CC BY
12
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 262
1973
СИСТЕМА ЧАСТОТНОГО РЕВЕРСИРОВАНИЯ СИНХРОННО-ГИСТЕРЕЗИСНОГО ГИРОДВИГАТЕЛЯ
Б. П. СОУСТИН, Ю А. ШУРЫГИН
(Представлена научно-техническим семинаром НИИ АЭМ)
Современные достижения в технике развития подвижных аппаратов для космических, научных, военных и хозяйственных целей ставят высокие требования к системам инерциальной навигации. Для уменьшения некоторых стационарных и случайных ошибок используются различные автокомпенсационные методы, например, реверсирование кинетического момента Н [1]. При работе на участке 1\—/2 (рис. 1) Н дол-
жен иметь высокую стабильность (до 0,005°/0). Участок реверсирования /2—¿5 необходимо получить минимальным при неизменных потерях. Эти условия могут быть реализованы только при использовании статических преобразователей с частотным управлением, которые позволяют стабилизировать выходные параметры с высокой степенью точности и изменять их по любому закону вплоть до ступенчатого.
В цсследуемой системе управления синхронногистерезисным гиро-мотором статический преобразователь выполнен по принципу ступенчатой аппроксимации синусоидального напряжения [2], форма которого остается неизменной во всех режимах управления, и содержит только гармоники, кратные 12 при клирфакторе не более 11%. Низкие
гармоники напряжения 11 и 13 создают пульсирующий момент с 12-кратной частотой пульсации, который при большом моменте инерции ротора вызывает пульсации скорости порядка 0,0001% Постоянство гар-
\
ч
Рис. 1
монического состава предполагает постоянство потерь от высших гармоник по всему диапазону частот при стабилизации тока двигателя.
Блок-схема статического преобразователя представлена на рис. 2 и включает: ГПТ — генератор прямоугольных импульсов, ФТИ — формирователь тактовых импульсов, П — прерыватель, КПС — кольцевую пересчетную схему, Р и УМ — расширитель и усилитель мощности импульсов управления, И\ и И2 — инверторы напряжения, БВТ — блок выходных трансформаторов, ЗОСТ — звено обратной связи по току, РН—регулятор напряжения, НУВ — неуправляемый выпрямитель, ПрУ — про-
РиУМ 1
РиУМ 2
Jir[
гпн
2HJ
РиУМ 3
КПС '
—► Пр.У
кг
ует
РиУМ 4
РиУМ J 5
РиУМ J 6
И/
И2
■Of iT
сгд
бьт
h®
ч
РН
ъост —'
[ уст
НУЗ
Рис. 2
граммное устройство, КГ — кварцевый генератор. Центральным звеном преобразователя является задающий генератор ЗГ, состоящий из ГПИ, ФТИ, П, КПС, РиУМ и управляющий работой двух трехфазных мостовых инверторов напряжения со сдвигом в 30° эл. ГПИ выполнен по схеме магнитотрапзисторпого мультивибратора с частотой ± 12(Дf-т--s-ftf+Af). В ФТИ прямоугольное напряжение ГПИ преобразуется в тактовые импульсы, которые управляют кольцевой пересчетной схемой. Так как КПС выполнена на феррит-тиристорных ячейках, то для выключения тиристоров служит прерыватель П. Кольцевой счетчик состоит из 12 ячеек, выходное напряжение каждой ячейки представляет из себя узкий импульс с частотой в 12 раз меньше частоты ГПИ. Эти импульсы подаются на расширители, выполненные на симметричных триггерах с раздельным входом. На выходе расширителей формируются импульсы длительностью 180° со сдвигом относительно друг друга на 30°. Импульсы с П и УМ поступают на силовые транзисторы двух инверторов Hi и И2. Вторичные обмотки БВТ соединены так, чтобы суммировать разность напряжений двух фаз одного инвертора с напряжением одной фазы другого. На рис. 3 приведены осциллограммы напряжения и тока, снятые при частоте 500 гц. В функции канала стабилизации тока, состоящего из ЗОСТ и РН, обратная связь построена на принципе измерения средне-J. го значения. Импульсный регулятор ^ дает возможность менять напряжение неуправляемого выпрямителя НУВ в диапазоне от 0,1 Un до U n. В момент реверсирования умень-Рис. 3 шение частоты на А/ приводит к
15В
кратковременному броску тока, т. е. перевозбуждению двигателя, и возникновению дополнительного асинхронного генераторного момента. Далее частота статического преобразователя изменяется по такому закону, чтобы на участке t2—h Д/=const. Для сохранения линейности изменения скорости вращения ротора и поддержания постоянства потерь на участке /3—/4 используется динамическое торможение. На участке tA—15 происходит разгон в противоположную сторону. В момент ¿4 также происходит скачок частоты на величину Af, что способствует возникновению дополнительного асинхронного двигательного момента. В момент времени ¿5, когда скорость ротора достигнет номинальной, генератор прямоугольных импульсов ГПИ синхронизируется кварцевым генератором КГ с точностью поддержания частоты ±0,005%. Превышение частоты на Д/ над номинальной в момент ¿5, как показали экспериментальные исследования, уменьшает время вхождения в синхронизм. В режиме реверсирования стабильность тока статора ±1%.
Изменение частоты и переключения производится программным устройством ПрУ, функциональная схема которого приведена на рис. 4 и состоит из трех основных блоков: источника нарастающего напряжения, источника спадающего напряжения и узла коммутации. Частота ГПИ пропорциональна нарастающему (спадающему) напряжению, поступающему с программного устройства. Вырабатываются эти сигналы генераторами пилообразного напряжения ГПИ1 и ГПИ2. Отключение ПрУ (точка /ь рис. 1) при нарастании частоты до /yv+А/ происходит с помощью компаратора К, триггера Tri, усилителя У1ирелеР2. Эмит-терные повторители ЭП1 и ЭП2 служат для согласования выходного сопротивления ГПН с нагрузкой. С помощью резистора Rs(Re) можно изменять время нарастания (спадания) частоты в интервале от 30 сек до 10 мин. Линейность пилообразного напряжения достигается за счет заряда конденсатора постоянным током. Источник спадающего напря-
жения работает аналогично, но затем нарастающий сигнал инвертируется. К2, Тг2, У2 и Р1 осуществляют коммутацию схемы в момент времени ¿4 (рис. 1). Кнопки Кн1 и Кн2 служат для получения исходного состояния схемы, КнЗ — для запуска программного устройства. Триггер со счетным входом ТгЗ и реле РЗ осуществляют переброску фаз А и В при реверсировании.
Созданный макет статического преобразователя был испытан и показал высокие эксплуатационные качества.
ЛИТЕРАТУРА
1. Инерционная навигация. Под ред. К- Ф. О'Доннел а. «Наука», 1969.
2. В. Н. Ловушк'ин. Транзисторные преобразователи постоянного напряжения. «Энергия», 1967.
