Устройство для стабилизации частоты вращения электродвигателя (его варианты)

ИЕ НО СОЮЗ СОВЕТСНИХсоцидлистичеснихРЕСПУБЛИН 247 нн 0 б БРЕТЕНИЯ 0 И СВИДЕТЕЛЬСТ АВТОРСКОМ ь-ОсудАРстВенный номитет сссРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(56) 1. Хидзо Какэко. Проигрыватели с непосредственным приводом."Дэмпа Кагакуф, 1973, Р 6, с. 98-92. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2925631, кл. Н 02 Р 5/001979.(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ(57) 1. Устройство для стабилизаци. частоты вращения электродвигателя,содержащее два частотных таходатчика и последовательно соединенные с первым таходатчиком усилителограничитель, дифференциатор, генератор пилбобразного напряжения, по ледовательно соединенные с вторым таходатчиком второй усилитель-огра. ничитель 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 выборки- Я хранения, выход сумматор подключен к усилителю мощности, вход схемы , выборки-хранения через схему сравнения связан с генератором пилооб- С разного напряжения.1053247 2. 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 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. 1Изобретение относится к Электротехнике и может быть использованодля стабилизации частоты вращенияэлектродвигателя в аппаратуре звукозаписи,Известно устройство для стабилизации частоты вращения электродвигателя, содержащее последовательносоединенные частотный таходатчик,усилитель-ограничитель, дифференциатор, генератор пилообразногонапряжения, схему сравнения, к другому входу которой подключен источник постоянного тока, фильтр низкихчастот, фазовый компенсатор, активный фильтр низких частот и усилитель мощности с мостовой диоднойсхемой регулирования переменногонапряжения, подключенный к асинхронному электродвигателю.Устройство формирует управляющеенапряжение, пропорциональное статической ошибке между фактической частотой и номинальной частотой вращения электродвигателя, которая определяется величиной опорного напряжения 1.Недостатками рассмотренногоустройства для стабилизации частоты вращения двигателя являются невысокое быстродействие, ограниченное 10 15 О 5 30 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 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 электродвигателяУ в него дополнительно введены последовательно соединенные интегратори сумматор, второй вход которого соединен с вторым входом схемы сравнения и через схему выборки-хранениясвязан с генератором пилообразногонапряжения, выход суьматора подключенк усилителю мощности. Ъинерционностью 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 усилитель- ограничитель, дифференциатор, гененератор пилообразного напряжения, последовательно соединенные с вторым таходатчиком второй усилитель-. ограничитель и второйдифференциа" тор 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 2Однако известное устройство, обладая высоким быстродействием,стабилизируя мгновенную частоту вращения и устраняя зависимость ста- бильностИ частоты вращения от частот1053247ных погрешностей таходатчикон, не сумматор 11, второй вход которогообеспечивает 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 нен второй усилитель-ограничительки и других внешних Факторов. . (компаратор) 13 и второй дифференЦелью изобретения является ловы- циатор 14 с выходом, подключеннымшение точности стабилизации частоты : к управляющему входу схемы 9 выборвращения электродвигателя. ки-хранения.Поставленная дель достигается10 Особенность выполнения устройсттем, что в устройство введены после- ва по второму варианту (Фиг. 2)довательно соединенные сумматор и заключается н том, что сумматор 11интегратор, второй вход которого и и интегратор 10 соединены последовход интегратора объединены и под- вательно; вторые их входы объеди.ключены к схеме выборки-храненйя, 5 иены и подключены к схеме 7 сравневыход сумматора подключен к усили-. ния, вход которой через схему 9телю мощности, вход схемы выборки-выборки-хранения связан с генераторомхранения через схему сравнения свя- . 6 пилообразного напряжения выход%Фэан с генератором пилообразного сумматора 11 подключен к усилителюнапряжения. 12 мощности.Согласно второму варианту в уст 20Особенность выполнения устройстройство введены последовательно ва по третьему варианту (Фиг, 3)соединенные интегратор и сумматор,заключается в том, что интегратор 10второй нход которого.и вход интег- и сумматор 11 соединены последоваратора объединены и подключены к схе- тельно, второй вход сумматора 11ме сравнения, вход которой через соединен с вторым входом схемы 725схему выборки-хранения связан с ге- .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 12Согласно третьему варианту в уст мощности,ройство введены последовательно соединенные интегратор и сумматор, вто- Устройство Работает следующимрой вход которого соединен с вторымобразом.,входом схемы сравнения и через схе- ри вращении двигателя 1 на ныПинму выборки-хранения связан с генера .ходах таходатчиков 2 и 3 поочередтоРом пилообразного напряжения, вы- но возникают напряжения с частотойход сумматора подключен к усилителю следования импульсов, равной частомощностите модуляции и кратной частоте враения электродвигателя, Импульсънальные схемы соответственно перво- выходного напРяжения таходатчиковго, второго и третьего вариантов с (Фиг. 4 а, б) сдвинуты одинустРойства для стабилизации частоты относительно другого на время завРащения электродвигателя; на фиг,4 -, држки Равное вРЕмени поворота мовРеменная диаграмма, поясняющая .дулятора при пРохождении одной и .Работу устройства, показанного на . той же модуляционной метки междуФиг 1ф .45 таходатчиками, расстояние между коУстройство для стабилизацииторыми постоянно. В емремя задержкичастоты вращения электродвигателямежду последовательностд остями импуль 1 содержит два частотных таходатчисов (фиг. 4 а, б) и и п тчастоте вращения двигателя 1 совка 2 и 3 с общим модулятором (не ии местно. с модулятором постоянно ипоказан), .размещенных рядом со сдни-:5гом один относительно другого в нап-изменяется обратно пропо иональР орционально изменению частоты вращения элекранлении вращения модулятора коток - тродвигателя, Такие погрешностирый жестко связан с валом электро- изготовления общего для обоих таходвигателя, при этом угловой шаг модулятора несколько больше угла разме-датчиков модулятора как биениещения,таходатчиков 2 и 3 Пэксцентриситет и непосто нствои . оследо-углового шага между модуляционнымиР ПОСТОЯНСТВОвательно с первым (по направлению,метками не влияют на время заде жкивращения) таходатчиком 2 соединеныР з д ржки.следования импульсов на выходахусилитель-ограничитель (компаратор),таходатчиков 2 и 3 (т.е. не влияют4, дифференциатор 5, генератор 6 40 синхронные погрешности частоты ихпилообразного напряжения, схема 7модуляции).сравнения сигналов, к друго вхоРУ му ходу Сигналы с выходов таходатчиковкоторой подключен источник 8 постоян и 3 поступают на соотнетствуюного тока, схема 9 выборки-хранения щие усилители-ограничители 4 и 13,аналогового сигнала, интегратор 10, 5 формирующие у импульсов крутые,фронты и спады, и далее на дифференциаторы 5 и 14, преобразующие последовательности сдвинутых во временипрямоугольных импульсов в последовательности коротких положительныхимпульсов (фиг, 4 в, г), соответствующих фронтам (спадам) прямоугольныхимпульсов на входах дифференциаторов,С выхода дифференциатора короткиеимпульсы (фиг. 4 в) поступают навход генератора б пилообразного 10напряжения а импульсы (фиг. 4 г) свыхода дифференциатора 14 - науправляющий вход схемы 9 выборки-.хранения. Короткий положительныйимпульс (фиг, 4 в) дифференциатора 5устанавливает выходное напряжениегенератора 6, равным нулю, и послеокончания этого импульса выходноенапряжение генератора б линейновозрастает до момента прихода следующего,Таким образом, на выходе генератора б формируется пилообразноенапряжение (фиг. 4 д) с частотой,равной частоте модуляции таходатчика 2. Это напряжение поступает наодин из входов схемы 7 сравнения,на другой вход которой подается опорное напряжение от источника 8 постоянного,тока. С выхода схемы 7 пилообразное напряжение (фиг. 4 е), 30смещенное относительно нуля на величину опорного напряжения, поступает на вход схемы 9 выборки-хранения,которая запоминает величину напряжения (фиг, 4 е) пилообразной форьы 35в момент прихода на ее управляющийвход короткого положительного импульса (фиг, 4 г) от дифференциатора14 и сохраняет величину этого напряжения постоянной до момента прихода 40следующего импульса.Напряжение (фиг. 4 ж) с выходасхемы 9 выборки-хранения поступаетна один из двух входов сумматора11 и параллельно - на вход интегратора 10, выход которого соединен сдругим входом сумматора 11, На входе интегратора 10 пропорционально. постоянной интегрирования возникает возрастающее напряжение припоявлении на его входе положительного напряжения, постоянно спадающее напряжение - при отрицательномнапряжении на его входе и не меняющееся,напряжение при нулевом напряжении на входе интегратора 10. Сумматор 11 складывает выходные напряжения схемы 9 выборки-хранения(фиг. 4 ж) и интегратора 10 (фиг. 4 з).Напряжение (фиг,.4 и) с выхода сумматора 11 поступает,на вход усилите Оля 12 мощности и далее - на электродвигатель 1, замыкая контур регулирования.Величина опорного напряженияисточника 8 определяет настройку 65 замкнутого контура регулированияна номинальную частоту вращенияэлектродвигателя 1.При установлении меньшей величины опорного напряжения от источника8 постоянного тока, чем та, котораяопределяет номинальную частоту вращения электродвигателя, величинапостоянной составляющей напряжения(фиг, 4 ж) на выходе схемы 9 выборки-хранения дискретно увеличится,напряжение (фиг, 4 з) на выходе интегратора 10 постоянно возрастает,что приводит к постоянному возрастанию напряжения на выходе сумматора 11 и усилителя 12 мощности(фиг. 4 н, к). При возрастании напряжения, подаваемого на электродвигатель 1, его.частота вращения увеличивается, и соответственно уменьшаются время задержки сзс, междупоследовательностями имйульсов(фиг. 4 а, б) на выходах таходатчиков2 и 3 н напряженйе (фиг, 4 ж) на выходе схемы 9 выборки-хранения, Придостижении уровня выходного напряжения схемы 9 выборки-хранения, равно"го нулю, интегратор 10 прекращаетинтегрирование, его выходное напряжение сохраняется постоянным, исоответственно сохраняются постоянными напряжение, подаваемое от усилителя 12 на электродвигатель 1, ичастота вращения последнего,При установлении большей величины опорного напряжения происходитобратный процесс.Стабилизация частоты вращенияэлектродвигателя осуществляетсяследующим образом,При воздействии внешних факторов, например при увеличении моМента нагрузки Мд рэлектродвигателя 1или при уменьшейии напряжения егопитания, уменьшается частота вращения электродвигателя 1, частота следования импульсов (фиг. 4 а,б) навыходах таходатчиков 2 и 3 и частота запуска генератора. б (фиг. 4 д),а время задержки йщ межцу последовательностями коротких импульсов(фиг. 4 в, г) на входах дифференциаторов 14 и 5 увеличится. Так какскорость линейного нарастания пилообразного напряжения (фиг, 4 д) навыходе генератора б остается неизменной при изменении частоты егозапуска дифференциатором 5, а промежуток времени между запуском генератора б и моментом запоминаниятекущего значения пилообразногонапряжения (фиг. 4 е) схемой 9 выборки-хранения, определяемого моментом прихода импульса (фиг. 4 г) отдифференциатора 14 на ее управляющий вход, увеличится, таким образомна выходе схемы 9 уровень напряжения (фиг. 4 ж), обратно пропорцио7 1053нальный отклонению от номинальнойФактической частоты вращения, дискретно увеличится, На выходе интег.ратора 10 напряжение (фиг. 4 з) начинает постоянно возрастать,.что приводит к возрастанию напряжения на 5выходе сумматора 11 и. усилителя 12мощности (фнг. 4 и, к). При возрастании напряжения, подаваемого наэлектродвигатель 1, его частота вращения увеличивается, преодолевая10сопротивление момента нагрузки, исоответственно .уменьшаются время задержки с между последовательнос. тями импульсов (фиг. 4 а, б) на .вы.ходах таходатчиков 2 и 3 и напря-.жение (фиг. 4 ж) на выходе схемы 9выборки-хранения.При достижении выходным напряжением схемю 9 уровня, равного нулю,т,е, при совпаденйи фактическойи номинальной частот вращения, выходные напряжения интегратора 10 исумматора 11, напряжение, подаваемое на электродвигатель 1 от усилителя 12, и частота вращения электродвигателя 1 сохраняются постоянными,При уменьшении момента нагрузкиэлектродвигателя 1, приведшем кувеличению его частоты вращения,произойдет обратный процесс, при 30котором напряжение, подаваемое на,электродвигатель 1, будет снижатьсйдо момента совпадения фактическойи номинальной частот вращения электродвигателя. 35Таким образом, замкнутый контуррегулирования 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 враще"ния с ошибкой, стремящейся к нулю.При работе устройства (фиг. 2)сравнение с опорным напряжениемпрямо пропорционального времени задержки между последовательностями247 8 импульсов на восходах таходатчиков2 и 3 осуществляется на выходе схе.мы 9 выборки-хранения обратно пропорционально фактической частотевращения электродвйгателя 1,.а отличие от нуля выходного напряжения схемы пропорционально отклонению с обратнымзнаком фактической частоты вращения от номинальной,Приработе устройства (фиг, 3)напряжение на выходе схемы 9 выборки-хранения прямо пропорциональноевремени задержки между последовательностями импульсов задержки,между последовательностями импульсов на выходах таходатчиков 2 и 3,суммируется с выходным напряжением интегратора 10, на вход которо"го 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 частоте 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, регистрирующихфактическую частоту вращения электродвигателя 1, а также ее отклонение от номинальной.Технический эффект предлагаежх устройств обусловлен значительно более высокой точностью стабилизации частоты вращения электродви гателя, Так, например, изменение момента нагрузки, которйй обуславлива-.ет в известном устройстве отклонение фактической частоты вращения от.номинальной на величину, равную 1%,в предлагаемых устройствах не превышает 0,05.ВНИИП Филиа аказ 8897/54 Тираж 687 Подписное ПП фПатент ф, г. Ужгород,ул. Проектная,