Устройство для измерения вращающего момента асинхронного электродвигателя

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ о>750298

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (53)М. Кл.

G 0 I L 3/10 (22) Заявлено 13.09.77 (21) 2528797/24-07 с присоединением заявки HP

Государствеииый комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 230780.,Бюллетень Ио 27 (53) УДК 621. 313. .333(088.8) Дата опубликования описания 230780 (72) АвтОРы изобретения

A.М.Ланген, И.В.Сениковский и В.А.Соловьев (7! ) Заявитель

Московский ордена Трудового Красного Знамени текстильный институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА

АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к электро измерительной технике и может быть использовано в системах регулируемого асинхронного электропривода для измерения вращающего момента на валу электродвигателя косвенным методом.

Косвенное приближенное измерение момента в асинхронных электродвигателях (АД) может быть произведено путем измерения потока и тока статора (особенно если нет возможности измерить ток ротора, как например в АД с короткозамкнутым ротором). . Измерение потока осуществляется изме-15 рительныйи элементами, в качестве которых используются датчики Холла . или измерительные катушки, укрепленные на внутренней поверхности статора (1) .

2О

Недостатками этих устройств, является то, что размещение измерительных элементов в статоре сложно в. связи с необходимостью разборки машины, что не всегда возможно по усло-25 виям эксплуатации и снижает надежность устройств.

Известно устройство для измерения вращающего момента асинхронного . электродвигателя, основанное на реализации зависимости момента от скорости и тока ротора. Момент представляется в виде проиэведения двух сомножителей, один из которых пропорционален скорости, а другой — напряжению или току ротора (21 .

Недостатком устройства является то, что оно может использоваться только для асинхронных электродвигателей с контактными кольцами.

Известно устройство для измерения вращающего момента асинхронного двигателя, содержащее датчик электромагнитной мощности, вход которого связан с обмоткой статора электродвигателя через трансформатор тока, датчик скольжения, соединенный с датчиком электромагнитной мощности (3) .

Данное устройство является наибопее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению.

Недостатком устройства является то, что оно может применяться только в случае постоянной частоты и величины питающего двигатель напряжения и при относительно высоких частотах последнего.

Это связано с тем, что каскадный потенциометр не может моделировать

750298 потери в стали при переменных пара метрах питающего двигатель напряжения в широком диапазоне их изменения с достаточной точностью,,так как он настраивается для конкретного двигателя при определенных значениях этих параметров.

Кроме того, напряжение квадратора имеет пульсирующую форму, так что при низких частотах питающего напряжения невозможно фиксировать сигнал на выходе устройства с помощью милливольтметра.

Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей устройства.

Для этого датчик мощности выпол- 15 нен в виде последовательно соединенных первого резистора и первого дросселя, подключенных к одному из выходов трансформатора тока, второго дросселя с подмагничивающей обмот- Щ кой, подключенного ко второму выходу трансформатора тока и к обмотке первого дросселя, третьего дросселя с обмоткой подмагничивания, подключенного к общей точке первого и второго дросселей и к одному ие выводов блока выпрямления, второй вывод которого подсоединен ко второму выходу трансформатора тока, выход блока выпрямления подключен к цепи, составленной из транзистора и второго резистора, включенного в его эмиттерно-коллекторную цепь, а выход датчика скольжения подключен к базе транзистора.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства для измерения вращающего момента асинхронного электродвигателя.

Устройство содержит трансформатор тока 1, имеющий три обмотки, одна из 40 которых входная, а две другие — выходные, первый резистор 2, моделирующий активное сопротивление обмотки статора асинхронного электродвигателя,первый дроссель 3,моделирующий ин- 4 дуктивность рассеяния обмотки статора и имеющий одну основную обмотку, второй дроссель 4, моделирующий индуктивность рассеяния обмотки ротора и имеющий две обмотки, одна из которых основная, а другая — обмотка подмагничивания, третий дроссель 5, моделирующий индуктивность, соответствующую потоку взаимоиндукции машины и имеющнй также одну основную обмотку и о ну обмотку подмагниЧивания, 6 и 7 — 5 соответственно первый и второй выпрямители, 8 — резистор, моделирующий механические и аэродинамические потери двигателя, 9 и 10 — резисторы, входящие в цепочку, моделирующую эк- ф() вивалентное активное сопротивление обмотки ротора электродвигателя, 11— транзистор-, 12 — электронный импульсный датчик скольжения, 13 — импульсный электронный усилитель,14 — элект ронный преобразователь кодового напряжения в аналоговое,15 — модель эквивалентного активного сопротивления обмотки ротбра двигателя .

Первый резистор 2, дроссели 3, 4 и 5 вместе с 15 представляют собой модель Т-образной схемы замещения асинхронного электродвигателя. Изменяющееся в функции скольжения эквивалентное активное сопротивление обмотки ротора моделировано переменным сопротивлением 15, которое представляет собой двухполупериодный выпрямитель, нагруженный на резистор, параллельно.с которым включен транзистор. Резистор 8 введен в схему переменного резистора 15 для моделирования реального режима холостого хода асинхронного электродвигателя (для учета механических и аэродинамических потерь). Это обусловлено тем, что входная характеристика транзистора 11 на начальном участке имеет зону нечувствительности и при малых входных сигналах, соответствующих режиму холостого хода двигателя, транзистор 11 заперт. Сопротивление резистора 8 выбирается достаточно большим по сравнению с суммарным сопротивлением резисторов 9 и 10, так что с достаточной степенью точности можно считать, что переменное сопротивление 15 обратно пропорционально скольжению. Параметры схемы соответствуют (равны или пропорциональны) параметрам асинхронного электродвигателя. При этом устройство предполагает известность всех сопротивлений схемы замещения. Соотношение между величинами сопротивлений устройства и схемы замещения двигателя определяется мощностью последнего.

Потери в стали статора двигателя моделируются активным сопротивлением дросселя 5. Дополнительные обмотки подмагничивания дросселей позволяют иммитировать.насыщение участков магнитопровода АД. Источником питания схемы служит трансформатор тока 1, входная обмотка которого включена в фазу обмотки статора.

Обмотка подмагничивания дросселя 5 подключается к фазному напряжению двигателя

Работает устройство следующим образом.

Сигнал с датчика скольжения 12, предварительно усиленный в усилителе 13 и преобразованный в электронном преобразователе 14 в аналоговое напряжение, поступает в базу транзистора 11, изменяя эквивалентное сопротивление 15 в цепи модели в обратном отношении к скольжению. Потери в переменном сопротивлении 15 пропорциональны моменту двигателя. Момент на валу асинхронного двигателя прямо пропорционален мощности потерь в роторе 6 Р> и обратной пропорционален

750298

Формула изобретения селя с обмоткой подмагничивания, подразности угловых скоростей поля и ротора (а -и ). Сигнал, пропорциональный (у -св ) получается на выходе датчика скольжения 12. Сигнал,пропорциональный мощности д Р может быть снят любым измерителем активной мощности, 5 включенным на вход переменного сопротивления 15. Изменение насыщения зубцов ротора при увеличении тока ротора моделируется подмагничиванием дроссе ля 4 выпрямленным через выпрямитель

7 током от второй выходной обмотки трансформатора тока. Насыщение магнитного пути основного потока моделируется подмагничиванием дросселя 5 пропорционально фазному напряжению двигателя.

Расширение функциональных возможностей предлагаемого устройства по сравнению с прототипом обусловлено тем, что оно выполнено в виде модели схемы замещения асинхронного электро- о двигателя, что позволяет достаточно точно отразить физическую сущность двигателя и смоделировать реальные процессы, происходящие в нем. Расширение функциональных возможностей выражается в том, что предлагаемое устройство позволяет в отличие от прототипа измерять момент на валу двигателя при изменении частоты и величины питающего напряжения, а также 30 при изменении скольжения без дополнительной перенастройки. При этом диапазон изменения указанных параметров практически не ограничен,в .то время как рабочий диапазон прототипа 35 ограничивается областью сравнительно высоких частот. Применение устройства позволяет с достаточной достоверностью отразить процессы, происходящие в двигателе при питании его несинусоидальным напряжением (например, фиксировать их с помощью осциллографирования), что невозможно в прототипе.

Укаэанные преимущества позволяют 4 использовать предлагаемое устройство не только в качестве измерителя момента в статических режимах, но и в качестве датчика момента в системах автоматического управления частотно-регулируемым асинхронным электроприводом.

Устройство для измерения вращающего момента асинхронного электродвигателя, содержащее датчик электромагнитной мощности, вход которого связан с обмоткой статора электродвигателя через. трансформатор тока, датчик скольжения, соединенный с датчиком электромагнитной мощности, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения-функциональных возможностей устройства, дачтик мощности выполнен в виде последовательно соединенных первого резйстора и первого дросселя, подключенных к одному из выходов трансформатора тока, второго дросселя с подмагничивающей обмоткой, подключенного ко второму выходу трансформатора тока и к обмотке первого дросселя, третьего дросключенного к общей точке первого и второго дросселей и к одному из выводов блока выпрямления, второй вывод которого подсоединен ко второму выходу трансформатора тока, выход блока выпрямления подключен к цепи, состаленной из транзистора и второго резистора, включенного в его эмиттерноколлекторную цепь, а выход датчика скольжения подключен к базе транзистора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Дацковский Л.Х., Тарасенко Л.М. и др. "Синтез систем подчиненного регулирования в асинхронных электроприводах с непосредственными преобразователями частоты", "Электричество", Р 9, 1975.

2. Патент ФРГ Р 960321, кл. 42 К 7/05, 1957.

3. Патент ПНР Р 74189, кл. 42 К 1/01, 1975.

750298

Составитель В.Никаноров

Редактор В.Голышкина Техред М.Петко Корректор M.Коста

Эакаэ 4621/32 Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4