Устройство для измерения частоты вращения и углового ускорения

 

Изобретение касается конструкций переменно-полюсных индукторных генераторов и может быть использовано при измерении частоты вращения и углового ускорения ротора. Целью является расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможности измерения второго параметра враш;ения. Устройство для измерения параметров вращения содержит перемен (Л 8 СП сл sl фиг. 2

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) е(11) 4 4 А1 (51)4 Н 02 К 19/22 т л

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИд„,)

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3828137/24-07 (22) 19.12.84 (46) 30.08.86. Бюл. Ф 32 (71)Рижский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. А.Я. Пельше (72) С.С.Петров и Я.П.Грейвулис (53) 621.313.322(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 754585, кл. Н 02 К 19/22, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Р 84674, кл. Н 02 К 19/22. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ И УГЛОВОГО УСКОРЕНИЯ (57) Изобретение касается конструкций переменно-полюсных индукторных генераторов и может быть использовано при измерении частоты вращения и углового ускорения ротора. Целью является расширение функциональных возможностей путем обеспечения воэможности измерения второго параметра вращения. Устройство для измерения параметров вращения содержит перемен1254574 но-полюс ный индукторный генератор, статор которого состоит из четного числа магнитоиэолированных сердечников 1-8, образующих четыре группы, с катушками 9-24 выходной обмотки и обмотки возбуждения. На каждом нечетном сердечнике размещены катушки 9, 13, 17, 21 обмотки возбуждения, на каждом четном — катушки 12, 16, 20, 24 выходной обмотки постоянного тока, соединенные между собой последовательно-согласно. Катушки выходной обмотки переменного тока каждых двух соседних сердечников соединены через активные сопротивления, которые могут быть выполнены регулируемыми идентичным образом друг с другом. Упомянутые два сердечИзобретение относится к электротехнике, а именно к конструкциям пе. ременно-полюсных индукторных генераторов, и может быть использовано в автоматизированном электроприводе при испытании вращающихся электрических машин, в информационно-измерительной технике при измерении частоты вращения и углового ускорения ротора.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности измерения второго параметра вращения.

На фиг.1 представлено предлагаемое устройство, поперечный разрез; на фиг.2 — развертка устройства по длине окружности и схема соединения катушек обмотки статора.

Устройство для измерения параметров вращения содержит переменно-по.люсный индикаторный генератор, магнитопровод статора которого выполнен в виде магнитоизолированных сердечников 1-8 с размещенными на них ка тушками 9-24 выходной обмотки и об1мотки возбуждения, а магнитопровод ротора 25 с зубцами 26, отделенными от сердечников 1-8 воздушным зазором 27, выполнен в виде пакета шихтованных пластин.

Катушки 9-24 могут быть размещены на любом участке магнитопровода ника смещены друг относительно друга по окружности на величину

= э(1+тп+1/4), а группы сердечников смещены друг относительно друга по окружности на величину, превышающую величину ос на целое число эубцовых делений ротора, равное по крайней мере 2 t, где t — величина зубцового деления ротора, равная полюсному делению статора, m — любое целое число. Данное устройство позволяет получать помимо сигнала, пропорционального частоте вращения, угловое ускорение и замедление вращения ротора, что может быть использовано при измерении переходных электромагнитных моментов двигателей, работающих вхолостую. 1 з.г.. ф-лы, 2 ил. сердечников 1-8. Наиболее оптимальным является их размещение на полюсах (фиг.1 и 2). Полюсное деление сердечников 1-8 выполнено либо равным величине зубцового деления t ротора 25 (фиг.1), либо в целое число раз превышает ее.

Сердечники 1-8 объединены в четыре группы, каждая из которых содер10 жит четное число сердечников, объединенных в пары. Поэтому общее количество сердечников является четным числом.

На фиг.1 и 2 в качестве примера представлено устройство, содержащее восемь сердечников, а в каждой группе — два сердечника, объединенные в пары соответственно 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6, 7 и 8. Сердечники каждой па20 ры смещены друг относительно друга по окружности на величину об =t(1+m+

+-),где t — величина зубцового деления ротора (фиг.1), m -1,2,3, целое число. Величина соответствует смещению сердечников пары (радиальных осей od и od фиг.1) на элект-!

1 рический угол о =2 (1 тп+-) числен4

30 г 1 но равный ii 2 . Соседние группы сердечников (радиальные оси od и ос фиг,1) смещены друг относительно друга по окружности не менее, чем на

125

4574

3

1 величину t>(3+m+-), превышающую величину к на целое число зубцовых делений. tz ротора 25, равное по крайней мере двум. Численно это значение соответствует сдвигу на электрический угол, также равный «/2.

На каждом нечетном сердечнике

1,3,5 и ? размещены соответственно катушки 9,13,17 и 21 обмотки возбуж-t дения, соединенные между собой по-.. 10 следовательно-согласно. Этим достигается одинаковое направление магнитного потока, пронизывающего указанные катушки, каждая иэ которых выполнена с одинаковым числом вит- 15 ков W4. На каждом сердечнике 1-8 статора размещены катушки выходной обмотки переменного тока. При этом катушки данной обмотки размещены на соседних двух сердечниках обра- 20 зующих пары 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6, 7 и 8, соединены попарно (10 и 11, 14 и 15, 18 и 19, 22 и 23) через активные сопротивления 28-31 равной величины r. Каждая из катушек 10, 14, 18 и 22 выполнена с равным числом витков W, а каждая из катушек

11,15,19 и 23 — с равным числом витков W5 °

Сопротивления 28 — 31 предназначе- 30 ны для коррекции тока в цепях попарно соединенных катушек с тем, чтобы обеспечить практически активный характер этого тока в широком диапазоне частот вращения. При известной максимальной частоте вращения ротора 25 величина r активных сопротивлений 28-31 должна в десятки раз превьппать величину индуктивных сопротивлений этих катушек. Это объясняет-40 ся тем, чтО,с увеличением частоты вращения ротора 25 увеличиваются индуктивные сопротивления катушек.

Для дополнительной коррекции тока при работе устройства активные со- 45 противления 28-31 целесообразно выполнить регулируемыми (на фиг.2 показано стрелками). Попарно соединенные катушки 10 и 11, 14 и 15, 18 и 19, и 22 и 23 выходной обмотки через сопротивления 28-31 включены в каждой паре идентичным образом, т.е. либо только согласно, либо только встречно.

Кроме того, на каждом четном сердечнике 2,4,6,8 размещены катушки 12.16,20 и 24 выходной обмотки постоянного тока, соединенные между собой последовательно-согласно. При этом каждая из этих катушек выполнена с числОм ВиткОВ W4 °

Для получения закона распределения магнитной проводимости в воздушном зазоре 27, близкого к синусоидальному, необходимо, чтобы отношение ширины зубца в ротора 25 к величине его зубцового деления t было в пределах 0,325-0,350 либо в пределах 0,4 — 0,450 при равенстве ширины и зубцов ротора 25 и полюсов сердечников 1-8 статора.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При вращении ротора 25, например, в направлении, показанном на фиг.1 стрелкой, в воздушном зазоре 27 магнитная проводимость на пути магнитного потока через сердечники 1-8 во 4. времени t будет изменяться с угловой частотой у соответственно нижеприведенным выражениям, в-которых индексом с цифрами 1-8 обозначены порядковые номера соответствующих

pl сердечников

G<(t) = С (с) = G +G Со5<дА; с,(t) = с,(t) = с, +G„ us;

С4 (Й) С (С) СО С Со5И «

С (t) = С (t) = Со Ср 51« и где G и С вЂ” соответственно постоянная составляющая и амплитуда первой гармоники магнитной проводимости на пути магнитного потока через каждый сердечник.

При питании постоянным током обмотки возбуждения с катушками 9,13, 17 и 21 нечетные сердечники 1,3,5,7 пронизываются пульсирующим во времени магнитным потоком соответственно:

Р,()=

,(1) = Рр-@ СО5Ы ; у() - Р Р 51 и ut где P, и Р— соответственно постоянная составляющая и амплитуда гармоники магнитного потока через каждый сердечник 1,3,5,7.

При постоянной величине тока возбуждения в катушках 9, 13,17 и 21 значения Р, и Р = cans| .

В соответствии с изменением этих потоков в катушках 10, 14,18 и 22

1254574 переменного тока будут наводиться соответствующие ЭДС. дР (с) е (t) =--W — — -- — =И Ф Са 5in cat. (О 2 ОГ 2

e (t)=-W -- — - — =-W Ф и cosu4.

dP (t)

44 2 ДГ э

d Р (t) е (t) =-W --+ — -=-W Р со 5 и1.

2 2 tn in )

10

e (t)=-W2 - — --=1 2 э,„caсобcat. с)Ф, (t) 25 („) Bpg (t) Wz 4 ca 5, и юс

Г+1W Г+Г, э 5 е 4 (t) W,Р„;я co5vt

1 (t)

1 Ф 5 r +гщ r +rw 30 э 5

p

r +г,„г +г,1

W5 з

<„(t) W Рг ca cosca<

1 (t) z— — 2 ——

23 r +rw r +r%

%3 4 Э

35 где rw — активное сопротивление з каждой из катушек 11,15, 19 и 23.

Переменные ЭДС возбуждения, создаваемые приведенными токами, катушек 11,15,.19 и 23 изменяются во времени по следующим законам соответственно: 45

F н ("-) = W 1 < (г) = kQ5i G)t; э5 э

F< (t) = Ы51 Э (t) =- ku5iqcat

F (t) = Ъ7 1, (t) = kcaco5(at, 50 й2Иэ Ф где к = — — — — — = const

r +rw

Каждая из этих мдс с учетом пульсации во времени магнитных прОводиКаждая из этих ЭДС является ис15 точником питания катушек соответственно 11,15,19 и 23 переменного тока.

Поскольку величина активного сопротивления в цепи каждой из указанных катушек в десятки раз превышает зна20 чения индуктивных сопротивлений этих катушек, то ток в каждой из них по фазе практически совпадает с ЭДС питающей соответствующую катушку, и определяется соответственно:, С 2() G4(с) Gg(t) Gg(t) создает соответствующий магнитный поток через каждый четный сердечник

2,4,6 и 8,изменяющийся в каждом из них по следующему закону: 2® F<(t)52(t) = kca5ina<(GО бт5!НЯ1 )

= Я о5i cat i kca G 5in 1

° Ф4(t) F,5(1"-э,М=-кЮсо5cat(6<э-G рсо5я<)=

- - k ca G, coo cat . я С сов 2 cat

У5H) F,,Щ,(М- — kCa5 nut(C„5 5 пM )—

) " С о 5 " 4 Kcag 5in cat. )

Ф,(ц) Г эфГ ()= Ясо5И (Со-C„co5Vt)

= Kca 4 5co5 cat + kca 5co5 у4, В соответствии с изменением прйведенных потоков в катушках 12, 16,20 и 24 наводятся соответствующие этим потокам ЭДС: с)Ф (t) . е (t) -W — — — ---

4 dt е (t) -И4 е (t) с)Ф8(t)

2.4 4

При последовательно-согласном включении катушек 12,16,20 и 24 результирующая ЭДС в выходной обмотке постоянного тока, образованной этими катушками, будет равна сумме ЭДС, наведенных в каждой из них:

) оФ2() дФ4® de ® c)mвф

dt 3t,), у;

dEФ2()+ Ф4® э Ч 6® i @8(Ц)

4 с) t k ca Й со5 ca + 2 5) и у (,))

=- М) и

=- )4%4 С,„) = С

)ю д

,) =,) э

2ЫФЫэЫ4(РСЩ где С = -2 kw G

4 В г+г

= const. э

Из полученного выражения следует, что при постоянной частоте вращения, а следовательно, при постоянной угловой частоте результирующая ЭДС, наведенная в выходной обмотке постоянного тока, будет равна нулю. При изменении частоты вращения во времени, 1 т.е. при вращении ротора с ускорением или замедлением, величина результирующей ЭДС в выходной обмотке постоянного тока будет прямо пропор-, 1254574

ВНИИПИ Заказ 4728/57 Тираж 631, Подписное

Произв-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 циональна угловому ускорению или замедлению ротора 25. Кроме того, по величине напряжения и частоте его в катушках переменного тока 10, 14, 18 и 22 можно однозначно количественно судить о частоте вращения ротора 25.

Предлагаемое устройство помимо получения сигнала, пропорционального частоте вращения, позволяет измерять угловое ускорение и замедление вращающегося ротора. Это свидетельствует о расширенных функциональных возможностях устройства, что позволяет испольэовать его при измерении переходных электромагнитных моментов двигателей, работающих вхолостую, так как в этом случае величина переходного электромагнитного момента пропорциональна ускорению.

Формула. изобретения

1. Устройство для измерения частоты вращения и углового ускорения, содержащее переменно-полюсный индукторный генератор с беэобмоточным ротором и статором, магнитопровод которого выполнен в виде магнитоиэолированных сердечников с полюсным делением, кратным зубцовому делению ротора, на которых размещены катушки обмотки возбуждения и выходной обмот. ки переменного тока, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей, устройство снабжено выходной обмоткой постоянного тока, число сердечников магнитопровода статора выполнено четным, на каждом нечетном из которых размещены катушки обмотки возбуждения, соединенные между собой последовательно-согласно, а на каждом четном — катушки выходной обмотки постоянного тока, соединенные между собой последовательно-согласно, сердечники магнитопровода статора образуют по окружности четыре группы, на каждом сердечнике размещены катуш15 ки выходной обмотки переменного тока, причем катушки данной обмотки, размещенные на двух соседних сердечниках, соединены через активные сопротивления одна с другой идентичным 0 образом, при этом два соседних сердечника смещены один относительно другого по окружности на величину

g=tz(1+m+ / ), а соседние группы сердечников смещены один относительно другого по окружности на величину, превышающую величину К на целое число зубцовых делений ротора, равное по крайней мере 2 t>,ãäå с величина зубцового деления ротора, 30 ш — любое целое число.

2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е. е с я тем, что активные сопротивления выполнены регулируемыми.