТОКА, содержащая асинхронный двухфазный двигатель, ротор которого связан через редуктор с кулачковым механизмом, выход которого соединен с первым и вторым концевыми выключателями, связанными через первичные обмотки первого трансформатора с выводами источника опорного напряжения, ротор асинхронного двухфазного двигателя механически связан с входом приемника иэмерительно-преобразовательного блока, другой вход

„„SU„„1035562 A приемника через датчик соединен с входным валом системы, а выход приемника подключен через. последовательно соединенные предварительный усилитель и второй трансформатор к входам двухтактного усилителя мощности, выполненного по дифференциальной схеме на двух транзисторах, через коллекторно-эмиттерные переходы которых один вывод источника питания подключен к крайним -выводам обмотки управления асинхронного двухфазного двигателя, средний вывод которой соединен с другим выводом источника питания, о т л ич а ю щ а я 1с я тем, что, с целью повышения точности путем уменьшения I выбега следящей системы в запретной зоне, введены четыре ключа, информационные выводы первого и второго из которых подключены параллельно соот- С ветствующим входам двухтактного усилителя мощности, информационные выво-» ды третьего и четвертого ключей подсоединены параллельно крайним вывода обмотки управления асинхронного двух фазного двигателя, а управляющие выводы всех ключей связаны с соответствующими вторичными обмотками пер- {"ф вого трансформатора, Сд

1035562

Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано в приборах и устройствах различного назначения со следящими системами переменного тока с ограниченным углом поворота выходного вала.

Известны следящие системы переменного тона, в которых при достижении выходным валом предельного положенияграницы рабочей зоны, запасенная кине 10 тическая энергия системы расходуется на преодоление момента трения, и система останавливается 1, 1 33 и $4).

Недостатком таких следящих систем 15 является зависимость величины выбега от момента трения величины статического момента.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является сис-20 тема, в которой ограничение угла пово. рота выходного вала осуществляется за счет коммутации опорного напряжения на управляющих .входах транзисторных ключей, подключенных к усилителю мощности, в результате чего при сраба тывании соответствунхцего концевого выключателя усилитель становится нечувствительным к сигналу данной фазы, а сигнал противоположной фазы усиливает, как обычный усилитель 2 .

В этой системе при достижении

° выходным валом границы рабочей зоны срабатывает соответствующий концевой выключатель, обмотка управления исполнительного двигателя обесточивается, поскольку усилитель становится нечувствительным к сигналу данной фазы, и система останавливается за счет трения в механизме, в то время, как входной вал может продолжать движе- 40 ние за пределы рабочей зоны и при его возврате в рабочую зону система восстанавливается.

Торможение и остановка системы тольтолько эа счет момента тРения в ме- 45 ханизме приводит к запаздыванию полной остановки выходного вала системы по отношению к моменту срабатывания концевого выключателя, т.е. приводит к выбегу системы, величина которого ,зависит от скорости системы и эффективности торможения.

Наличие выбега системы приводит к необходимости сужения рабочей и расширения запретной зоны .системы.

Это объясняется тем, что запретная эона системы ограничивается механическими упорами и для избежания ударов и поломки механизма концевые выключатели должны устанавливаться с учетом выбега, который в реальных" 60 системах составляет несколько градусов.

На величину выбега:.существенное влияние оказывает самоход исполнительного двигателя, возникающий после прекращения подачи напряжения на обмотку управления асинхронного двигателя. Это объясняется тем, что асинхронный двигатель, обмотка возбуждения котОрого подключена к сети, при прекращении подачи напряI жения на обмотку управления продолжает работать, как обычный однофаэный двигатель.

Цель изобретения - повышение точности уменьшения выбега следящей системы, исключение самохода двигателя.

Для достикения поставленной цели

4в следящую систему переменного тока, содержащую асинхронный двухфазный двигатель, ротор которого связан через редуктор с кулачковым,механизмом, выход которого соединен с первым и вторым концевыми выключателями, связанными через первичные обмотки первого трансформатора с выводами источника опорного напряжения, ротор асинхронного двухфазного двигателя механически связан с входом приемника иэмерительно-преобразовательного блока, другой вход приемника через датчик соединен с входным валом системы, а выход приемника подключен через последовательно соединенные предварительный усилитель и второй трансформатор к входам двухтактного усилителя мощности, выполненного по дифференциальной схеме на двух транзисторах, через коллекторно-змиттерные переходы которых один вывод источника питания пвдключен к крайним выводам обмотки управления асинхронного двухфазного двигателя, средний вывод которой соединен с другим выводом исвоч ника питания, введены четыре ключа, информационные выводы первого и второго ключей подключены параллельно входам двухтактного усилителя мощности, информационные выводы третвего и четвертого ключей подключены параллельно крайним выводам обмотки управления асинхронного двухфазного двигателя, а управляющие выводы всех ключей связаны с соответствующими вторичными обмотками первого трансформатора.

На фиг.1 показана схема следящей системы, в которой уменьшение выбега системы достигается за счет фаэочувствительного блокирования ключами (например, транзисторными) входов двухтактного усилителя мощности и обмотки управления, на фиг.2— схема следящей систеьы, в которой уменьшение выбега систеьы реализуется за счет коммутации питающего напряжения.

Следящая система (фиг.1 ) содержит асинхронный двухфазный двигатель 1, ротор 2, редуктор 3, кулачковый механизм 4, первый 5 и вто1035562 рой 6 концевые выключатели,. первичные обмотки 7 и 8 первого трансфор- матора 9, источник 10 опорного напрявходной вал 15, предварительнйй усилитель 16, второй трансформатор 17, усилитель мощности 18, выполненный по дифференциальной схеме на двух транзисторах 19 и 20, источник 21 питания, обмотка управления 22 асинхронного двухфазного двигателя, первый 23, второй 24 третий 25, четверные обмотки трансформатора 9 подклюусилителя мощности совпадает по фазе с.опорным напряжением, т.е. в положительный полупериод опорного напряжения верхний транзистор 19 усилителя мощности 18 открыт, а нижний 20 закрыт, выходной вал также вращается жения, обмотка возбуждения 11 асинхронного двухфазного двигателя, приемник 12 иэмерительно-преобразовательного блока 13, датчик 14, тый 26 ключи, вторичные обмотки 2730 первого трансФорматора.

В схему следящей системы (фиг.2) кроме того, дополнительно введены диоды 31-34 и третий трансформатор

35. Источник питания 21 может быть выполнен в виде двухполупериодного выпрямителя опорного напряжения либо может представлять собой источник постоянного .тока.

Третья 29 и четвертая 30 вторич.чены к:управляющим выводам ключей

25 и 26 таким образом, что при сра,батывании любого из концевых выключателей 5 и б в каждый полупериод опорного напряжения один иэ ключей

25 и 26 открыт, а второй закрыт.

Следящая система работает следующим образом.

При вращении выходного вала в пределах рабочей зоны концевые выключатели 5 и б находятся в исходном состоянии, напряжения на обмотках трансформатора 9 отсутствуют, ключи 23 и 24 закрыты и не влияют на работу усилителя мощности. 18, ключи 25 и 26 также закрыты и не оказывают влияния на работу следящей системы.

При вращении входного вала 15 по часовой стрелке сигнал на входе по часовой стрелке и ведет систему к первому 7,концевому выключателю.

При вращении входного вала 15 против часовой стрелки сигнал на входе усилителя мощности 18 находится в противофазе с опорным напряжением, т. е. в положительный полупериод

0 опорного напряжения открыт нижний, транзистор 20 усилителя мощности

18, а верхний транзистор 19 закрыт, выходной вал вращается также против часовой стрелки и ведет систему к второму 8 концевому выключателю.

Пусть выходной вал отслеживания за положением входного 15 вращается

10 . 15

65 по часовой стрелке и ведет систему к первому 7 концевому выключателю.

В этом случае в положительный полупериод опорного напряжения открыт верхний транзистор 19 усилителя мощности 18, и ток от источника питания 21 течет по цепи, состоящей из последовательно включенных верхней половины обмотки управления 22 двигателя 21 и верхнего транзистора

19 усилителя мощности 18 (от эмиттера к коллектору)„ в результате чего нижний крайний вывод обмотки управления 22 двигателя 1 имеет положительный потенциал.

В отрицательный полупериод опорного напряжения открыт нижний транзистор усилителя мощности 18, и ток от источника питания 21 течет по цепи, состоящей из последовательно соединенных нижней половины обмотки управления двигателя и нижнего транзистора 20 усилителя мощности 18 (от эмиттера к коллектору), в результате чего верхний крайний вывод обмотки управления 22 двигателя 1 имеет поЛожительный потенциал.

При достижении выходным валом границы рабочей зоны кулачковый механизм 4 замыкает первый 7 концевой выключатель, в результате чего источ-. ник опорного напряжения 10 оказывается подключенным к первичной обмотке трансформатора 9.

В этом случае в положительный полупериод опорного напряжения открыт транзисторный ключ 23, подключенный к входной цепи открытого верхнего транзистора 19 усилителя мощности 18 и амплитуда сигнала на входе этого транзистора не превьыает величины остаточного напряжения насыщенного ключа, в результате чего транзистор оказывается закрытым и ток от источника питания 21 не протекает по верхней половине обмотки управления.

В связи с тем, что двигатель 1 продолжает вращаться, за счет запасенной кинетической энергии механизма и ЭДС обмотки управления, наведенной от обмотки возбуждения, приложенная к настроенному в резонанс контуру, состоящему из обмотки управления 22 двигателя 1, компенсирующего реактивную составляющую мощности усилителя, конденсатора, способствует продолжению вращения ротора

2 двигателя в прежнюю сторону, поскольку фаза наведенной в этой обмотке ЭДС остается такой же, какой бы- ла в момент срабатывания первого концевого выключателя 7.

Одновременно с открытием ключа

23 открывается ключ 26 и шунтирует обмотку управления 22 двигателя

1, так как последовательно соединенный с этим транзистором диод окаэы1035562

10 вается включенным согласно для полярности наведенного в данный полупериод напряжения в- обмотке управления (нижний крайний вывод обмотки управления имеет в рассматриваемый полупериод положительный потенциал).

В отрицательный полупериод опорного напряжения открыт транзисторный ключ 24, подключенный к открытому в этот полупериод входным сигналом нижнему транзистору 20 усилителя мощности 18, в результате чего амплитуда напряжения íà ere входе не превышает величины остаточного напряжения насыщенного ключа, нижний транзистор оказывается закры- (5 тым, а ток от источника питания 21 через нижнюю половину обмотки управления и эмиттер-коллектор нижнего транзистора 20 усилителя мощности

18 не протекает. В этот же момент gp открывается ключ 25, в результате чего обмотка управления 22 двигателя 1 оказывается шунтированной этим . транзистором, поскольку соединенный с ним диод включен согласно для по- 25 лярности наведенного в обмотке управления напряжения в отрицательный полупериод опорного напряжения (верхний вывод обмотки управления 22 двигателя 1 имеет положительный потен- 30 циал )

Таким образом, при срабатывании первого концевого выключателя 7 в оба полупериода опорного напряжения сигнал с выхода предварительного усилителя 16 не оказывает воздействия35 на усилитель мощности 18, так как проводящие полупериоды транзисторных ключей 23 и 24 совпадают с рабочими полупериодами соответствующих входов усилителя мощности 18. Кроме того,, обмотка управления асинхронного двухфазного двигателя 1 оказывается шунтированной поочередно открывающимися ключами 25 и 26„ причем в каждый полупериод опорного напряжения откры- 45 вается именно тот транзистор, диод которого включен согласно для поляр-- ности напряжения на обмотке управления в данный полупериод.

В результате замыкания ключей 5р

25 и 26 по обмотке управления 22 двигателя 1 протекает ток, создающий магнитный поток, препятствующий вращению ротора двигателя, что эквивалентно работе асинхронного генератора, выходная обмотка которого замкнута накоротко. Создающий при этом противодействующий вращению ротора двигателя момент суммируется с мо ментом трения механизма системы, в результате чего выходной вал останавливается гораздо быстрее и имеет меньший выбег, чем в известной.

В таком положении система находится до тех пор, пока входной .вал 15, вращайсь уже против часовой стрелки, б5 не достигает такого угла, при котором фаза сигнала на выходе предварительного усилителя 16 не изменится на противоположную.

В этом случае в положительный полупериод опорного напряжения OTкрыт нижний транзистор 20 усилителя мощности 18 и, поскольку первый концевой выключатель 7 находится еще в сработанном состоянии, открыты первый ключ 23 и ключ 26 Так как первый ключ 23 подключен к верхнему транзистору усилителя мощности 18, который при вращении входного вала против часовой стрелки закрыт в положительный полупериод опорного напряжения, то он (ключ 23) не оказывает действия на прохождение сигнала от предварительного усилителя 16 к усилителю мощности 18, вследствие чего ток от источника питания 21 идет по цепи, содержащей нижнюю половину обмотки управления 22 двигателя 1, и эмиттер-коллектор нижнего транзисто-. ра 20 усилителя, мощности 18. В результате протекания тока по нижней цоловине обмотки управления на крайних ее выводах появляется напряжение, положительный потенциал которого присутствует на верхнем крайнем выводе обмотки управления и открытый ключ 26 не оказывает шунтирующего действия на обмотку, поскольку соединенный с ним диод оказывается включенным встречно для напряжения этой полярности.

В сл,едующий (отрицательный) полупериод опорного напряжения открываются второй ключ 24 и ключ 25. Второй транзисторный ключ 24 также не оказывает влияния на прохождение сигнала от предварительного усилителя

16 к усилителю мощности 18, поскаль» ку он-подключен к закрытому в отрицательный полупериод нижнему транзистору усилителя мощности 18. В этот полупериод ток от источника питания

21 протекает по цепи, состоящей из верхней половины обмотки управления

22 двигателя 1 и открытого верхнего транзистора (от эмиттера к коллектору) усилителя мощности 18. В результате этого нижний крайний вывод обмотки управления имеет положительный потенциал и открытый ключ 25 не оказывает шунтирующего действия на обмотку управления, так как соединенный с ним диод оказывается включенным встречно для напряжения этой полярности.

Под действием протекающего по обмотке управления 22 двигателя 1 переменного тока его ротор 2 приходит во вращение и отводит выходной вал, вращая evo против часовой стрелки, от предельного положения в сторону рабочей зоны. Первый концевой выключатель 7 устанавливается в исход1035562 ное состояние, и система восстанавливается.

При срабатывании второго концевого выключателя 8, ограничивающего рабочую зону с другой стороны, источник опорного напряжения 10 подключается к нижней первичной обмотке трансформатора 9, в результате чего фазы управляющих напряжений на входах первого 23 и второго 24 ключей, а также на ключах 25 и 26 смещены на цолпериода по сравнению с первым (замкнут концевой выКлючатель 7) случаем, что находится в соответствии с изменившейся фазой сигнала на выходе предварительного усилите- 15 ля 16. В этом случае система устанавливается на концевой выключатель и снимается с него аналогично описанному ° установка ключей 23 и 24 на входаМ 28 усилителя мощности 18 приводит к то му, что при срабатывании концевого выключателя на входах упомянутого усилителя остается сигнал, равный величине остаточного напряжения насы- >5 щенного транзисторного ключа, что в свою очередь приводит к появлению на выходе усилителя мощности 18 напряжения, значение которого равно произведению остаточного сигнала на входе усилителя мощности 18 на коэффициент его усиления.

Следящая система, в которой уменьшение выбега систевж осуществляется за счет коммутации пульсирующего питающего напряжения, представлена на фиг.2.

Питание подключенной к транзисторам усилителя мощности 18 обмотки. управления 22 двигателя 1 в исходном состоянии. Осуществляется от 40 двухполупериодного выпрямителя, выполненного на диодах 31-34, подключенных через концевые выключатели

5 и 6 к вторичным обмоткам 27 и 28 трансформатора 9. Для коммутации 45 введенных транзисторных ключей 25 и .26 использован дополнительный трансформатор 35, две нервичние обмотки которого включены встречно между собой и подключены к выходам двухполупериодного выпрямителя,в реэультате чего в исходном состоянии напряжения на вторичных обмотках трансформатора 35 отсутствуют, поскольку в каждый период опорного напряжения на его первичных обмотках происходит вычитание равных по величине двух напряжений.

При срабатывании соответствующего концевого выключателя питающее напряжение в каждый полупериод подводится через обутку управления к тому транзистору усилителя мощности 18, который закрыт входным сигналом, вследствие чего ток через обмотку управления не протекает. . Одновременно на первичной обмотке трансформатора появляется напряжение, которое трансформируется во вторичные обмотки и подается на управляющие входы ключей 25 и 26. Фазы этих напряжений подобраны так, что проводящие состояния транзисторов соответствуют полярностям в каждый полупериод навоцимого в обмотке управления напряжения, что приводит к шунтированию обмотки управления, так же, как в системе .на фиг.1.

Таким образом, использование подключенных параллельно обмотке управления исполнительного асинхронного двигателя, транзисторно-диодных цепей позволяет при достижении выходным валом границы рабочей эоны осуществлять дополнительное торможение системы эа счет фазочувствительного блокирования обмотки управления упомянутыми транзисторно-диодными цепями.

Предлагаемая система может быть использована, например, в привоцах наведения телескопов, визирных уст-е ройств, в станках с программным управлением в аналоговых вычислительных устройствах и устройствах управления и регулирования.

Применение предлагаемой системы при электрическом ограничении ее рабочей зоны позволяет избежать уда-. ров механизма об упоры, ограничивающие рабочув зону, и за счет уменьшения выбега увеличить диапазон рабочих углов системы.

1035562

1035562

Составитель В. Грибова

Редактор Н. Швьщкая Техред К.Иыцьо Корректор Л. Бокшан

1Заказ 5831/48 Тираж 874 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР. по делам изобретений и открытий113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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