Электродвигатель постоянного тока с устройством для измерения частоты вращения

 

Использование: электротехника, электродвигатель постоянного тока. Сущность изобретения: электродвигатель постоянного тока с устройством для измерения частоты вращения содержит полюсный наконечник главного полюса 6, зубчатый якорь 10, измерительную обмотку 8, дополнительную измерительную обмотку 9 и компенсационную обмотку 7. Компенсационная обмотка размещена в пазах полюсного наконечника главного полюса. Измерительная обмотка 8 находится на одном зубце полюсного наконечника, дополнительная измерительная обмотка 9 находится на другом зубце полюсного наконечника. Измерительные обмотки 8 и 9 соединены встречно-последовательно. Измерительные обмотки расположены симметрично относительно среднего стержня компенсационной обмотки при нечетном числе стержней. Измерительные обмотки расположены на зубцах, симметричных относительно среднего зубца полюсного наконечника при четном числе стержней компенсационной обмотки. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в общепромышленных и специальных электроприводах постоянного тока, в частности в электроприводах прокатных станков, для получения сигнала, пропорционального частоте вращения якоря электродвигателя.

Известен способ определения частоты вращения электрического двигателя постоянного тока, заключающийся в том, что определяется частота переменного напряжения, индуцированного во вспомогательной обмотке, расположенной на полюсном наконечнике основного полюса и имеющей шаг, равный или пропорциональный ширине пазов или зубцов якоря.

Известно устройство, служащее для измерения частоты пульсаций, возникающих при вращении якоря двигателя или генератора в измерительном проводнике или катушке с шириной, меньшей чем ширина зубца или паза якоря, расположенных на поверхности полюсного наконечника основного полюса.

Известно устройство для управления коммутацией электродвигателя постоянного тока. Измерительный элемент датчика частоты вращения этого устройства выполнен в виде многовитковой катушки на ферромагнитном сердечнике, ширина которого не превышает ширины зубца якоря. Катушки расположены у набегающего и сбегающего краев полюса двигателя постоянного тока с компенсационной обмоткой. В качестве ферромагнитного сердечника может быть использован край полюсного наконечника.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому является устройство, описанное в а. с. 1677794, H 02 K 11/00, 1990. В изобретении описан электродвигатель постоянного тока с устройством для измерения частоты вращения якоря, содержащий компенсационную обмотку, размещенную в пазах полюсного наконечника главного (основного) полюса, зубчатый якорь, измерительную обмотку, размещенную на полюсном наконечнике со стороны, обращенной к якорю, и регистрирующий прибор, подключенный к измерительной обмотке, укрепленной на поверхности полюсного наконечника, причем продольная ось измерительной обмотки расположена симметрично относительно двух смежных пазов компенсационной обмотки.

Недостатком такого устройства является влияние на выходную ЭДС измерительного элемента изменений магнитного потока возбуждения, обусловленных пульсациями тока возбуждения. Такие пульсации возникают при питании обмотки возбуждения от тиристорного преобразователя вследствие особенностей самой схемы выпрямления, а также при переходных процессах в цепи обмотки возбуждения. При малых частотах вращения якоря пульсации выходной ЭДС измерительного элемента, обусловленные пульсациями тока возбуждения, становятся соизмеримыми с величиной рабочей ЭДС, обусловленной зубчатостью якоря и имеющей частоту, пропорциональную частоте вращения якоря. Наличие дополнительных пульсаций выходной ЭДС измерительной обмотки существенно снижает точность измерения частоты вращения якоря, а в ряде случаев, особенно при малых частотах вращения, работа такого устройства в системах точного регулирования частоты вращения двигателя становится невозможной.

Целью настоящего изобретения является повышение точности измерения частоты вращения якоря электродвигателя за счет снижения влияния пульсаций выпрямленного тока тиристорных преобразователей, питающих обмотки якоря и возбуждения электродвигателя, на выходную ЭДС измерительной обмотки.

Поставленная цель достигается тем, что в известном электродвигателе постоянного тока с устройством для измерения частоты вращения, содержащем компенсационную обмотку, размещенную в пазах полюсного наконечника главного полюса, зубчатый якорь и измерительную обмотку, размещенную на одном зубце полюсного наконечника со стороны, обращенной к якорю, причем продольная ось измерительной обмотки расположена симметрично относительно двух смежных пазов компенсационной обмотки, дополнительно введена вторая измерительная обмотка. Она выполнена аналогично первой, включена с ней встречно-последовательно и расположена на другом зубце полюсного наконечника главного полюса, причем при нечетном числе стержней компенсационной обмотки на полюсном наконечнике измерительные обмотки расположены симметрично относительно среднего стержня компенсационной обмотки на полюсном наконечнике, а при четном числе стержней компенсационной обмотки на полюсном наконечнике измерительные обмотки расположены на зубцах, симметричных относительно среднего зубца полюсного наконечника.

На фиг. 1 изображен полюсный наконечник основного полюса при нечетном числе стержней компенсационной обмотки на полюсе с двумя измерительными обмотками. На фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1, а именно: соединение измерительных обмоток и их расположение относительно центрального стержня компенсационной обмотки. На фиг. 3 - полюсный наконечник основного полюса при четном числе стержней компенсационной обмотки на полюсе с двумя измерительными обмотками. На фиг. 4 - вид по стрелке А на фиг. 3, а именно: соединение измерительных обмоток и их расположение относительно центрального зубца полюсного наконечника.

Электродвигатель постоянного тока с устройством для измерения частоты вращения якоря включает в себя размещенную в пазах 1,2,3,4,5 или 1,2,3,4,5, 23 полюсного наконечника 6 главного полюса компенсационную обмотку 7. На поверхности полюсного наконечника 6 со стороны, обращенной к якорю 10, закреплены измерительные первая 8 и вторая 9 обмотки.

Измерительные обмотки 8 и 9 выполнены по своим размерам и параметрам одинаковыми и включены друг с другом встречно-последовательно. При четном числе стержней 17, 18, 19, 20, 21, 22 компенсационной обмотки 7 на полюсном наконечнике 6 продольные оси измерительных обмоток 8 и 9 расположены симметрично относительно среднего зубца 14 полюсного наконечника 6. При нечетном числе стержней 17, 18, 19, 20, 21 компенсационной обмотки 7 на полюсном наконечнике 6 продольные оси измерительных обмоток 8 и 9 расположены симметрично относительно среднего стержня 19 компенсационной обмотки 7. Регистрирующий прибор 25 подключен к измерительным обмоткам 8,9. Зазор между полюсным наконечником 6 и якорем 10 обозначен как δ, t_ко - зубцовый шаг компенсационной обмотки 7, t_Z - зубцовый шаг якоря 10.

Так как воздушный зазор δ под главными полюсами машин постоянного тока обычно эксцентричен и величина зазора δ растет по мере приближения к краям полюсного наконечника 6, то при нечетном числе стержней 17, 18, 19, 20, 21 компенсационной обмотки 7 на полюсе 6 для максимальной компенсации дополнительных искажающих ЭДС измерительные обмотки 8 и 9 необходимо располагать симметрично относительно среднего стержня 19 компенсационной обмотки 7, а при четном числе стержней 17, 18, 19, 20, 21, 22 компенсационной обмотки 7 на полюсе 6 измерительные обмотки 8 и 9 необходимо располагать на зубцах 13 и 15, симметричных относительно среднего зубца 14 полюсного наконечника 6.

Экспериментальные исследования, проведенные на прокатных двигателях в условиях Магнитогорского, Нижне-Тагильского, Новолипецкого и Череповецкого металлургических комбинатов, подтверждают работоспособность и эффективность предлагаемого технического решения. Предлагаемое соединение и размещение измерительных обмоток целесообразно и при питании обмоток якоря и возбуждения от источников постоянного тока, имеющих незначительные пульсации выходного напряжения, например, от генераторов постоянного тока, т. к. в этом случае сохраняется влияние на выходную ЭДС измерительной обмотки переходных процессов в цепях обмоток якоря и возбуждения, которое в заявляемом решении устраняется. (56) Авторское свидетельство СССР N 77035, кл. G 01 P 3/44, 1948.

Патент Великобритании N 1180588, кл. G 01 P 3/48, 1967.

Авторское свидетельство СССР N 1327259, кл. H 02 P 5/00, 1987.

Авторское свидетельство СССР N 1677794, кл. H 02 K 11/00, 1990.

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА С УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ, содержащий компенсационную обмотку, размещенную в пазах полюсного наконечника главного полюса, зубчатый якорь и измерительную обмотку, размещенную на одном зубце полюсного наконечника со стороны, обращенной к якорю, причем продольная ось измерительной обмотки расположена симметрично относительно двух смежных пазов компенсационной обмотки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения частоты вращения двигателя при работе электродвигателя от вентильного преобразователя, введена аналогичная основной дополнительная измерительная обмотка, расположенная на другом зубце полюсного наконечника и соединенная с основной измерительной обмоткой встречно последовательно, причем при нечетном числе стержней компенсационной обмотки измерительные обмотки расположены симметрично относительно среднего стержня компенсационной обмотки на полюсном наконечнике, а при четном числе стержней компенсационной обмотки на полюсном наконечнике измерительные обмотки расположены на зубцах, симметричных относительно среднего зубца полюсного наконечника.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4