Устройство для измерения угловой скорости якоря электрических машин постоянного тока

 

О П И С А Н И Е (iul002965

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву(22)Заявлено 08.12.80 (21) 3214873/18-10 (51)NL. Кл.

6 01 P 3/481 с присоелинением заявки № 3214888/

/3214889/18-10 (23) Приоритет

Гееударствеаый камктат

СССР кв аевам кзебратеккй и втхрытий

Опубликовано 07.03.83. Бюллетень ¹ 9

Дата опубликования описания 07.03. 83 (5З) УДК 531 ° 77 (088.8) (72) Авторы изобретения!

О.A.Êîðoòêîâ, В.И.Градусов и А.А,Коротков ( г, Всесоюзный научно-исследовательский проеЮно----=конструкторский и технологический институт электросварочного оборудования (71) Заявитель (54} УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ

ЯКОРЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА от I до9 с(3).

Изобретение относится к технике контроля и регулирования и может

1 быт ь испол ьзо вано для измерения скорости в системах регулирования, стабилизации и индикации скорости.

В настоящее время наиболее широко используются для измерения скорости различного рода датчики и. устройства, подключенные к двигателям 1 3 и (2), Однако данные устройства требуют механической связи с контролируемым объектом, Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для контроля скорости двигателя; в котором с разделительного трансформатора из цепи, питающей якорь двигателя постоянного тока, на вход формирователя (вход устройства) по1 ступают пульсации переменного тока.

Выход формирователя соединен с входом запоминающего устройства, выходная цепь которого связана со схемой индикации скорости. На вход блока синхронизации поступает двухполупериодное выпрямленное переменное напряжение. Выход этого блока соединен с входом таймера, выходная цепь которого связана с управляющим входом одновибратора. Один выход одновибратора подключен к цепи переноса счетчика импульсов запоминающего устройства, а другой - к выходной цепи устройства обновления информации, причем выход последнего соединен с входом очистки запоминающего устройства.. Датчик позволяет измерять и индицировать интегральное значение угловой скорости якоря двигателя постоянного тока, при этом запаздывание в системе измерения может составлять

3 . 100296

Недостатками устройства являются невысокая точность измерения угловой скорости иэ-за размагничивающего действия реакции якоря (преимущественно для электрических машин малой мощности), низкое быстродействие из-за бол ьшого пери ода измерения у гловой скорости, узкая область применения из-эа большого запаздывания в системе измерения, что исключает его ис- 1в пользование в устройствах автоматического управления для регулирования и стабилизации угловой скорости.

Целью изобретения является повышение быстродействия, точности измерения и расширение области применения.

Поставленная цепь достигается тем, что в устройство, содержащее формирователь импульсов, подключенный к якорной цепи электрической машины, первое запоминающее устройство, индикатор и блок синхронизации, подключенный к цепи питания электрической машины, введены ключевая схема, второе запоминающее устройство и коммутатор, при этом вход ключевой схемы подключен к выходу формирователя, выходы ключевой схемы — к информационным входам первого и второго запоминающих устройств, их выходы через коммутатор подключены к индикатору, второй вход блока синхронизации подключен к выходу формирователя, выходы блока синхронизации - к управляющим

35 входам первого и второго запоминающих устройств и коммутатора.

Причем в устройство введены одновибратор и схема логического умножения, при этом вход одновибратора и первый вход схемы логического умножения подключены к выходу формирователя, второй вход схемы логического умножения - к выходу одновибратора, а выход схемы логического умноженияк входу ключевой схемы.

Кроме того, с целью уменьшения влияния индуктивности цепи якоря в устройство введены одновибратор, счетчик импульсов и схема совпадения, при этом вход одновибратора подключен к выходу формирователя, вход счетчика импульсов и первый вход схемы совпадения соединены с выходом одновибратора, второй вход схемы совпадения подключен к выходу счетчика импульсов, а выход схемы совпадения соединен с входом ключевой схемы.

5 4

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для измерения угло- вой скорости якоря электрических машин постоянного тока, на фиг. 2 и 3структурные схемы модификаций этого устройства, на фиг, 4-б - диаграммы работы отдельных узлов устройства, на фиг, 7 - зависимости, поясняющие принципы построения устройства и отдельных его блоков.

Устройство (фиг. 1) содержит формирователь 1 импульсов, выход которого соединен с входом блока 2 синхронизации и входом ключевой схемы 3.

Одна выходная цепь ключевой схемы 3 связана с информационным входом запоминающего устройства 4, а другая - с информационным входом запоминающего устройства 5. Выход запоминающего устройства 4 подключен к одному входу коммутатора 6, а выходная цепь запоминающего устройства 5 соединена с другим входом коммутатора 6, выход которого связан с входом блока 7 индикации. При этом один выход блока 2 синхронизации соединен с управляющим входом запоминающего устройства 4, второй — с разрешающим входом коммутатора 6 и третий - с управляющим входом запоминающего устройства 5.

Устройство (фиг. 2) дополнительно

1 содержит одновибратор 8 и схему 9 логического умножения, которые включены между формирователем 1 импульсов и ключевой схемой 3. При этом выход формирователя 1 импульсов соединен с входами блока достоверности информации, одновибратора 8 и схемы 9 логического умножения. Выходная цепь одновибратора 8 связана с другим входом схемы 9 логического умножения, выход которой подключен к входу ключевой схемы 3.

Устройство (фиг. 3) дополнительно содержит одновибратор 8, счетчик

10 импульсов и схему 11 совпадения, которые включены между формирователем 1 импульсов и ключевой схемой 3.

При этом выход формирователя 1 импульсов соединен с входами блока 2 синхронизации и одновибратора 8. Выходная цепь одновибратора 8 связана с входом счетчика 10 импульсов и одним входом схемы 11 совпадения.

Выход счетчика 10 подключен к другому входу схемы 11 совпадения, выходная цепь которой соединена с входом ключевой схемы 3.

1002

Устройство (фиг. 1) работает следующим образом, На йход формирователя 1 импульсов подается напряжение с зажимов якоря электрической машины постоянного то- 5 ка (фиг. 4 в). Оно включает в себя переменную составляющую зубцовых пульсаций противо-ЭДС. С помощью формирователя 1 импульсов этот сигнал преобразуется в импульсы прямоугольной формы (фиг. 4 с), после чего поступает на входы блока 2 синхронизации и ключевой схемы 3.

Для определения полных импульсов .зубцовых пульсаций на другой вход блока синхронизации подается двухполупериоднре выпрямленное напряжение (фи r. 4 а), Зубцовые пульсации противо-ЭДС не синхронизированы с частотой пи- 20 тающей сети и определяются средним значением напряжения на якоре двигателя и моментом нагрузки на валу якоря, а также индуктивностью якорной цепи (фиг, 4 в), Информация о 25 частоте вращения якоря содержится и однозначно определяется длительностью импульсов зубцовых пульсаций противо-ЭДС, которая может быть искажена или отсутствовать вообще при 30 кратковременных перегрузках электрической машины. Необходимые данные об угловой скорости якоря в данном полупериоде питающего напряжения могут быть получены лишь при условии, если имеется по крайней мере три импульса зубцовых пульсаций, тогда длительность среднего импульса однозначно определяет частоту вращения якоря в текущий момент времени.4О

Чтобы исключить потерю информации блок 2 синхронизации по заднему фронту первого импульса с формирователя 1 в данном полупериоде питающего напряжения вырабатывает разрешающий сигнал, который поступает на управляющий вход запоминающего устройства 4 или запоминающего устройства 5 в зависимости от ситуации, сложивщейся в данный момент времени. Т.е. если в предыдущем полупериоде достоверная информация посред. ством ключевой схемы 3 и разрешающе" го сигнала иэ блока 2 синхронизации была записана в запоминающем устрой55 стве 4, то длительность следующего импульса эубцовой пульсации заносится в запоминающее устройство 5. Дан6 ные на выходе блока 7 индикации соответствуют длительности импульса, записанной в запоминающем устройстве 4.

Обновление информации производит" ся лишь по команде на управляющий вход запоминающего устройства 4 иэ блока 2 синхронизации после того, как определяется передний фронт следующего импульса. Если в данном полупериоде этого не произошло, данные о частоте вращения якоря, записанные в запоминающем устройстве 5, считаются не действительными и стираются, В этом случае информация о длительности импульса, записанная ранее в запоминающем устройстве 4, сохраняется на входе блока 7 индикации и считается достоверной до появления новой информации. Если же следующий импульс в данном или следующем полупериоде питающего напряжения оказался полным и записан в запоминающем устройстве 5, старая информация из запоминающего устройства

4 стирается и на вход блока 7 индикации, по команде из блока 2 синхронизации на разрешающий вход коммутатора 6, поступает новая информация.

Такая и подобные ей ситуации являются обычными при работе электрических машин постоянного тока от вентильных преобразователей при работе их на противо-ЭДС и индуктивную на" грузку. В большинстве случаев электрические машины постоянного тока ра" ботают в режиме прерывистых токов, что облегчает выделение зубцовых пульсаций в те моменты времени, когда вентильный преобразователь закрыт и электрическая машина работает в генераторном режиме. Кроме того, кинетическая энергия маховых масс на валу якоря не позволяет за один-два полупериода питающего напряжения значительно уменьшиться угловой скорости" якоря. На фиг. 7 приведены зависимости, характеризующие принципы построения устройства.

Зависимость Ill (фиг. 7) характеризует связь между длительностью зубцовых пульсаций и частотой вращения якоря электрической маШины, Она описывается выражением

10029 где Т вЂ” текущее значение длительности импульсов зубцовых пульсаций на выходе коммутатора 6;

К - коэффициент пропорционально- 5

1 сти, n - угловая скорость якоря.

Такая зависимость между частотой вращения якоря и сигналом на выходе устройства оказывается неудобной при исследовании в системах измерения, управления и стабилизации частоты вращения.

Поэтому блок 7 индикации, помимо информационных функций, зависимость вида (1) приводит к выражению ъ где Т - длительность импульсов, соот в ветствующая минимальной частоте вращения якоря n, К - коэффициент пропорциональности .

Устройство, структурная схема которого приведена на фиг. 2, а диаграмма работы отдельных узлов на фиг. 5, функционирует следующим образом (при описании остановимся лишь на отличии в работе ра ссматри ваемой модифи кации устройства от основного варианта), Включение между формирователем 1 импульсов и ключевой схемой 3 дополнительно одновибратора 8 и схемы 9 логического умножения, позволяет упростить устройство,т.е. исключить функ«35 цию преобразователя в блоке 7 индикации (фиг, 2) зависимости (1) к виду (2) и возложить эти функции на одновибратор 8 и схему 9 логического умножения. Это происходит следующим образом. С выхода формирователя 1 импульсы (фиг. 5 е) поступают на входы блока 2 синхронизации, одновибратора

8 и схемы 9 логического умножения.

Для определенности положим, что импульс зубцовой пульсации в данном полупериоде оказался полным. Передним фронтом этого и любого другого импульса допускается одновибратор 8 на вре50 мя, равное длительности импульсов зубцовых пульсаций То„, соответствующих минимальной частоте вращения якоря и „(фиг. 5 d). В этот же момент временй нв один вход схемы 9 логического умножения поступает импульс зуб«55 цовой пульсации, а на другой входсигнал с выхода одновибрвтора 8. В результате логического умножения этих

65 8 двух си гнало в зависимость вида (1 ) приводится к выражению (2) . Ход дальнейших рассуждений прежний и разница лишь в том, что дальнейшие операции в устройстве производятся со скорректированными длительностями зубцовых пуль сац ий (фи г. 5 h) .

Такой подход к решению поставленной задачи позволяет за счет некоторого увеличения периода измерения частоты вращения реализовать устройство на логических элементах и исключить преобразования зависимости (1) к выражению (2) блоком 7 индикации.

На фиг, 3 приведена структурная схема следующей модификации устройства. Она дополнительно включает в себя одновибратор 8, счетчик 10 импульсов и схему 11 совпадения, которые включены между формирователем

1 импульсов, и ключевой схемой 3, Они предназначены для уменьшения погрешности измерения угловой скорости якоря, вносимой индуктивностью якорной цепи при перегрузках электрической машины. Для чего в качестве информационной единицы используется период изменения зубцовой пульсации (фиг. 6. 1) .

Устройство работает следующим образом.

Задним фронтом каждого импульса с формирователя 1 импульсов (фиг,6 !) запускается одновибратор 8 на время, необходимое для переключения счетчика 10 импульсов. При этом на один вход схемы 11 совпадения поступает сигнал с выхода одновибратора 8 (фиг. 6 k), а на другой - информация с выхода счетчика 10. В результате суммирования сигналов, на выходе схемы 11 совпадения получаем импульсы (фиг. 6 E) соответствующие периоду измерений зубцовых пульсаций. Механизм записи информации и ее обновления остался прежним, как в основном устройстве. Отличие от предыдущих устройств измерения заключается в том, что для измерения частоты вращения якоря используется период изменения зубцовых пульсаций (фиг. 6 8), а началом отсчета информации являются задние фронты импульсов зубцовых пульсаций.

Предлагаемые устройства могут быть использованы в системах автоматичес.кого регулирования и стабилизации

9 1002 частоты вращения якоря электричеСких машин постоянного тока, а также для компенсации неоинейностей управляющей системы,.

5 формула изобретения

1. Устройство для измерения угловой скорости якоря электрических ма- 10 шин постоянного тока, содержащее формирователь импульсов, подключенный к якорной цепи электрической машины, первое запоминающее устройство. ин-. дикатор и блок синхронизации, под- 1з ключенный к цепи питания электрической машины, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения области применения, в устройство введены клю gp чевая схема, второе запоминающее устройство и коммутатор, при этом вход ключевой схемы подключен к выходу формирователя, выходы ключевой схемык информационным входам первого и 2s второго запоминающих устройств, их выходы через коммутатор - к индикатору, второй вход блока синхронизации - к выходу формирователя, выходы блока синхронизации - к управляю- gp щим входам первого и второго запоминающих устройств и коммутатора.

2. Устройство по и. 1, . о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

965 10 повышения точности измерения, в устройство введены одновибратор и схема логического умножения, при этом вход одновибратора и первый вход схе" мы логического умножения подключены к выходу формирователя, второй вход схемы логического умножения - к выходу одновибратора, а выход схемы логического умножения - к входу ключевой схемы.

3. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения влияния индуктивности це"" пи я коря, в устрой ст во введены одновибратор, счетчик импульсов и схема совпадения, при этом вход одновибратора подключен к выходу формирователя, вход счетчика импульсов и первый,вход схемы совпадения соединены с выходом одновибратора, второй вход схемы совпадения подключен к выходу счетчика импульсов, а выход схемы совпадения соединен с входом ключевой схемы.

И сточни ки и нформаци и, принятые во внимание при экспертизе

1. Агейкин Д.И. и др. Датчики контроля и регулирования. И., 1965, с. 456-484.

2. Авторское свидетельство ССОР

М 162227. кл, G 01 Р 3/48. 1962.

3. Патент Великобритании

М 1446501, кп. G 01 Р 3/54, 1976 (прототип}, 1002965

1002965

1002965

7ф Агу

Ююв

ВНИИПИ Заказ 1539/26 Тираж 871 Подписное филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4