Способ и устройство измерения вращающего момента электрической машины
Владельцы патента RU 2339012:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" (RU)
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вращающего момента электрических машин, соединенных с рабочими машинами цепной или ременной передачей. Способ заключается в измерении деформации сжатия упругого элемента. При этом электрическая машина соединена с рабочей машиной цепной или ременной передачей и с помощью тензорезисторов и тензореле производится измерение деформации сжатия упругого элемента, установленного в месте сопряжения оснований электрической и рабочей машин. Устройство содержит упругий элемент, тензорезисторы, расположенные на упругом элементе и включенные по схеме измерительного тензометрического моста, тензореле, измеряющее упругие деформации сжатия. При этом электрическая и рабочая машины соединены цепной или ременной передачей, а упругий элемент установлен в месте сопряжения оснований электрической и рабочей машин с ориентацией тензорезисторов на измерение деформации от усилия сжатия. Измерительное устройство имеет блок умножения электрического сигнала на постоянную величину для перевода единицы силы в единицу измерения вращающего момента. Технический результат заключается в увеличении точности измерения вращающего момента. 2 н.п ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам и устройствам измерения вращающего момента электрических машин, двигателей и генераторов, соединенных с рабочими машинами или первичным двигателем цепной или ременной передачей. Известно, что ременные и цепные передачи находят самое широкое применение в технике как для соединения электродвигателей с рабочими машинами, так и для соединения генераторов с первичным двигателем.
Известно использование тензорезисторов для измерения вращающего момента электрических машин [Жерве Г.К. Промышленные испытания электрических машин. - 4-е изд. - Л.: Энергоатомиздат, 1984, с.125], где четыре тензорезистора наклеиваются на упругий вал электрической машины под углом 45° к оси вала и включаются в смежные плечи измерительного моста. Измеряемый вращающий момент пропорционален величине упругой деформации вала на скручивание.
Недостатком этого технического решения является использование скользящих контактов для передачи электрического сигнала от вращающихся тензорезисторов на стационарное тензореле.
Известно применение тензореле и тензорезисторов для измерения силы, приложенной к твердому телу, [пат. RU 2047084, G01B 7/16, опубл. 1995.10.27]. Способ основан на измерении упругих деформаций, вызванных действием измеряемой силы. Упругие деформации пропорциональны измеряемой силе.
Недостатком устройства является невозможность его применения для измерения вращающего момента электрической машины в тех случаях, когда взаимосвязь вращающего момента и измеряемой силы не очевидна.
Наиболее близким к заявленному способу измерения вращающего момента является патент RU 2276448 C1 H02P 1/50 (2006.01), где представлен способ измерения вращающего момента электрической машины путем измерения деформации упругого элемента с помощью тензорезисторов, включенных по схеме измерительного тензометрического моста и тензореле. В качестве упругого элемента использованы детали крепления электрической машины к основанию.
Недостатком способа является его низкая точность, вызванная тем, что в качестве упругого элемента использованы массивные лапы электрической машины, где упругие деформации проявляются слабо и где, кроме сил, вызванных электромагнитным вращающим моментом электрической машины, действуют другие силы, создающие помехи при измерении. Это силы тяжести электрической машины, силы реакции на однонаправленное тяжение цепной или ременной передачи и др.
Наиболее близким к заявленному устройству для реализации способа измерения вращающего момента является патент RU 2276448 C1 H02P 1/50 (2006.01), где представлено устройство для реализации способа измерения вращающего момента электрической машины переменного тока, содержащее упругий элемент, тензорезисторы, расположенные на упругом элементе и включенные по схеме измерительного тензометрического моста, тензореле, измеряющее упругие деформации. В устройстве использованы два тензорезистора, наклеенные на лапы электрической машины, как на упругие элементы, и включенные в смежные плечи измерительного тензометрического моста. Схема тензореле содержит следующие блоки: упругий элемент, тензорезисторы, наклеенные на упругий элемент и включенные в измерительную схему, источник питания, усилитель, измерительный орган.
Недостатком устройства является невысокая точность, вызванная использованием в качестве упругого элемента массивных лап электрической машины, где проявляются вышеназванные помехи измерению, а также отсутствие блока пересчета измеряемой силы в единицы измерения вращающего момента.
Технической задачей является увеличение точности измерения вращающего момента электрической машины.
Решение задачи достигается тем, что в способе измерения вращающего момента электрической машины путем измерения деформации сжатия упругого элемента с помощью тензорезисторов и тензореле, согласно изобретению, электрическая и рабочая машины соединяются цепной или ременной передачей и упругий элемент устанавливают в месте сопряжения оснований электрической и рабочей машин с ориентацией тензорезисторов на измерение деформации от усилия сжатия.
Реализация способа осуществляется устройством для измерения вращающего момента электрической машины, содержащем упругий элемент, тензорезисторы, расположенные на упругом элементе и включенные по схеме измерительного тензометрического моста, тензореле, измеряющее упругие деформации сжатия, где, согласно изобретению, электрическая и рабочая машины соединены цепной или ременной передачей, упругий элемент установлен в месте сопряжения оснований электрической и рабочей машин с ориентацией тензорезисторов на измерение деформации от усилия сжатия, а измерительное устройство имеет блок умножения электрического сигнала на постоянную величину для перевода единицы силы в единицу измерения вращающего момента.
Полезным результатом применения способа является увеличение точности измерения вращающего момента за счет использования упругого элемента с ярко выраженными упругими деформациями, переноса упругого элемента в место сопряжения оснований электрической и рабочей машин, где отсутствуют силы, создающие помехи измерению.
Полезным результатом применения устройства является увеличение точности измерения вращающего момента, что достигается за счет применения более чувствительного упругого элемента, а также представление результата измерения в единицах измерения вращающего момента.
Патентный поиск не выявил использования сил сжатия оснований электрической и рабочей машин для измерения вращающего момента электрической машины, что позволяет судить об изобретательском уровне предложенных способа и устройства.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема привода с цепной или ременной передачей; на фиг.2 - функциональная блок-схема устройства измерения вращающего момента электрической машины.
Способ измерения вращающего момента электрической машины реализуется следующим образом. При работе электрическая машина развивает вращающий момент, который передается рабочей машине через цепную или ременную передачу. Вращающий момент создает силы натяжения цепи или ремней и силы реакции, действующие на сжатие оснований двигателя и рабочей машины. Сила сжатия оснований двигателя и рабочей машины пропорциональна вращающему моменту, и измерение момента может осуществляться измерением силы сжатия оснований с последующим пересчетом в единицы измерения вращающего момента.
Устройство для реализации способа измерения вращающего момента электрической машины содержит собственно электрическую машину (в примере представлен двигатель) 1, рабочую машину (насос, станок и т.п.) 2, соединенные цепной или ременной передачей 3 посредством звездочек или шкивов 4 и 5. Электрическая машина 1 закреплена на основании 6, а рабочая машина на основании 7. Оба основания 6 и 7 соединены между собой упругим элементом 8, испытывающим при работе деформации сжатия, вызванные силами реакции на натяжение цепи или ременной передачи. В качестве упругого элемента 8 может использоваться специальная вставка из упругого материала или часть общего металлического основания электрической и рабочей машины в месте максимального проявления сил сжатия, т.е. между креплениями к основанию электрической и рабочей машин. Деформация сжатия передается тензорезистору 9, наклеенному на упругий элемент 8.
Тензорезистор 9 проводниками 10 соединен с измерительным тензометрическим мостом 11 и составляет одно из плеч этого моста, выход которого соединен с усилителем 12, а выход усилителя 12 соединен с входом блока умножения 13 сигнала на постоянную величину, равную расчетному радиусу звездочки или шкива 4, или на иную величину, в зависимости от требуемой единицы измерения вращающего момента, выход блока 13 соединен с входом измерительного блока 14, выход которого соединен с входом измерительного механизма 15, регистрирующего измеряемый момент двигателя, при этом блоки 11-15 соединены с блоком питания 16, обеспечивающим питание этим блокам, а сам блок питания 16 соединен с источником электроэнергии 17.
При изменении вращающего момента электрической машины изменяется электрическое сопротивление тензорезистора 9, что изменяет сигнал на выходе измерительного тензометрического моста 11, пропорциональный измеряемому моменту. Этот сигнал усиливается усилителем 12 и подается на вход блока умножения 13, который осуществляет операцию перевода единицы измерения силы, вызывающей упругую деформацию элемента 8, в единицы измерения вращающего момента двигателя 1. При этом используется известное соотношение силы F (Н), момента М (Н·м) и расчетного диаметра D (м) звездочки или шкива 4: М=F·D/2. Измерительный блок 14 преобразует сигнал на выходе блока 13 к виду, требуемому измерительным механизмом, и подает преобразованный сигнал на измерительный механизм 15 (показывающий или регистрирующий прибор) для воспроизведения. Измерительный мост 11, усилитель 12, блок умножения 13 и измерительный блок 14 нуждаются в источнике электроэнергии, в качестве которого выступает блок 16, подключенный к источнику электроэнергии 17.
1. Способ измерения вращающего момента электрической машины путем измерения деформации сжатия упругого элемента с помощью тензорезисторов и тензореле, отличающийся тем, что электрическая и рабочая машины соединяют цепной или ременной передачей и упругий элемент устанавливают в месте сопряжения оснований электрической и рабочей машин с ориентацией тензорезисторов на измерение деформации от усилия сжатия.
2. Устройство для реализации способа измерения вращающего момента электрической машины, содержащее упругий элемент, тензорезисторы, расположенные на упругом элементе и включенные по схеме измерительного тензометрического моста, тензореле, измеряющее упругие деформации сжатия, отличающееся тем, что электрическая и рабочая машины соединены цепной или ременной передачей, упругий элемент установлен в месте сопряжения оснований электрической и рабочей машин с ориентацией тензорезисторов на измерение деформации от усилия сжатия, а измерительное устройство имеет блок умножения электрического сигнала на постоянную величину для перевода единицы силы в единицу измерения вращающего момента.
