Устройство для измерения моментанагрузки электродвигателя по-стоянного toka

 

Сеюз Сееетскик

Сецнаанстнчесник

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ оо808886

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (61 ) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 27. 09. 77 (21) 2528855/24-07 с присоединением заявки М— (23) Приоритет—

Опубликовано 280281, бюллетень И9 8

Дата опубликования описания 28 . 02. 81 >< > К„з

9 01 1 3/22

Государстаевимй конитет

СССР. по делан нзобретенив в открьпий (53) УДИ 82-83: .б21.31 .2т

:621.317

- — -- — --.(Оф8. 8) (72) Автор изобретения

В. Я. Ткаченко

Московский ордена Трудового Красного Знамени" инженерно-строительный институт им. В.В. Куйбышева (7 Ц Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ NOMEHTA

НАГРУЗКИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО

ТОКА

Изобретение относится к электроприводам, а именно к устройствам для ,определения момента нагрузки электропривсда постоянного тока, и может найти применение в области автоматического управления электроприводами, требующими регулирования момента нагрузки, например, для азтоматического управления электроприводами прокатных станов, подъемно-транспортных и землеройных машин.

Известно устройство для изменения момента нагрузки электрической машины, содержащее датчики тока магнитного потока угловой скорости (в виде тахометра), дифференцирующий и интегрирующий блоки, масштабирующий усилитель, блок вычисления, а также регистрирующие блоки $„1j .

Недостатком данного устройства as- 20 ляется необходимость размещения измерительной обмотки в зоне обмотки статора, что приводит к усложнению конструкции.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения момента нагрузки электродвигателя пос-, тоянного тока с независимой обмоткой возбуждения, содержащее датчики тока, ЭДС и блом измерения магнитного пото- 30 ка электродвигателя, блоки умножения, н суммирования, выход датчика тока включен на вход блока умножения, датчик ЭДС выполнен в виде тахометрического моста, в плечи которого включены обмотки якоря и дополнительных полюсов двигателя, и два резистора (2)., Недостатки этого устройства определяются, в основном, наличием тахогенератора и включенного последовательно с ним блока дифференцирования, что усложняет устройство, уменьшает надежность электропривода, а налйчие пульсаций. выходного напряжения тамогенератора, к тому же усиливаеьых блоком дифференцирования, уменьшает точность устройства. Наличие блока дифференцирования, помимо уменьшения помехозащищенности устройства, уменьшает также ceo точность вследствие неизбежного наличия инерционности реальных дифференцирукидих звеньев.

Тахометрический мост в этих режимах уравновешен, вследствие чего изменение напряжения преобразователя, питающего якорь двигателя, приводит к появлению на выходе тахометрического моста дополнительного сигнала, не характеризующего ЭДС двигателя

808886 и потому вызывакщего дополнительную погрешность.. о

Цель изобретения — повышение точности.

Укаэанная цель достигается тем, что известное устройство снабжено блоком деления и последовательно включенными блоком интегрирования и пропорционально-интегрирующим динамическим блоком, охваченным обратной связью, выход блока измерения магнитного потока подсоединен к блоку умножения, выход которого соединен с входом блока интегрирования, к входам блока деления подключены выходы датчика ЭДС и блока измерения магнитного потока, а его выход включен на вход пропорционально-интегрирующего блока. Датчик ЭДС снабжен переменным резистором со скользящим контактом с двумя крайними и одним промежуточным выводами, решакщим усилителем и тремя конденсаторами, два иэ которых включены параллельно резисторам тахометрического моста, а третий — между скользящим контактом и промежуточным выводом переменного резистора, крайние выводы которого соединены соответственно с выходом тахометрического моста и с выходом ре.щающего усилителя,; . а промежуточный вывод переменного резистора подключен ко входу решающего усилителя, выход которого соединен со входом блока деления.

На чертеже приведена функциональ- ная электрическая схема предлагаемого устройства.

Электропривод содержит двигатель с обмотками якоря 1 и независимого возбуждения 2, якорная 1 обмотка и обмотка 2 возбуждения подключены к источникам 3 и 4 управляемых напряжений соответственно.

Устройство для определения момен-, та нагрузки содержит датчик 5 тока, датчик б магнитного потока и датчик

7 ЭДС двигателя электропривода, блок

8 интегрирования, пропорциональноинтегрирующий блок 9, блоки 10 умножения и деления 11. Выходы датчиков

5 тока и магнитного потока 6 подключены к двум входам блока 10 умножения, выходы которого .соединены со входом блока 8 интегрирования. Выход последнего подключен ко входу установленного на выходе устройства пропорционально-интегрирующего блока 9, выход которого соединен со входом блока 8 интегрирования. Выход датчика 7 ЭДС двигателя соединен со входом блока 11 деления, вход делителя которого соединен с выходом датчика б магнитного потока, а выход блока

11 деления подключен ко входу пропорционально-интегрирующего блока 9.

Датчик 7 ЭДС двигателя электропривода выполнен в виде тахометрического моста, в плечи которого включены обмотки якоря 1 и дополнительных полюсов 12 двигателя и.два резистора 13 и

14. Датчик 7 содержит также решающий усилитель 15, дополнительный резистор

16 со скользящим контактом 17 и про» межуточным выводом 18 v. три конденсатора 19 -21, причем первый 19 и второй

20 конденсаторы подключены параллельно первому 13 и второму 14 резистсрам тахометрического моста, а третий конденсатор 21 включен между скользящим контактом 17 и промежуточным выводом 18 дополнительного резистора 162 крайние выводы 22 и 23 которого соединены соответственно с выходом та-, хометрического моста и с выходом

15 решающего усилителя 15, а промежуточный вывод 18 дополнительного резистора 16 соединен со входом решающего усилителя 15.

Напряжение на выходе устройства

20 равно:

1+Рт фТц о к м

1+ Pt 22У+Р тУ Гфтф»

Каэ К Кф2 эае Им= †и †"- масштабами иеэффиСм циент, связывакщий выходное напряжение устройства с момент том нагрузки М„в установившемся режимеф

ÒöÒèö- постоянная времени блока 8 интегрирования и пропорциональ35 но-интегрирующего блока 9; Сфцф- время изодрома блока 9;

К, К,в- масштабные коэффици40 енты датчиков тока 5 и магнитного потока 6;

К вЂ” передаточный коэффи

l1 циент блока 10 умножения.

Для реализации уравнения (1) постоянная времени блока 8 интегрирова-. ния выбирается из условия Kcsэеии»

К,к С С

50 где 3 - приведенный момент инерции двигателя

К е - масштабный коэффициент датчика 7 ЭДС у К д - передаточный коэффициент блока 11 деления;

С, С м — конструктивные постоянные двигателя.

Как следует иэ уравнения (1) устройство для определения момента нагрузки электропривода представляет собой динамическое звено второго по-, рядка. Введя обозначения

1 Ено >с

ТТе «и 21ТеТйи

808886 и двух полюсов передаточной функции ц устройства, которые при ei1 являются комплексными сопряженными:

Г,1 -ы. (-;.1Ч-а-), где ) К-Т, а при 8,>1 полюсы вещест15 венны и определяются зависимостями:

ran=dc(а+Я -< )i

%q Рд, — м 1 ъ Re,- >.(-а- /с"-1 ) 20

35 что соответствует значениям 1/Ис >t n >

О, 302/сд при изменении 8, в пределах

5/3<4<5 (или изменении и в пределах 0,1> > О, 01.) .

Задаваясь требуемым значением времени процесса,, можно определить требуемые значейия Я, или и из выраженийг

1 тахометрический мост не является беэи нерционным звеном, а при отсутствии конденсаторов 19 и 20 неизбежно влияние изменения напряжения О(источника 3 на выходное напряжение тахометрического моста,.следствием чего является появление динамической ошибки определения ЭДС двигателя и момента нагрузки электропривода.

Введение конденсаторов 19 и 20 позволяет исключить влияние напряже:ния 0„ источника 3 управляемого напряжения на выходное напряжение тахометрического моста при выборе вели- . чин этих конденсаторов в соответствии с зависимостями:

4я

С1 я

Введение решающего усилителя 15, дополнительного резистора 16 со скользящим контактом 17 и промежуточным выводом 18 и третьего конденсатора 21 (Сz) обеспечивает безинерционность датчика 7 ЭДС двигателя электропривода.

Э 4 tn+ c,.

2 tnHc 6

1Ю:Р

tn AC. что позволяет обеспечить соответст- 60 вие качества переходного процесса предъявляемым к нему требованиям.

При этом устройство обеспечивает нулевую установившуюся ошибку онределения момента нагрузки как при отупея- 65 где <оси Г - собственная частота недемпфированных колебаний и относительный коэффициент демпфирования.

Изменение выходного напряжения устройства Оь,,(в функции момента нагрузки электропривода Nn существенно зависит от величин и взаимного расположения нуля:

43С

Относительное расстояние межцу первым полюсом и нулем характеризуется зависимостью: а- ГР-s а

Переходный процесс при условии а б 0,1 практически монотонный и определяется только. вторым (дальним от мнимой оси) вещественным полюсом, а время с переходного процесса (при пятипроцентной точности) определяется зависимостью: . а также непосредственно требуемое время изодрома Фиц

28. л + n Мц Ъ > т — —, т чатом изменении этого момента, так и при линейном его изменении °

Установившаяся ошибка по -ускорению,( соответствующая параболическому характеру изменения момента нагрузки при ускорении изменения момента, имеет при этом конечное значение, определяемое выражением:

Q с

Выбором величины ЭДС эта ошибка может быть сведена к допустимому уровню. Обеспечению высокой точности способствует также выполнение датчика 7 ЭДС двигателя электропривода.

Статическое равновесие тахометрического моста обеспечивается выбором активных резисторов его плечг где R R> -сопротивления. первого 13 и второго 14 резисторов тахометрического моста

R,,R -сопротивления обмоток

* якоря 1 и дополнительных полюсов 12 двигателя электропривода;

L, L*- индуктивности обмоток

1И12.

Как известно, даже при выполнении условия статического равновесия тахо.метрического моста вследствие наличия индуктивностей s цепи якоря н

При " > " - скользящий контакт 17 устанавливается справа от промежуА %

808886 где R,, й9 — сопротивления левой (между выходом тахометрического моста и промежуточным выводом 20

18) и правой (между промежуточным выводом

18 и выходом решающего усилителя 15) частей дополнительного резисто- 25 ра 16, обеспечивается беэинерционная связь между ЭДС двигателя и выходом датчика этой ЭДС через масштабный коэффициент К, благодаря чему исключается дополнительная ошибка определения

ЭДС и момента нагрузки электропривода в динамических режимах.

Аналогично при ф4. с ф — скользящий контакт 17 устайавливается слева от промежуточного вывода 18 с коэффициентом деления /5 левой части дополнительного резистора 16 (между выходом тахометрического моста и промежуточным выводом 18).

Таким образом, предлагаемое уст- 40 ройство при указанном выборе его параметров позволяет повысить точность определения момента нагрузки электропривода в статическом и динамическом режимах, обеспечивая нулевые статическую и скоростную ошибки и возможность уменьшения ошибки по ускорению изменения момента до величины, меньшей допустимой, а также возможность минимизации времени переходного ЗО процесса при практически монотонном его характере. Кроме того, учет величин магнитного потока двигателя электропривода позволяет исключить влияние изменения этого потока на точность on-эб ределения момента нагрузки. Предлагаемое выполнение входящего в устройство датчика ЭДС также обеспечивает повышение точности за счет исключения влияния напряжения источника питания якорной цепи двигателя на вы- 40 ходкое напряжение датчика ЭДС и эа счет обеспечения безинерционностн этого датчика. При этом существенно уменьшается влияние изменения сопротивления якорной цепи двигателя на точ- 65 эящим контактом с двумя крайними и одним промежуточным выводами, решающим. усилителем и тремя конденсаторами, два из которых включены парал» лельно резисторам тахометрического моста, а третий - между скользящим контактом и промежуточным выводом переменного резистора, крайние выводы которого соединены соответственно с выходом тахометрического моста и с выходом решающего усилителя, а промежуточный вывод переменного резистора подключен ко входу решающего усилителя, выход которого соединен со входом блока деления. точного вывода 18 с коэффициентом деления 0(, правой части резистора 16 (между промежуточным выводом 18 и выходом решающего усилителя 15). При этом выходное напряжение решающего усилителя 15 характеризуется зави,симостью! Uy RgE

При выборе параметров Сэ .OCf. ВЦ .

R y в соответствии с зависимостями: ность, поскольку,в отличие оТ извест-. ного устройства параметры предлагаемого устройства (в датчике ЭДС)выбираются пропорциональными не абсолютным значениям параметра этой цепи, а разности и отношению параметров обмоток якоря и дополнительных полюсов, изменение которых меньше их абсолютных изменений вследствие близости температурных режимов этих обмоток.

Формула изобретения

1.. Устройство для измерения момента нагрузки электродвигателя постоянного тока с независимой обмоткой возбуждения, содержащее датчики тока, ЭДС и блок измерения магнитного потока электродвигателя, блоки умножения и суммирования, выход датчика тока включен на вход блока умножения, датчик ЭДС выполнен в виде тахометрического моста, в плечи которого включены обмотки якоря и дополнительных полюсов двигателя, и два резистора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, устройство снабжено блоком деления и последовательно включенными блоком интегрирования и пропорционально-интегрирующим динамическим блоком, охваченным обратной связью, выход блока измерения магнитного потока подсоединен к блоку умножения, выход которого соединен с входом блока интегрирования, к входам блока деления подключены выходы датчика ЭДС. и блока измерения магнитного потока, а его выход вклю" чен на вход пропорционально-интегрирующего блока.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что датчик ЭДС снабжен переменным резистором со сколь.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2394586, кл. G 01 L 3/22, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

9 420893, кл. g 01 Ь 3/22, 1972.

808886

Составитель В. Никоноров

Редактор М. Иитровка ТехредМ. Голинка КорректорН. Григорук

Закаэ 399 4 Тираж 9Щ Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная,