Следящая система переменного тока

Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано в приборах и устройствахразличного назначения со следящимисистемами переменного тока с ограниченным углом поворота выходного вала.Известны следящие системы переменного тона, в которых при достижениивыходным валом предельного положения"границы рабочей зоны, запасенная кине Отическая энергия системы расходуется на преодоление момента трения,и система останавливается Г 13, 1 33и 4 .Недостатком таких следящих систем 15является зависимость величины выбегаот момента трения величины статического момента.Наиболее близквй по техническойсущности к предлагаемой является сис тема, в которой ограничение угла поворота выходного вала осуществляетсяза счет коммутации опорного напряжения на управляющих .входах транзисторных ключей, подключенных к усилителюмощности, в результате чего при срабатыванни соответствуюцего концевоговыключателя усилитель становитсянечувствительным к сигналу даннойфазы, а сигнал противоположной фазыусиливает, как обычный усилитель 2.В этой системе при достижениивыходным валом границы рабочей зонысрабатывает соответствующий концевойвыключатель, обмотка управления исполнительного двигателя обесточивается,поскольку усилитель становится нечувствительным к сигналу данной фазы,и система останавливается за счеттрения в механизме, в то время, каквходной вал может продолжать движение за пределы рабочей зоны и приего возврате в рабочую зону системавосстанавливается.Торможение и остановка системы тольтолько эа счет момента трения в механизме приводит к запаздыванию полной остановки выходного вала системыпо отношению к моменту срабатыванияконцевого выключателя, т.е. приводитк выбегу системы, величина которого,зависит от скорости системы и эффективности торможения,Наличие выбега системы приводитк необходимости сужения рабочей ирасширения запретной зоны, системы,Это объясняется тем,что запретнаяэона системы ограничивается механическими упорами и для избежания ударов и поломки механизма концевыевыключатели должны устанавливатьсяс учетом выбега, который в реальных 60системах составляет несколько градусов,На величину выбега .существенноевлияние 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 напряжения на обмотку управления продолжает работать, как обычный однофаэный двигатель.Цель изобретения - повышение точности уменьшения выбега следящей системы, исключение самохода двигателя.Для доствкения поставленной цели4 в следящую систему переменного тока, содержащую асинхронный двухфазныйдвигатель, 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 усилительи второй трансформатор к входамдвухтактного 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 системы 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 второй б концевые выключатели, первичные обмотки 7 и 8 первого трансфор-матора 9, источник 10 опорного напряусилителя мощности совпадает по фазес.опорным напряжением, т.е. в положительный полупериод опорного напряжения верхний транзистор 19 усилителя мощности 18 открыт, а нижний 20 жения, обмотка возбуждения 11 асинхронного двухфазного двигателя,приемник 12 иэмерительно-преобразовательного блока 13, датчик 14,входной 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, четвертый 26 ключи, вторичные обмотки 27- 30 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 вторичные обмотки трансформатора 9 подклю.чены к управляющим выводам ключей 25 и 26 таким образом, что при сра,батывании любого из концевых выключателей 5 и б э 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 влияютна работу усилителя мощности, 18,ключи 25 и 26 также закрыты и неоказывают влияния на работу следящей системы. При вращении входного вала 15 почасовой стрелке сигнал на входе закрыт, выходной вал также вращается 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 полупериодОопорного напряжения открыт нижний ,транзистор 20 усилителя мощности 18, а верхний транзистор 19 закрыт,выходной вал вращается также противчасовой стрелки и ведет системук второму 8 концевому выключателю,Пусть выходной вал отслеживания за положением входного 15 вращается 5 10 . 1520 25 3035 40 45 50 55 60 65 по часовой стрелке и ведет систему к первому 7 концевому выключателю. Б этом случае в положительный полу- период 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 источник 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 окаэы 103556230 вается включенным согласно для полярности наведенного в данный полу- период 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 на его 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 2 открывается ключ 25, в результате чего обмотка управления 22 двигателя 1 оказывается шунтированной этим транзистором,поскольку соединенный с ним диод включен согласно для полярности наведенного в обмотке управления напряжения в отрицательный полупериод опорного напряжения (верхний вывод обмотки управления 22 двигателя 1 имеет положительный потенциал )Таким образом, при срабатывании первого концевого выключателя 7 в оба полупериода опорного напряжения сигнал с выхода предварительного усилителя 16 не оказывает воздействия 35 наусилитель 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 вается именно тот транзистор, диод которого включен согласно для поляр-"ности напряжения на обмотке управления в данный полупериод.В результате замыкания ключей 50 25 и 26 по обмотке управления 22 двигателя 1 протекает ток, создаю" щий 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 1- 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, вращаясь уже против часовой стрелки, б 5 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 открыт 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 напря" жения, 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 следующий (отрицательный) полу- период 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 его против часовой стрелки, от предельного положения в сторону рабочей зоны, Первый концевой выключатель 7 устанавливается в исходное 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, врезультате чего фазы управляюцих напряжений на входах первого 23 и второго 24 ключей, а также на ключах 25 и 26 смещены 10 на полпериода по сравнению с первым (замкнут концевой выКлючатель 7) случаем, что находится в соответствии с изменившейся фазой сигнала на выходе предварительного усилите ля 16. В этом случае система устанавливается на концевой выключатель и снимается с него аналогично описанномуУстановка ключей 23 и 24 на входаМ 20 усилителя мощности 18 приводит к тому, что при срабатыванин концевого выключателя на входах упомянутого усилителя остается сигнал, равный величине остаточного напряжения насы ценного транзисторного ключа, что в свою очередь приводит к появлению на выходе усилителя мощности 18 напряжения, значение которого равно произведению остаточного сигнала на входе усилителя моцности 18 на коэффициент его усиления.Следящая система, в которой уменьшение выбега систеьаю осуществляется за счет коммутации пульсирукцего питающего напряжения, представлена З 5 на фиг.2.Питание подключенной к транзис- торам усилителя мощности 18 обмотки. управления 22 двигателя 1 в исходном состоянии, Осуцествляется 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, посколькув каждый период опорного напряженияна его первичных обмотках происходит вычитание равных по величинедвух напряжений,При срабатывании соответствующего концевого выключателя питающеенапряжение в каждый полупериод подводится через обмотку управленияк тому транзистору усилителя моцности 18, который закрыт входным сигналом, вследствие чего ток черезобмотку управления не протекает,. Одновременно на первичной обмоткетрансформатора появляется напряжение, которое трансформируется во вторичные обмотки и подается на управ-.ляющие входы ключей 25 и 26. Фазыэтих напряжений подобраны так, чтопроводящие состояния транзисторовсоответствуют полярностям в каждыйполупериод навоцимого в обмотке управления напряжения, что приводитк шунтированию обмотки управления,так же, как в системе .на Фиг.1.Таким образом, использование подключенных параллельно обмотке управления исполнительного асинхронногодвигателя, транзисторно-диодных цепейпозволяет при достижении выходнымвалом границы рабочей эоны осуществлять дополнительное торможениесистемы эа счет фазочувствительногоблокирования обмотки управления упомянутыми транзисторно-диодными цепями.Предлагаемая система может бытьиспользована, например, в приводахнаведения телескопов, визирных уст-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 Бокщан Н. Шв Реда иал ППП фПатентф, г. Ужгород, ул. Проектная Заказ 5831/48 ВНИИПИ Госуд по делам 113035, Иоск