Устройство для стабилизации частоты вращения электродвигателя (его варианты)

 

1. Устройство для стабилизации частоты вращения электродвигателя, содержащее два частотных таходатчика и последовательно соединенные с первым таходатчиком усилительограничитель , дифференциатор, генератор пилообразного напряжения, последовательно соединенные с вторым таходатчиком второй усилитель-ограничитель и второй дифференциатор с выходом, подключенным к управляющему входу схемы выборки-хранения, источник постоянного тока с выходом , соединенным с входом схемы сравнения, и усилитель мощности, подключенный к электродвигателю, отличающееся тем, что, с целью повышения точности стабилизации частоты вращения электродвигателя , в него дополнительно введены последовательно соединенные интегратор и сумматор, второй вход которого и вход интегратора объедиi нены и подключены к схеме выборкихранения , выход сумматор подключен (Л С к усилителю мощности, вход схемы . выборки-хранения через схему сравнения связан с генератором пилообразного напряжения.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ соцИалистичесних

РЕСПУБЛИН

350 H 02 P 5/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ иг.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3001108/24-07 (22) 05.11.80 (46) 07.11.83. Бюл. М 41 (72) Ю.Н. Сумачев, А.Ф. Фомин и Е.И. Чалов (53) 621.316.718.5(088.8) (56) 1. Хидзо Какэко. Проигрыватели с непосредственным приводом."Дэмпа Кагаку", 1973, Р 6, с. 98-99.

2. Авторское свидетельство СССР . по заявке Р 2925631, кл. Н 02 Р 5/00, 1979. (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ

ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ (ЕГО ВАРИАНТЫ). (57) 1. Устройство для стабилизации частоты вращения электродвигателя, содержащее два частотных таходатчика и последовательно соединенные с первым таходатчиком усилительограничитель, дифференциатор, генератор пилбобразного напряжения, пос„„SU„„3 053247 А ледовательно соединенные с вторым таходатчиком второй усилитель-ограничитель и второй дифференциатор с выходом, подключенным к управляющему входу схемы выборки-хранения, источник постоянного тока с выходом, соединенным с входом схемы сравнения, и усилитель мощности, подключенный к электродвигателю, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности стабилизации частоты вращения электродвигателя, в него дополнительно введены последовательно соединенные интегратор и сумматор, второй вход которого и вход интегратора объединены и подключены к схеме выборкихранения, выход сумматор подключен к усилителю мощности, вход схемы, выборки-хранения через схему сравнения связан с генератором пилообразного напряжения.

1053247

2. Устройство для стабилизации частоты вращения электродвигателя, содержащее два частотных таходатчика и последовательно соединенные с первым таходатчиком усилительограничитель, дифференциатор и генератор пилообразного напряжения, последовательно соединенные с вторым таходатчиком второй усилительограничитель, второй дифференциатор с выходом, подключенным к управляющему входу схемы выборкихранения, источник постоянного тока с выходом, соединенным с входом схемы сравнения, и усилитель мощности, подключенный к электродвигателю, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности стабилизации частоты вращения электродвигателя, в него дополнительно введены последовательно соединенные интегратор и сумматор, второй вход которого и вход интегратора объединены и подключены к схеме сравнения, вход которой через схему выборки-хранения связан с генераторОм пилообразного напряже-. ния, выход сумматора подключен к усилителю мощности.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для стабилизации частоты вращения электродвигателя в аппаратуре звукозаписи.

Известно устройство для стабилизации частоты вращения электродвигателя, содержащее последовательно соединенные частотный таходатчик, усилитель-ограничитель, дифференциатор, генератор пилообразного напряжения, схему сравнения, к другому входу которой подключен источник постоянного тока, фильтр низких частот, фазовый компенсатор, активный фильтр низких частот и усилитель мощности с мостовой диодной схемой регулирования переменного напряжения, подключенный к асинхронному электродвигателю.

Устройство формирует управляющее напряжение, пропорциональное статической ошибке между фактической частотой и номинальной частотой вращения электродвигателя, которая определяется величиной опорного напряжения (1 J.

Недостатками рассмотренного устройства для стабилизации частоты вращения двигателя являются невысокое быстродействие, ограниченное

3. Устройство для стабилизации частоты вращения электродвигателя, содержащее два частотных таходатчика и последовательно соединенные с первым таходатчиком усилитель-ограничитель, дифференциатор и генератор пилообразного напряжения, последовательно соединенные с вторым таходатчиком второй усилитель-ограничитель, второй дифференциатор с выходом, подключенным к управляющему входу, схемы выборки-хранения, источник постоянного тока с выходом, соединенным с входом схема сравнения, и усилитель мощности, подключенный к электродвигателю, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности стабилизации частоты вращения электродвигателя !

I в него дополнительно введены последовательно соединенные интегратор и сумматор, второй вход которого соединен с вторым входом схемы сравнения и через схему выборки-хранения связан с генератором пилообразного напряжения, выход сумматора подключен к усилителю мощности.

2 инерционностью системы низкочастот- . ных фильтров, и отрицательное влияние на равномерность вращения двигателя погрешности частоты таходатчика, являющейся следствием неточности его изготовления (неравномерность шага модуляционных меток, эксцентриситет и биение модулятора).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для стабилизации частоты вращения электродвигателя, содержащее два частотных таходатчика и последовательно соединенные с первым таходатчиком усилительограничитель, дифференциатор, гененератор пилообразного напряжения, последовательно соединенные с вторым таходатчиком второй усилительограничитель и второй дифференциатор с выходом, подключенным к управляющему входу схемы выборки-хранения, источник постоянного тока с выходом, соединенным с входом схемы сравнения, и усилитель мощности, подключенный к электродвигателю (2. .

Однако известное устройство, обладая высоким быстродействием,стабилизируя мгновенную частоту вращения и устраняя зависимость стабильностИ частоты вращения от частот1053247 ных погрешностей таходатчиков, не сумматор 11, второй вход которого обеспечивает достаточно точную ста- .соединен с входом интегратора 10, билиэацию иэ-за наличия статической и усилитель 12 мощности, подключеношибки, равной разности между факти- ный к электродвигателю 1. Последоваческой и номинальной частотами вра-» тельно с другим таходатчиком 3 соедищения и зависящей от момента нагруз- 5 нен второй усилитель-ограничитель ки и других внешних факторов. .. (компаратор) 13 и второй дифференЦелью изобретения является ловы- циатор 14 с выходом, подключенным шение точности стабилизации частоты . к управляющему входу схемы 9 выборвращения электродвигателя. ки-хранения.

Поставленная дель достигается )p Особенность выполнения устройсттем, что в устройство введены после.- ва по второму варианту (фиг. 2) довательно соединенные сумматор и заключается в том, что сумматор 11 интегратор, второй вход которого и и интегратор 10 соединены последовход интегратора объединены и под- вательно; вторые их входы объеди.ключены к схеме выборки-храненйя, 15 иены и подключены к схеме 7 сравневыход сумматора подключен к усили-. ния, вход которой через схему 9 телю мощности, вход схемы выборки- ° выборки-хранения связан с генератором хранения через схему сравнения свя- . 6 пилообразного напряжения выход

Ф эан с генератором пилообразного сумматора 11 подключен к усилителю напряжения. 12 мощности.

Согласно второму варианту в уст20

Особенность выполнения устройстройство введены последовательно ва по третьему варианту (фиг. 3) соединенные интегратор и сумматор, . заключается в том, что интегратор 10 второй вход которого.и вход интег- и сумматор 11 соединены последоваратора объединены и подключены к схе- тельно, второй вход сумматора 11 ме сравнения, вход которой через соединен с вторым входом схемы 7

25 схему выборки-хранения связан с re- .сравнения и через схему 9 выборкинератором пилообразного напряжения, хранения связан с генератором 6 пиловыход сумматора подключен к усили- образного напряжения, выход суммателю мощности. тора 11 подключен к усилителю 12

Согласно третьему варианту в уст- 30 мощности. ройство введены последовательно соединенные интегратор и сумматор, вто- устройство Работает следУющим рой вход которого соединен с вторым образом.. входом схемы сравнения и через схе- Ри ращении двигателЯ 1 на вы Пив выборки-хранения связан с генера- 35 .„одах таходатчиков 2 и 3 поочеРедтором пилообразного напряжения, вы- : зни ают напряжения с частотой ход су атора подключен к усилителю следования импульсов, равной часто- . мощности. те модуляции и кратной частоте враения электродвигателя. Импульсы нальные схемы соответственно первого второго и третьего вариантов устройства для стабилизации частоты вр ения электродвигателя; на фиг.4 - . д р равное времени поворота мовременная диаграмма, поясняющая дулятора при прохождении одной иработу устройства, показанного íà о же моДулЯционной метки межДУ фиг.. 1 ° .:45 таходатчиками, Расстояние между КоУстройство для стабилизации торыми постоянно. В ем ремя задержки частоты вращения электродвигателя между последовательност д остями импуль1 содержит два частотных таходатчисов (фиг. 4а, б) и и п т частоте вращения двигателя 1 совка 2 и 3 с общим модулятором (не д и местно с модулятором постоянно и показан), .размещенных рядом со сдви-:5 гом один относительно другого в нап- изменяется обратно пропо иональр орционально изменению частоты вращения элекравлении вращения модулятора кото- тродвигателя. Такие погрешности рый жестко связан с валом электро- изготовления общего для обоих таходвигателя, при этом угловой шаг модулятора несколько больше угла разме- датчиков модулятора как биение

++ f щения, таходатчиков 2 и 3 П эксцентриситет и непосто нство и . оследо- углового шага между модуляционными р постоянство вательно с первым (по направлению, метками не влияют на время заде жки вращения) таходатчиком 2 соединены р з д ржки .следования импульсов на выходах усилитель-ограничитель (компаратор), таходатчиков 2 и 3 (т.е. не влияют

4, дифференциатор 5, генератор 6 40 синхронные погрешности частоты их пилообразного напряжения, схема 7 модуляции) . сравнения сигналов, к друго вхо

РУ му ходу Сигналы с выходов таходатчиков которой подключен источник 8 постоян- 2 и 3 поступают на соответствуюного тока, схема 9 выборки-хранения щие усилители-ограничители 4 и 13, аналогового сигнала, интегратор 10, 5 формирующие у импульсов крутые

1053247,фронты и спады, и далее на дифференциаторы 5 и 14, преобразующие последовательности сдвинутых Во времени прямоугольных импульсов в последовательности коротких положительных импульсов (фиг. 4в, r), соответствую- 5 щих фронтам (спадам) прямоугольных импульсов на входах дифференциаторов, С выхода дифференциатора короткие импульсы (фиг. 4в) поступают на вход генератора б пилообразного 10 напряжения а импульсы (фиг. 4г) с выхода дифференциатора 14 — на управляющий вход схемы 9 выборки-. хранения. Короткий положительный импульс (фиг. 4в) дифференциатора 5 устанавливает выходное напряжение генератора 6, равным нулю, и после окончания этого импульса выходное напряжение генератора б линейно возрастает до момента прихода следующего.

Таким образом, на выходе генератора б формируется пилообразное напряжение (фиг. 4д) с частотой, равной частоте модуляции таходатчика 2. Это напряжение поступает на один из входов схемы 7 сравнения, на другой вход которой подается опорное напряжение от источника 8 постоянного .тока. С выхода схемы 7 пилообразное напряжение (фиг. 4е), 30 смещенное относительно нуля на величину опорного напряжения, поступает на вход схемы 9 выборки-хранения, которая запоминает величину напряжения (фиг. 4е)- пилообразной форьы 35 в момент прихода на ее управляющий вход короткого положительного импульса (фиг. 4г) от дифференциатора

14 и сохраняет величину этого напряжения постоянной до момента прихода 40 следующего импульса.

Напряжение (фиг. 4ж) с выхода схемы 9 выборки-хранения поступает на один из двух входов сумматора

11 и параллельно - на вход интегра- 45 тора 10, выход которого соединен с другим входом сумматора 11, На входе интегратора 10 пропорционально. постоянной интегрирования возникает возрастающее напряжение при появлении на его входе положительного напряжения, постоянно спадающее напряжение - при отрицательном напряжении на его входе и не меняющееся,напряжение при нулевом напряжении на входе интегратора 10. Сум- 55 матор 11 складывает выходные напряжения схемы 9 выборки-хранения (фиг. 4ж) и интегратора 10 (фиг. 4з).

Напряжение (фиг..4и) с выхода сумматора 11 поступает,на вход усилите- щ ля 12 мощности и далее — на электродвигатель 1, замыкая контур регулирования.

Величина опорного напряжения источника 8 определяет настройку 65 замкнутого контура регулирования на номинальную частоту вращения электродвигателя 1.

При установлении меньшей величины опорного напряжения от источника

8 постоянного тока, чем та, которая определяет номинальную частоту вращения электродвигателя, величина постоянной составляющей напряжения

1 (фиг, 4ж) на выходе схемы 9 выборки-хранения дискретно увеличится, напряжение (фиг. 4з) на выходе интегратора 10 постоянно возрастает, что приводит к постоянному возрастанию напряжения на выходе сумматора 11 и усилителя 12 мощности (фиг. 4н, к). При возрастании напряжения, подаваемого на электродвигатель 1, его.частота вращения увеличивается, и соответственно уменьшаются время задержки t между последовательностями имйульсов (фиг. 4а, б) на выходах таходатчиков

2 и 3 н напряженйе (фиг, 4ж) на выходе схемы 9 выборки-хранения. При достижении уровня выходного напряжения схемы 9 выборки-хранения, равно" го нулю, интегратор 10 прекращает интегрирование, его выходное напряжение сохраняется постоянным, и соответственно сохраняются постоянными напряжение, подаваемое от усилителя 12 на электродвигатель 1, и частота вращения последнего.

При установлении большей величины опорного напряжения происходит обратный процесс.

Стабилизация частоты вращения электродвигателя осуществляется следующим образом.

При воздействии внешних факторов, например при увеличении моМента нагрузки М„д рэлектродвигателя 1 или при уменьшейии напряжения его питания, уменьшается частота spargeния электродвигателя 1, частота следования импульсов (фиг. 4а,б) на выходах таходатчиков 2 и 3 и частота запуска генератора. б (фиг. 4д), а время задержки tea межцу последовательностями коротких импульсов (фиг. 4в, r) на входах дифференциаторов 14 и 5 увеличится. Так как скорость линейного нарастания пилообразного напряжения (фиг. 4д) на выходе генератора б остается неизменной при изменении частоты его запуска дифференциатором 5, а промежуток времени между запуском генератора б и моментом запоминания текущего значения пилообразного напряжения (фиг. 4е) схемой 9 выборки-хранения, определяемого моментом прихода импульса (фиг. 4г) от дифференциатора 14 на ее управляющий вход, увеличится, таким образом на выходе схемы 9 уровень напряжения (фиг. 4ж), обратно пропорцио8

247

7 1053 . наль ный от кло нению от номинальной

Фактической частоты вращения, дискретно увеличится. На выходе интегратора 10 напряжение (фиг. 4з) начинает постоянно возрастать,. что приводит к возрастанию напряжения на 5 выходе сумматора 11 и. усилителя 12 мощности (фнг. 4и, к) . При возраста- . нии напряжения, подаваемого на электродвигатель 1, его частота вращения увеличивается, преодолевая 10 сопротивление момента нагрузки, и соответственно .уменьшаются время. задержки t между последовательнос. тями импульсов (фиг. 4а, б) на .выходах таходатчиков 2 и 3 и напря- . жение (фиг. 4ж) на выходе схемы 9 выборки-хранения.

При достижении выходным напряже» нием схемы 9 уровня, равного нулю, т.е. при совпаденйи фактической и номинальной частот вращения, выходные напряжения интегратора 10 и сумматора 11, напряжение, подаваемое на электродвигатель 1 от усилителя 12, и частота вращения электродвигателя 1 сохраняются постоянными.

При уменьшении момента нагрузки электродвигателя 1, приведшем к увеличению его частоты вращения, произойдет обратный процесс, при ЗО котором напряжение, подаваемое на .электродвигатель 1, будет снижатьсй до момента совпадения фактической ..и номинальной частот вращения элек.тродвигателя. 35

Таким образом, замкнутый контур регулирования путем изменения напряжения, подаваемого на электродвига-. тель,. компенсируя изменение его час- тоты вращения при воздействии внешних факторов, поддерживает ее стабильной при рассогласовании фактической и номинальной частот вращения с ошибкой, стремящейся к нулю.

При работе устройства (фиг. 2) сравнение с опорным напряжением прямо пропорционального времени задержки между последовательностями импульсов на восходах таходатчиков

2 и 3 осуществляется на выходе схемы 9 выборки-хранения обратно пропорционально фактической частоте вращения электродвйгателя 1, .а отличие от нуля выходного напря« жения схемы пропорционально отклонению с обратным знаком фактической частоты вращения от номинальной.

При работе устройства (фиг. 3) напряжение на выходе схемы 9 выборки-хранения прямо пропорциональное времени задержки между последовательностями импульсов задержки, между последовательностями импульсов на выходах таходатчиков 2 и 3, суммируется с выходным напряжением интегратора 10, на вход которо"

ro поступает напряжение. после сравнения схемой 7 выходного напряжения схемы 9 вЫборки-хранения и опорного напряжения источника 8.

В этом случае выходное напряжение схемы 9 выборки-хранения обратно пропорционально фактической час-. тоте вращения электродвигателя 1, а выходное. напряжение схемы 7 сравнения обусловлено отклонением фактической частоты вращения от номинальной.

Реализаций первого варианта нес- колько проще, чем второго и третьего, однако последние предусматривают возможность подключения контрольных приборов, регистрирующих фактическую частоту вращения электродвигателя 1, а также ее отклонение от номинальной.

Технический эффект предлагаежх устройств обусловлен значительно более высокой точностью стабилизации частоты вращения электродви-1 гателя. Так, например, изменение мо мента нагрузки, которйй обуславлива-. ет в известном устройстве отклонение фактической частоты вращения от. номинальной на величину, равную 1%, в предлагаемых устройствах не превышает 0,05%.

1053247

ВНИИ11И Заказ 8897/54 Тираж 687 Подписное

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