Устройство для контроля крутящего момента на валу электродвигателя
Владельцы патента RU 2283482:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова" (RU)
Изобретение относится к измерительной технике. Устройство состоит из трансформатора тока, включенного в статорную цепь электродвигателя, и измерительной схемы с пороговым устройством и выпрямителем. В измерительную схему введены масштабный резистор, резисторная оптопара, согласующее устройство, выход которого подсоединен к выводам светодиода резисторной оптопары, и операционный усилитель, в цепь обратной связи которого включен фоторезистор оптопары. Выход трансформатора тока подключен к входу выпрямителя, выход которого подсоединен непосредственно и через масштабный резистор соответственно к входам согласующего устройства и операционного усилителя, выход которого подключен к входу порогового устройства, выход которого является выходом устройства. Технический результат: повышение надежности и точности измерения. 2 ил.
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя.
Известно устройство для контроля крутящего момента на валу электродвигателя, содержащее трансформатор тока, трансформатор напряжения, фазовращатель, два ограничителя, схему сравнения и усилитель [1].
К недостаткам известного устройства относятся низкая точность и низкая надежность, обусловленные его сложностью, и низкая помехозащищенность.
Известно устройство для контроля крутящего момента на валу электродвигателя, содержащее включенные в статорную цепь электродвигателя трансформатор напряжения и трансформатор тока, фазовращатель и измерительную схему, причем измерительная схема выполнена в виде фазовременного преобразователя, один вход которого связан с выходом трансформатора напряжения, а другой - с выходом фазовращателя, формирователя временного интервала, первый вход которого связан с выходом трансформатора напряжения, интегратора, формирователя импульсов, схемы "И", порогового устройства и задатчика уровня, связанного с вторым входом формирователя временного интервала, при этом первый вход интегратора, выход которого соединен с первым входом порогового устройства, связан с одним выходом формирователя временного интервала, второй - с выходом схемы "И", управляющий вход - с одним выходом формирователя импульсов, другой выход которого соединен с вторым входом порогового устройства, первый вход схемы "И" и вход формирователя импульсов связаны с выходом фазовременного преобразователя, а второй вход схемы "И" - с другим выходом формирователя временного интервала [2].
К недостаткам указанного устройства относятся низкая точность и низкая надежность, обусловленные его сложностью, и низкая помехозащищенность.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является устройство для контроля крутящего момента на валу электродвигателя, содержащее трансформатор напряжения и трансформатор тока, включенные в статорную цепь электродвигателя, и измерительную схему с пороговым устройством, причем измерительная схема выполнена в виде выпрямителя, а вторичные обмотки трансформаторов соединены последовательно и подключены на вход выпрямителя, выход которого связан с пороговым устройством [3].
Однако указанное устройство имеет низкую точность измерения и низкую надежность, обусловленные тем, что реально существующая квадратичная зависимость крутящего момента от потребляемого электродвигателем тока в указанном устройстве заменена линейной, и низкую помехозащищенность.
Заявляемое изобретение решает задачу создания устройства, лишенного вышеперечисленных недостатков. Техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого изобретения, является повышение надежности и точности измерения заданного значения крутящего момента на валу электродвигателя путем реализации в устройстве квадратичной зависимости крутящего момента от потребляемого электродвигателем тока, а также повышение помехозащищенности устройства благодаря введению в измерительную схему оптической связи.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для контроля крутящего момента на валу электродвигателя, содержащем трансформатор тока, включенный в статорную цепь электродвигателя, и измерительную схему с пороговым устройством и выпрямителем, в измерительную схему введены масштабный резистор, резисторная оптопара, согласующее устройство, выход которого подсоединен к выводам светодиода резисторной оптопары, и операционный усилитель, в цепь обратной связи которого включен фоторезистор оптопары, при этом выход трансформатора тока подключен к входу выпрямителя, выход которого подсоединен непосредственно и через масштабный резистор соответственно к входам согласующего устройства и операционного усилителя, выход которого подключен к входу порогового устройства, выход которого является выходом устройства.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство для контроля крутящего момента на валу электродвигателя отличается тем, что в нем в измерительную схему введены масштабный резистор, резисторная оптопара, согласующее устройство, выход которого подсоединен к выводам светодиода резисторной оптопары, и операционный усилитель, в цепь обратной связи которого включен фоторезистор оптопары, при этом выход трансформатора тока подключен к входу выпрямителя, выход которого подсоединен непосредственно и через масштабный резистор соответственно к входам согласующего устройства и операционного усилителя, выход которого подключен к входу порогового устройства, выход которого является выходом устройства.
Таким образом, заявляемое устройство для контроля крутящего момента на валу электродвигателя соответствует критерию "новизна".
Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа. Это позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".
На фиг.1 приведена структурная электрическая схема устройства для контроля крутящего момента на валу электродвигателя.
Устройство для контроля крутящего момента на валу электродвигателя содержит испытуемый асинхронный электродвигатель 1, трансформатор тока 1, выпрямитель 3, согласующее устройство 4, резисторную оптопару 5, масштабный резистор 6, операционный усилитель 7 и пороговое устройство 8.
Электродвигатель 1 через трансформатор тока 2 включен в трехфазную сеть. Выход трансформатора тока 2 подключен к входу выпрямителя 3. Выход выпрямителя 3 подсоединен непосредственно и через масштабный резистор 6 соответственно к входам согласующего устройства 4 и операционного усилителя 7, в цепь обратной связи которого включен фоторезистор оптопары 5. Выход согласующего устройства 4 подключен к выводам светодиода резисторной оптопары 5. Выход операционного усилителя 7 подсоединен к входу порогового устройства 8, выход которого является выходом устройства.
Устройство для контроля крутящего момента на валу электродвигателя работает следующим образом.
Асинхронный электродвигатель 1 рассматривается как измерительный преобразователь, входной величиной которого является крутящий момент на валу электродвигателя, а выходной величиной - потребляемый электродвигателем ток, который подается на трансформатор тока 2. На выходе трансформатора тока 2 снимается сигнал, пропорциональный потребляемому электродвигателем току, который поступает на вход выпрямителя 3. Напряжение постоянного тока с выхода выпрямителя 3 подается на вход согласующего устройства 4. На фиг.2 приведена схема электрическая принципиальная согласующего устройства 4. Согласующее устройство обеспечивает работу резисторной оптопары 5 на линейном участке характеристики. От источника питания через светодиод резисторной оптопары 5 задается некоторый начальный ток, благодаря чему рабочая точка характеристики оптопары выводится на линейный участок. Выходное напряжение согласующего устройства 4 поступает на светодиод оптопары 5, изменения светового потока которого изменяют сопротивление фоторезистора оптопары Ron согласно выражению
где 
, 
, 
, 
- коэффициенты передачи трансформатора тока 2, выпрямителя 3, согласующего устройства 4, резисторной оптопары 5 соответственно; Im - амплитуда потребляемого электродвигателем тока.
Напряжение постоянного тока с выхода выпрямителя 3 подается также через масштабный резистор 6 на вход операционного усилителя 7, выходное напряжение которого изменяется согласно выражению
где 
, 
, 
- коэффициенты передачи трансформатора тока 2, выпрямителя 3, операционного усилителя 7; Im - амплитуда потребляемого электродвигателем тока.
С учетом (1) и (3) выражение (2) имеет вид
где 
Выражение (4) показывает, что на выходе усилителя постоянного тока 7 снимается напряжение, пропорциональное действующему значению потребляемого электродвигателем тока.
С выхода усилителя постоянного тока 7 напряжение подается на вход порогового устройства 8. Если крутящий момент на валу асинхронного электродвигателя 1 меньше или равен заданному значению, на выходе порогового устройства формируется нулевой уровень сигнала. Если крутящий момент на валу асинхронного электродвигателя 1 больше заданного значения, на выходе порогового устройства снимается положительный уровень сигнала.
Введение новой совокупности признаков позволяет повысить надежность и точность измерения крутящего момента, который прямо пропорционален квадрату потребляемого электродвигателем тока, и повысить помехозащищенность устройства благодаря введению оптической связи, а исключение из измерительной схемы трансформатора напряжения позволяет улучшить весогабаритные показатели устройства.
Источники информации
1. Патент Швеции №376128, Кл. Н 02 h 7/085, 1976.
2. Авторское свидетельство СССР №781623, Кл. G 01 L 3/10, 1980.
3. Авторское свидетельство СССР №834418, Кл. G 01 L 3/10, 1981 (прототип).
4. Иванов В.И., Аксенов А.И., Юшин А.М. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы. Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1984.
Устройство для контроля крутящего момента на валу электродвигателя, содержащее трансформатор тока, включенный в статорную цепь электродвигателя, и измерительную схему с пороговым устройством и выпрямителем, отличающееся тем, что в измерительную схему введены масштабный резистор, резисторная оптопара, согласующее устройство, выход которого подсоединен к выводам светодиода резисторной оптопары, и операционный усилитель, в цепь обратной связи которого включен фоторезистор оптопары, при этом выход трансформатора тока подключен к входу выпрямителя, выход которого подсоединен непосредственно и через масштабный резистор соответственно к входам согласующего устройства и операционного усилителя, выход которого подключен к входу порогового устройства, выход которого является выходом устройства.
