Устройство для измерения скорости вращения асинхронного двигателя

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ , содержащее последовательно соединенные датчик измеряемой частоты и формирователь, а также генератор опорной частоты, перв15Ш делитель частоты, выход которого соединен с входом первого счетчика импульсов, и второй делитель частоты, последовательно соединенные блок вычитания импульсных последовательностей и второй счетиик импульсов, отличающееся тем, что, с целью упрощения 5 в устройство введены два элемента И, одновибратор,В -триггер , две группы импульсно-потенциальных элементов И, два элемента ИЛИ и блок сложения импульсных последовательностей , первым входом связанный с входом первого делителя частоты , с первым входом второго элемента И и с выходод первого элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, а второй вход связан с выходом формиIрователя и входом однрвибратора, выходом соединенного с входом установки нуля первого и второго счетчиков , первого -делителя частоты, ЛЗ-триггера, инверсным выходом связанного с его Л-входом и вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с входом второго делителя частоты, выходом свйзанного с синхронизирующим входомD-триггера, второй вход блока сложения импульсных последовательностей соединен с выходом второго элемента ИЛИ, а (Л выход - с су мируккцим входом блока вычитания импульсных последовательностей , управляющим входом соединенного с прямым выходом триггера, а вычитающим входом - с выходом первого элемента ИЛИ, объединяющего выходы первой группы импульсно-потен:циальных элементов И, импульсными входами связанных с потенциальными СО СГ) входами второй группы импульсно-потенциальных элементов И и выходами о разрядов первого счетчика в порядке возрастания номеров его разряда, а sj CD потенциальньми входами соединенных с импульсными входами второй группы импульсно-потенциальных элементов И и выходами разрядов второго счетчика в порядке уменьшения номеров его разряда, причем выходы второй группы импульсно-потенциальных элементов И подключены к входам второго элемента ИЛИ.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

09) 01) 4(51) 01 P. 3/56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСИОМ / СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3490031/24-10 (22) 16.09.82 (46) 23.01.85. Бюл. № 3 (72) Р.А.Воробель, Я.В.Гапонюк и А.П.Шебаршинов (71) Физико-механический институт им.Г.В.Карпенко (53) 621.317.39:531.77(088.8) (56) 1. Богорад Г.3., Киблицкий В. А.

Цифровые регуляторы и измерители скорости. М., с. 75, 1967.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 632956, кл. Q 01 Р 3/48, 1976. 3. Авторское свидетельство СССР № 794527, кл. 5 01 Р 3/489, 1978 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ, содержащее последовательно соединенные датчик измеряемой частоты и формирователь, а также генератор опорной частоты, первый делитель частоты, выход которого соединен с входом первого счетчика импульсов, и второй делитель частоты, последовательно соединенные блок вычитания импульсных последовательностей и второй счетчик импульсов, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения, в устройство введены два элемента И, одновибратор, 3 -триггер, две группы импульсно-потенциальных элементов И, два элемента ИЛИ и блок сложения импульсных последовательностей, первым входом связанный с входом первого делителя частоты, с первым входом второго элемента И и с выходом первого элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, а второй вход связан с выходом форми,рователя и входом одновибратора, выходом соединенного с входом установки нуля первого и второго счетчиков, первого .делителя частоты, З-триггера, инверсным выходом связàííîro с его 3-входом и вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с входом второго деЛителя частоты, выходом связанного с синхронизирующим входом З-триггера, второй вход блока сложения импульс- ных последовательностей соединен . Я с выходом второго элемента ИЛИ. а выход — с суммирующим входом блока вычитания импульсных последовательностей, управляющим входом соединенного с прямым выходом триггера, а Я вычитающим входом — с выходом первого элемента ИЛИ, объединяющего выходы первой группы импульсно-потенциальных элементов И, импульсными входами связанных с потенциальными входами второй группы импульсно-потенциальных элементов И и выходами разрядов первого счетчика в порядке возрастания номеров его разряда, а потенциальными входами соединенных с импульсными входами второй группы импульсно-потенциальных элементов И и выходами разрядов второго счетчика в порядке уменьшения номеров его разряда, причем выходы второй группы импульсно-потенциальных элементов И подключены к входам второго элемента

ИЛИ.

Ф 11360

Устройство относится к измерительной и преобразовательной технике и может быть использовано для преобразования скорости вращения асинхронного электродвигателя в пропорциональ-5 ную ей частоту следования импульсов, а также для цифрового измерения скорости вращения электродвигателя в системах контроля и управления автоматизированным электроприводом. Ю

Известен цифровой измеритель скорости, содержащий датчик скорости, сопрягаемый с валом, формирователь импульсов, генератор опорной частоты, счетчики и логический блок (1) .

Недостатком такого измерителя является ограниченное быстродействие.

Известен также цифровой измеритель скорости вращения асинхронного электродвигателя, содержащий Два формиро- .2О вателя импульсов, входы которых подключены к. фазовым обмоткам соответственно статора и роторе электродвигателя, генератор опорной частоты, три делителя частоты, два управляемых д5 делителя частоты, два управляющих . счетчика, счетчик результата, блок вычитания импульсов, два блока управления и два блока переноса кода f2) .

Однако это устройство отличается черезмерной сложностью.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является устройство для измерения скорости вращения асинхронного дви, гателя, содержащее последовательно соединенние датчик измеряемой часто-. ты и формирователь, а также генератор опорной частоты, первый делитель частоты, выход которого соединен с входом первого счетчика импульсов, второй делитель частоты, последовательно соединенные блок вычитания импульсных последовательностей и второй счетчик импульсов t3j .

Цель изобретения — упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что и устройство для измерения скорости вращения асинхронного двигателя, содержащее последовательно соединенные датчик измеряемой частоты и формирователь, а также генератор опорной частоты, первый делитель частоты, выход которого соединен с входом первого счетчика импульсов, и второй делитель частоты, последовательно соединенные блок вычитания импульсных последовательностей и второй счетчик импульсов, введены два элемента И, одновибратор,е

О-триггер, две группы импульсно-потенциальных элементов И, два элемента

ИЛИ и блок сложения импульсных последовательностей, первым входом связанный с входом первого делителя частоты с первым входом второго элемента И и с выходом первого элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, а второй вход связан с выходом формирователя и входом одновибратора, выходом соединенного с входом установки нуля первого и второго счетчиков, первого делителя частоты,33 -триггера, инверсным выходом связанного с его 2 -входом и вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с входом второго делителя частоты, выходом связанного с синхронизирующим входом

З-триггера., второй вход блока сложения импульсных последовательностей соединен с выходом второго элемента

ИЛИ, а выход — с суммирующим входом блока вычитания импульсных последовательностей, управляющим входом соединенного с прямым выходом триггера, а вычитающим входом — с выходом первого элемента ИЛИ, объединяющего выходы первой группы импульсно-потенциальных элементов И, импульсными входами связанных с потенциальными входами второй группы импульснопотенциальных элементов И и выходами разрядов первого счетчика в порядке возрастания номеров его разряда, а потенциальными входами соединенных с импульсными входами второй группы импульсно-потенциальными» элементов И и выходами разрядов второго счетчика в порядке уменьшения номеров

его разряда, причем выходы второй группы импульсно-потенциальных элементов И подключены к входам второго элемента ИЛИ.

На чертеже представлена структур,ная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит датчик 1 электромагнитного поля, формирователь 2 импульсов, генератор 3 опорной частоты, одновибратор 4, элементы И 5 и 6, пелители 7 и 8 частоты, счетчики 9 и 10, элементы ИЛИ 11 и 12, группы 13 и 14 импульсно-потен.1 i 36

35 1-

-делитель 8 переполняется, и отриции тельный перепад напряжения с его выхода поступает на тактирующий вход

3-триггера 17 и переводит его s единичное состояние ввиду наличия связи инверсного выхода сЗ -входом, и тем самым, закрывает схему И 6; а также открывает блок 15. На вход счетчика 9 начинают поступать иипульсы с выхода блока 15, средняя частота 1, которых определяется выражением (2) циальных элементов И. блок 15 выФ читания импульсных последовательностей, блок 16 сложения импульсных последовательностей и 2 -триггер 17.

Выход датчика 1 соединен с входом формирователя 2, выходом связанного с вторым входом элемента И 5, первым входом соединенного с выходом генератора 3, а выходом связанного с входом делителя 7, первым входом элемента И 6, и первым входом блока 16. Суммирующий вход блока 15 соединен с выходом блока 16, а управляющий вход — с прямым выходом

П-триггера 17, тактирующим входом соединенного с выходом делителя 8, входом связанного с выходом элемента

И 6, вторым входом соединенного с

1)-входом и инверсным выходом2 -триггера 17. Выход блока 15 связан с входом счетчика 9, выходами разрядов соединенного с потенциальными входами группы 14 элементов И, импульсными входами связанных с инверсными выходами разрядов счетчика 10, д входом соединенного с выходом делителя 7. Выходы разрядов счетчика 9 связаны также с импульсными входами группы 13 элементов И, потенциальными входами соединенных с инверсными выходами разрядов счетчика 10. Вычитающий вход блока 15 связан с выходом элемен.. ИЛИ 12, объединяющего выходы з.,ементов И группы 14; Второй вход блока 16 соединен с выходом элемента ИЛИ 11, объединяющего выходы элементов И группы 13. Выход одно вибратора 4 связан с входом установк нуля делителя 7,.счетчиков 9 и 10 и

D-триггера 17, а вход соединеч с выходом формирователя 2.

Блок 15 вычитания импульсных последовательностей состоит из элемента И 18, выход которого является выходом блока 15, первый вход-управ- 45 ляющим входом блока 15, второй вход связан с инверсным выходом триггера

19, а третий вход соединен с выходом элемента 20 задержки, входом связанного с суммирующим входом блока 15 50 и R. — входом триггера 19,5 -вход которого является вычитающим входом блока 15.

Блок 16 суммирования импульсных последовательностей состоит из после-55 довательно соединенных элемента 21 задержки, вход которого является вторым входом блока 16, и элемента

079 4

ИЛИ 22, второй вход и выход которого представляет собой соответственно первый вход и выход блока 16.

Устройство для измерения скорости вращения асинхронного двигателя работает следующим образом.

В исходном состоянииД -триггер 17, делитель 7 и счетчики 9 и 10 обнуле-. ны, а блок 15 закрыт.

Измеряемая частота с выхода датчика 1 поступает на формирователь 2, формирующий импульсы, длительность

: которых равна периоду Тр измеряемой

1 частоты вращения ротора = — .

Т

В момент времени 1 = 0 на выходе формирователя 2 появляется импульс, открывающий схему И 5, вследствие чего импульсы опорной частоты 3о с выхода генератора 3 поступают на первый вход элемента И б и делитель 7, коэффициент деления которого-равен А.

Тогда частота на выходе делителя 7 определяется выражением

Так как схема И 6 открыта высоким потенциалом с инверсного выхода триггера 17, то импульсы опорной частоты поступают на вход делителя 8, коэффициент деления которого равен В.

В момент времени и (- 16 1 и 1 9 (3) где 1, ($) — средняя частота следования импульсов на выходе блока 16; (4) — средняя частота следова12 ния импульсов на выходе элемента ИЛИ 12.

Счетчик 10 с группой 14 элементов И, а так е элементы ИЛИ 12 предЭ 113! 079 6 ставляют с.обой -разрядный двоичный чиспо М (т,), соответствующее его умножитель частоты . (т.), уиравля- коду, ойределяется уравнением емый кодом числа М,(t) счетчика 9.

Поэтому среднее значение частоты 1 (C) определяется выражением

5 м,ф=ю,(<,1 ) 4„(f.)d4, И

11 ®

4 (Ц. M (t) (4) и где Ц =2 — коэффициент перес- -ета п счетчика 10; и — количество двоичных разрядов счетчика 10; ЦМ (1

9 (<)- частота следования им- — = 1„(м. пульсов на выходе блока 7. 15

Счетчик 9 с группой 13 элементов И, а также элементом ИЛИ 11 представляет собой и -разрядный двоичный умножи< И. N-

N„u(, f,м(Ц

1 Ы=1„Ж И М +10)

15 15 1 N откуда, определив частоту (t ), (5 получим, что

И® = 1f -lf(<) Поэтому средняя частота и () следования импульсов на выходе элемента ИЛИ 11 определяется выражением

1„ЮнЮ н -иЮ

-1 и К fá й„, .где йю =2 — коэффициент пересчета

tl счетчика 9;

tl — - количество двоичных разрядов счетчика 9, КН, -й® 15H) î h"N it) (6) Так как импульсы частоты 1 (т,) поступают с выхода делителя 7 на вход счетчика 10, то число И„ (4), соответствующее коду счетчика 10, определяется выражением

1 !

1, Я = k (t) 34 = — 4, 1,=0

7\

)40 учетом выражения (12) формула (11) примет вид

Среднее значение частоты 11 () на выходе блока 16 сложения определяется выражением

16 ) й() о ° ( (12) 1! M(g kH t4(t)

f, щ.f, =, (1з> о

Так как длительность импульса на выходе формирователя 2 равна периоду

Тр измеряемой частоты 1р, то в момент времени 1 =.!. +Т схема И 5 закрываО ется, и процесс измерения заканчивается. где М (i) =0 — значение числа М (4)

9 9 в момент времени 1, 10 Продифференцировав это выражение, получим

Передний фронт следующего импульса с выхода формирователя 2 устанавливает 2-триггер 17, делитель ?, счетЮ чики 9 и 10 и блок 15 в исходное состояние, после чего процесс измерения повторяется °

Определим результат измерения, который формируется в счетчике 9.

Так как импульсы частоты Х (4 ) поступают на вход счетчика 9, то

Подставив выражение (!3) в урав.нение (9). получим

Дму И„-м® (14) о 1

Разделив переменные и проинтегрировав уравнение (1ч), подучим а

dVh, д н,„- м() t-- - !

1136079 откуда

AH Nq < z> .; "1 а с

10 откуда

Решив уравнение (1S) при

4 =4 - -,получим

P a

"9 4 4=, ь(и -a«j) ы о 1, — ñ

AAA м — (4-1 1. с Р . (16)

Значение коэффициента деления А делителя 6 выбираем as условия

A 60

4 Р

1, 60 .е

4а — ° (17)

Ф

Тогда в счетчике 9 в момент времени сформируется код числа

1,ЬО М„- 6О р . (4

Р 4 Щр,С р

Таким образом, в счетчике 9 формируется код числа, пропорционального. скорости вращения асинхронного двигателя, что позволяет упростить устройство, уменьшив .количество счетчиков

113б079