CC BY
10
Том 211
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
1970
СИСТЕМА ТОЧНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Ю. М. АЧКАСОВ, Б. А. ЗАХАРОВ, В. Н. СОРОКИН
(Представлена научно-техническим семинаром НИИ АЭМ при ТПИ)
Развитие техники, появление новой техники в ряде производств предъявляют повышенные требования в отношении точности отработки заданной скорости. В частности, в химической промышленности при получении тонких пленок и волокон, геофизической аппаратуре, приборостроении, кино-аппаратостроении, станкостроении, бумагоделательном производстве требуется, чтобы в течение длительного времени отклонение скорости от заданного значения не превышало 0,01 0,001%. Для высокоточных приводов наиболее целесообразно применение электродвигателей переменного тока с частотным регулированием скорости.
Рис. 1.
В НИИ АЭМ разработана система высокоточной стабилизации скорости электропривода с использованием синхронно-реактивного двигателя (СРД), рис. 1, 2.
В этой системе заданное значение частоты с высокой точностью формируется инвертором на тиристорах Т16, Т17 под воздействием сигналов, поступающих от высокостабильного задающего кварцевого генератора (КГ). Необходимая дискретность сигналов получается в делителе частоты (ДЧ) на триггерах. Блок управления инвертором (БУИ) формирует управляющие импульсы необходимой амплитуды и длительностью 180°. Однофазный инвертор (И) и схема управления получают питание от стабилизированного источника постоянного напряжения (СИП). Для поддержания постоянства перегрузочной способности двигателя выходное напряжение инвертора изменяется за счет отпаек вторичной обмотки трансформатора ТР3 согласно
отношению-у = const.
Исполнительный СРД изготовлен на базе серийного асинхронного однофазного двигателя типа АОЛБ—31—2.
Схема управления инвертором обеспечивает получение переменных напряжений трех частот: / = 100 гц, ' = 50 гц, ' = 25 гцу соответствую-
щих требуемым скоростям вращения двигателя: п = 6000 об/мин; п ~ = 3000 об/мин\ п = 1500 об/мин. Принцип работы схемы управления инвертором можно объяснить, рассмотрев временные диаграммы на рис. 3. Прямоугольное напряжение частоты 1000 гц с выхода делителя частоты кварцевого генератора (а) делится на пять мультивибратором на транзисторах Т2, в результате чего на выходе частота равна 200 гц (б). Выходные
и.
кг
Й
с
л
Рис. 3.
разряд С&
\ А х/
—1=1- —Я- п
1 1 —4 1 4 1-
и и и
Рис. 4.
импульсы напряжения мультивибратора с помощью трех триггеров на транзисторах Т3, Т4, Т5, Т 6, Т7, Т 8 преобразуются в импульсы частоты 100 гц (в), 50 гц (г), 25 гц (д). Необходимая частота задается переключателем П, при этом выходной импульс через эмиттерный повторитель на транзисторе Т9 синхронизирует усилитель прямоугольного напряжения (транзистор Тх ), который управляет двухтактным усилителем мощности (транзисторы Тп, Т12) с трансформаторным выходом. На управляющие электроды тиристоров подаются импульсы управления (ж, з) с выходных обмоток трансформатора ТР2. Определенный интерес представляет мультивибратор (Т1т Т10), эпюры напряжений в нем при работе в автоколебательном режиме приведены на рис. 4, а при работе в рериме деления частоты на рис. 5.
а
U.
КГ
шшшяшшшшмшшшиш % i t
t
тл)
WJ
t
Рис. 5.
Делитель частоты на пять выполнен на основе мультивибратора, синхронизированного кварцевым генератором. Мультивибратор в автоколебательном режиме работы обладает повышенной стабильностью частоты за счет того, что времязадающий конденсатор С2 включен в цепь эмиттера, поэтому величина неуправляемого тока транзистора в этом случае значительно меньше влияет на скорость перезаряда конденсатора С2. Собственную частоту мультивибратора можно изменять, меняя величину сопротивлений
Мультивибратор без синхронизирующего генератора работает следующим образом.
Через сопротивление И 5 подается отрицательное смещение на базу, и Т2 находится в режиме насыщения. Эмиттерный ток транзистора Т2 создает падение напряжения на сопротивлениях К 8 и И 7, которое запирает X^. Как только отрицательный потенциал на минусовой облакладке С2 станет больше минусового потенциала эмиттера транзистора Т15 последний откроется и конденсатор С2 будет разряжаться по цепи: И 8, I? 7, эмиттерно-базовый переход 7\, И2. Транзистор Т2 будет закрыт падением напряжения на И6. После разряда С2 Т! закроется, а Т2 откроется, и цикл повторится заново.
Временные диаграммы (рис. 4) поясняют работу мультивибратора, где I]с — изменение напряжения на конденсаторе С2, иб1— изменение напряжения на базе транзистора Тг,
U
62
изменение напряжения на базе транзистора Т2,
и у (Ц о, И 7) — падение напряжения на и при открытом транзисторе Т1(
и2 (И 8, И 7) — при открытом Т2, Ивых. — выходное напряжение с транзистора Т.,.
Необходимым условием работы данного делителя частоты является то, что собственная частота мульти вибратора /м меньше, чем частота кварцевого генератора /г, тогда под воздействием синхронизирующего имупльса (рис. 5) происходит принудительное опрокидывание схемы. Так, дифференцированные входные импульсы накладываются на напряжение 1 < бх (Б), в результате в момент времени открываается Т1 и закрывается Т2. Схема настраивается за счет так, что запирание Т2 происходит после
пятого синхроимпульса. Таким образом, в данном делителе частоты происходит синхронизированное открытие и закрытие Тх, за счет чего достигается высокая стабильность частоты деления.
Частоту выходных импульсов делителя можно менять за счет изменения длительности перезаряда С2 и амплитуды входных импульсов. Наиболее
целесообразно изменять коэффициент деления К = (где /вых — часто-
/ г
та выходных импульсов делителя) от 1 -ь 6 — изменением длительности заряда С2, а при большем К необходимо менять не только время заряда С2, но и амплитуду входных импульсов. Величина емкости С2 определяется
С =_
2 /г '
Длительность выходного импульса ¿и определяется длительностью разряда С2
К = (К 8 + т 1^2)-Температурная нестабильность в данном делителе зависит от величины сопротивлений Я 8, И 7, поэтому не следует их брать менее 100 ом.
Использование высокостабильного источника питания, мультивибратора с времязадающим конденсатором в цепи эмиттера, полная синхронизация открытия и закрытия транзисторов способствуют стабильности деления частоты, а отсутствие хронирующих емкостей делает выходные импульсы с крытыми фронтами не более 5 мксек для транзисторов МП16.
Точность поддержания скорости для СРД определяется по формуле:
__ Д о) _ 2 яД / 2 л /3 Д /3 ,-,
где
/3 — заданное (истинное) значение частоты питания двигателя; А/з —■ отклонение частоты от заданного значения; Р — число пар полюсов двигателя.
А
фициент делителя частоты.
Тогда относительная погрешность разомкнутой системы будет выражаться:
»з^±^' + т—=±бг+б1;м. (2)
/г 1 мин
Относительная погрешность задающего генератора равна 1-10~6. Максимальная относительная погрешность тракта коммутации, включая инвертор, рассчитывается по формуле
^км = г- = ^з " /зм (3)»
1 мин
А1 — максимальный разброс во времени переключения одного их ти-ристов инвертора, согласно испытаний А1 = 1 мксек.
/зм — максимальное значение частоты питания двигателя.
Частота /3 определяется выражением /3 = , где — общий коэф-
Таблица 1
п об/мин
V* (%)
I (гц)
Примечание
6000 3000 1500
0,0099 0,0049 0,0024
100
50 25
= 16 • 103 гц
Д/= 1 мк сек
Расчетные значения погрешностей, вычисленные по формулам (2—3), приведены в табл. 1. Из расчета видно, что для диапазона регулирования, равного 4, система обеспечивает поддержание среднего значения скорости с относительной погрешностью л>3 ^ 0,01%. Практическая проверка точности поддержания скорости подтвердила справедливость расчета по формулам (2—3).
1. Ю. М. А ч к а с о в, Б. А. Захаров. Электропривод переменного тока с прецизионной стабилизацией скорости. Доклады VI научно-технической конференции по вопросам автоматизации производства. Том II. Под общей редакцией А. И. Зайцева. ТГУ Томск, 1969.
2. Л. М. Регельсон, А. В. Кузнецов, А. П. Пятибратов. Импульсная техника. МГУ, 1967.
3. Ф. Джентри, Ф. Гутцвиллер, Н. Голоняк, Э. фон 3 а с т р о в. Управляемые полупроводниковые вентили. *<Мир», Москва, 1967.
ЛИТЕРАТУРА
