Устройство для определения статического момента двигателя

 

Сущность изобретения: устройство содержит 1 датчик частоты вращения (8), 2 сумматора (10, 12), 1 регулятор (13), 1 модель

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 1 3/10

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4925120/10 (22) 03.04.91 (46) 23.01.93. Бюл. N 3 (71) Одесский политехнический институт (72) Алхаджи Ахмад (SA) и Н.К.Шапарев (SU) (56) Авторское свидетельство СССР

N 838446, кл. G 01 L 3/00, 1981.

Авторское свидетельство СССР

¹ 964347, кл. G 01 L 3/00, 1982, (54) У СТ P О Й С Т В О ДЛ Я О П P ЕД ЕЛ Е Н И Я

СТАТИЧЕСКОГО МОМЕНТА ДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения статического момента асинхронного двигателя в системах адаптивного управления металлорежущими станками.

Известно устройство для измерения момента электродвигателя, в котором содержится усилитель и апериодическое звено, выход которого соединен с первым входом усилителя, на вторые входы усилителя и апериодического звена подключен датчик частоты вращения, а третий вход апериодического звена подсоединен к устройству для измерения активного момента.

Недостатком известного устройства является ограниченная область применения, поскольку оно неработоспособно при использовании асинхронного двигателя в качестве привода главного движения в системах адаптивного управления металлорежущими станками.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения статического момента электродвигателя, в котором якорь испытуемого двигателя представлен сумматором и интег„„5U„„1789887 А1 (57) Сущность изобретения: устройство содержит 1 датчик частоты вращения (8), 2 сумматора (10, 12), 1 регулятор (13), 1 модель (11) электромеханической части ротора асинхронного двигателя, 1 асинхронный двигатель (2), 1 трансформатор напряжения (1), 1 блок выпрямления (3), 1 датчик частоты сети (4), 2 преобразователя напряжения в частоту(5, 7), 1 блок преобразования разности частот (6), 1 блок вычисления момента (9), 1 — 3 — 5 — 9, 1 — 4 — 6 — 9 — 10 — 11 — 12 — 13, 2 — 8 — 7—

6 — 9.1 ил, ратором, причем на входы сумматора подключены датчики электромагнитного и статического момента, на первый вход модели якоря, представленный сумматором, подключен датчик тока якоря двигателя постоянного тока, выход сумматора подключен к входу интегратора, выход которого совместно с выходом датчика частоты вращения подключен к сумматору, соединенному через регулятор со вторым входом сумматора модели якоря, Недостатком известного устройства является невысокая точность измерений, а также ограниченная область применения, поскольку оно предназначено лишь для электродвигателя постоянного то-, ка и не может быть использовано для измерения статического момента наиболее широко применяющихся в станкостроении приводов главного движения на асинхронных электродвигателях с короткозамкнутым ротором, Цель изобретения — повышение эффективности за счет возможности определения статического момента асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и увеличения точности.

1789887

25

45

55

Поставленная цель достигается тем, что в устройство йведены трансформатор напряжения, вторичная обмотка которого подключена к входам блока выпрямления и датчика частоты сети, выход блока выпрямления подключен ко входу преобразователя напряжения в частоту, на второй вход преобразователя напряжения в частоту подключен ис р ник постоянного напряжения, выход датчика частоты сети подключен к первому "входу устройства преобразования разности частот, второ@ вход которого соединен с выходом преобразователя напряжения в частоту, связанного с тахогенератором, выход устройства преобразователя разности частот подключен ко входу вычислителя момента, состоящего из двух последовательно включенных интеграторов с ключами сброса, выход преобразователя напряжения в частоту соединен с ключами сброса интегратора через блок задержки и с ключом передачи информации, который подключен между выходом второго интегратора и входом устройства выборкихранения, на выходе которого получаем сигнал,пропорциональный полному моменту двигателя. Существенными отличиями предлагаемого устройства является введение новых блоков и взаимосвязей.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства, Устройство содержит трансформатор 1 напряжения, асинхронный двигатель 2, блок выпрямления 3, датчик частоты 4, преобразователь 5 напряжения в частоту ПНЧ1. состоящий из нуль-органа 5 — 1 и интегратора 5 — 2, формирователя импульсов

5-3, ключа 5-4 сброса, устройство 6 преобразования разности частот, преобразователя 7 напряжения в частоту ПНЧ-2, датчик частоты вращения 8, вычислитель 9 момента, состоящий из двух последовательно включенных интеграторов 9 — 1 и 9 — 2 с ключами 9 — 3 и 9 — 4 сброса, блока 9 — 5 задержки и ключа 9 — 6 передачи информации, устройства 9 — 7 выборки-хранения, второй сумматор 10, модель 11 электромеханической части ротора АД2, первый сумматор 12, ПИ регулятор 13. Причем, трансформатор напряжения 1 связан первичной обмоткой со статором асинхронного двигателя 2, вторичная обмотка трансформатора 1 подключена ко входам блока выпрямления 3 и датчика

1.. частоты сети 4, выход блока выпрямления 3 подключен ко входу преобразователя 5 напряжения в частоту ПНЧ-1 (к первому входу нуль-органа 5 — 1), ко второму входу преобразователя 5 напряжения в частоту (вход интегратора 5 — 2) подключен источник постоянного напряжения Uo, выход интегратора 5 — 2 подключен ко второму входу нуль-органа 5-1, выход последнего соединен через формирователь импульсов 5-3 с ключом 5 — 4 сброса, Выход датчика 4 частоты сети подключен к первому входу устройства 6 преобразования разности частот, а второй его вход подключен к выходу преобразователя 7 напряжения в частоту ПНЧ-2, питающемуся от тахогенератора 8. Выход устройства 6 преобразования разности частот подключен ко входу вычислителя 9 момента, состоящего из двух последовательно включенных интеграторов 9-1 и 9-2 с ключами 9 — 3 и 9 — 4 сброса. Выход преобразователя 5 напряжения в частоту ПНЧ-1 соединен через блок задержки 9-5 с ключами 9 — 3 и 9-4 сброса и непосредственно с ключом 9-6 передачи информации, который подключен между выходом второго интегратора 9 — 2 и входом устройства 9 — 7 выборкихранения, выход которого подключен через второй сумматор 10 ко входу модели 11 электромеханической части ротора асинхронного двигателя, Выход датчика частоты вращения (тахогенератора) 8 подключен совместно с выходом модели 11 к первому сумматору 12, а выход последнего подключен через ПИ-регулятор 13 совместно с устройством выборки-хранения 9 — 7 ко второму сумматору 10, На фиг.2 показана временная диаграмма работы устройства, на которой;

U< — синусоидальное напряжение, подводимое к статору асинхронного двигателя;

U>cp — среднее значение напряжения на выходе блока выпрямления;

Uz — напряжение на выходе интегратора

5 — 2;

U — напряжение на выходе нуль-органа

5 — 1;

Urc, U

U gf — напряжение, пропорциональное частоте тока ротора двигателя;

Ои1, U>2 — напряжения на выходах интеграторов 9 — 1 и 9 — 2 соответственно;

U> — напряжение, пропорциональное статическому моменту двигателя, Работа устройства основана на реализации преобразованной формулы момента асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в функции его параметров.

Для практических расчетов пользуются упрощенной формулой момента асинхронного двигателя, в основу которой положено допущение, что активное сопротивление обмотки статора асинхронного двигателя

R<=0, тогда

1789887 ние, R3

В +(Х1+Х2 12 (3) 50

M= (1) — +—

Як S где М» — критический момент двигателя, 3U) 2Wo(R1+ R + Х1+X2 ) S, S» — текущее и критическое скольжеWo — угловая скорость.

Преобразуя (I)

М 2MKSSK

82 + 82 и полагая S «S», после пренебрежения членом второго порядка малости, получим

M =2Мк —.

S (4)

SK

Эта линейная часть характеристики является ее рабочей частью, на которой двигатель обычно работает в установившемся режиме, Подставляя в (4) значение М» из (2) и принимая, что R1 = О, получим

2.301S (5)

2W.RJ и после преобразований момент двигателя будет равен

М = КМU1 ДW, (6) где KM = 3/R 2 Рl о; Л W= Wo — W.

Устройство, реализующее формулу (6), работает следующим образом, На первый вход преобразователя 5 (интегратор 5 — 2) напряжения в частоту ПНЧ-1 поступает постоянный сигнал Uo.

На выходе интегратора 5 — 2 будет действовать напряжение (фиг.2,а); т

U2 = f dt = 0оТ/Ти1, Т« где Т,1 = R1C2 — постоянная времени интегрирования.

Обозначив Uo/Ò 1 = Uo/R1C1 = К = const, получим U2 = КТ.

Со вторичной обмотки трансформатора

1 напряжения подается синусоидальное напря>кение U1 (фиг.2,6) на вход блока выпрямления 3, на выходе которого будет действовать напряжение 01ср (фиг.2,в)

U1 p = — 01.

Напряжение U2 с выхода интегратора 5-2 и

U1cp С ВЫХОда бЛОКа ВЫПряМЛЕНИя 3 ПОСтупают на входы нуль-органа 5 — 1, который в моменты равенства их нулю формирует импульсы напряжения О, (фиг.2,г) определен10

45 ной длительности через формирователь импульсов 5 — 3, который соединен с ключом

5 — 4 сброса для его замыкания, На выходе преобразователя 5 формируется напряжение в виде импульса, передний фронт которого совпадает с задним фронтом напряжения 0<. На выходе датчика частоты сети 4,питающегося от вторичной обмотки трансформатора 1 напряжения, формируетсЯ сигнал Ufc с частотой fc (фиг,2д), постУпающий на первый вход устройства 6 преобразования разности частот, На выходе преобразователя 7 напряжения в частоту

ПНЧ-2, питающегося от тахогенератора 8, формируется сигнал Uf«с частотой foc обратной связи (фиг.2,е),поступающий на второй вход устройства 6 преобразования разности частот, Сигнал U с выхода устройства 6 преобразования разности частот пропорционален частоте тока ротора (фиг.2,ж), поступает на вход вычислителя момента, состоящего из двух соединенных последовательно интеграторов 9 — 1 и 9 — 2.

Конечное значение напряжения U»K на интервале интегрирования Т (фиг.2,з) равно

1 т

0и1к = —, 0 Д1 dt =0 Д фТIТи2, Т2 о

ГдЕ Ти2 = Я2С2 ПОСтсяННая ВРЕМЕНИ ИНтЕГрирования интегратора 9 — 1.

Сигнал U» поступает на вход интегратора 9 — 2. Конечное значение напряжения на выходе интегратора 9 — 2

Т

0и2к = / 0и1к dt = 0и1кТIТиз

"из

=0 ДfT /Ти2ТиЗ, где Тиз = ВзСз — постоянная времени интегрирования интегратора 9-2.

Сигнал 0 2 с выхода интегратора 9 — 2 поступает через ключ 9 — 6 передачи информации на вход устройства 9 — 7 выборки-хранения, Выход преобразователя 5 напряжения в частоту ПНЧ-1 соединен с ключами 9 — 3 и

9 — 4 сброса через блок задержки 9-5 с пере— PT даточной функцией е, и непосредственно с ключом 9 — 6 передачи информации.

Блок задержки 9 — 5 обеспечивает сдвиг во времени работы ключа 9 — 6 передачи информации (t 1 ) и ключей 9 — 3 и 9 — 4 сброса (г), запаздывание на время т > т1 необходимо для того, чтобы при замыкании ключа передачи информации 9 — 6 устройство 9 — 7 выборки-хранения точно запомнило переданный с интегратора 9 — 2 сигнал U 2 (фи г.2, и).

Конечное значение напряжения на входе устройства выборки-хранения будет

1789887

Си к Ки0 гТ, г где Ки = 1/Ти2 Тиз, (3 Д = Ufc Ufoc

Ug, -ОД

T= К0«р- период выходных импульсов.

Устройство выборки-хранения запоминает и хранит значение сигнала U>z и на выходе формируется сигнал UM, пропорциональный полному моменту двигателя согласно (6).

Выходной сигнал датчика полного момента двигателя 0м поступает совместно с сигналом UMc через второй сумматор 10 на вход модели 11 электромеханической части ротора, в виде напряжения, определяющего динамический момент двигателя

UMp, = 0м — UMc

На выходе модели 11 получаем сигнал

UwM, пропорциональный угловой скорости двигателя

UwM= f UMpdt. о

Для определения сигнала Омс, пропорционального статическому моменту, найдем разность сигналов

U Qw = UwM Uwp,.

Сигнал U g с выхода сумматора 12 поступает на вход ПИ-регулятора 13, имеющего следующую передаточную функцию

UBb+Ix P) Тр + 1

ОЛW(P) Т Р

=тогда

Овых(Р) = U „„(Р) тр +1 т1р после преобразований

Формула изобретения

Устройство для определения статического момента двигателя, содержащее датчик частоты вращения, выход которого связан с первым входом первого сумматора, к вторбму входу которого подключен выход модели двигателя, выход первого сумматора соединен через регулятор с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока выборки-хранения, отличающееся тем,что, с целью повышения эффективности за счет возможности определения статического момента асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и увеличения точности, в него введены трансформатор напряжения, блок выпрямления, датчик частоты сети, два преобразователя напряжения в частоту, блок преобразования разности частот, блок вычисления момента, состоящий

1 Т

0вых(Р) = — „) U „„бт+ — U,,, где Т, T> — постоянные времени.

Для приводов, имеющих линейную механическую характеристику, момент будет равен мри) = ppw ю1), где P — коэффициент жесткости, 10

Преобразуя уравнения привода

M(W) — Mc(W) = J получим

Т +W=Wo М., dW 1 ос где Tì — электромеханическая постоянная времени.

В установившемся режиме = 0

dW от тогда

20. М, = Р(а/, Wy), т,е. Мс пропорционален ЛW.

Таким образом сигнал Utg(x, формируемый на выходе регулятора 13, пропорционален статическому моменту двигателя

1 Т

0вых = Uvc = 1-,) U gw dr+ — U,щ

Т1 o Т1

Эффективность данного устройства определяется обеспечением возможности измерения статического момента асинхронного двигателя и повышением точности измерения в системах адаптивного управления металлорежущими станками.

Это позволяет рационально нагрузить металлорежущий инструмент и повысить производительность металлообработки. из двух последовательно соединенных интеграторов с ключами сброса, блока задержки, ключа передачи информации и блока выборки-хранения, а также источник постоянного напряжения, при этом вторичная обмотка трансформатора напряжения подключена к входам блока выпрямления и датчика частоты сети, выход блока выпрямления подключен к одному входу первого преобразователя напряжения в частоту, к другому входу которого подключен источник постоянного напряжения, выход датчика частоты сети соединен с первым входом блока преобразования разности частот, второй вход которого соединен с выходом второго преобразователя напряжения в частоту, связанного с датчиком частоты вращения, выход блока преобразования разности частот подключен к входу блока вычисления момента, выход первого преоб10

1789887

Составитель А. Кулакова

Техред М,Моргентал Корректор Н,Гунько

Редактор Т.Иванова

Заказ 345 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 разователя напряжения в частоту соединен через блок задержки с ключами сброса интеграторов и непосредственно — с ключом передачи информации, который включен между выходом второго интегратора и входом блока выборки-хранения.

Устройство для определения статического момента двигателя Устройство для определения статического момента двигателя Устройство для определения статического момента двигателя Устройство для определения статического момента двигателя Устройство для определения статического момента двигателя 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для сигнализации о достижении предельно го крутящего момента на вращающемся валу

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерениях крутящего момента вращающихся механизмов на различных частотах вращения

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для контроля асинхронных электродвигателей в электроприводных буровых установках, прокатных станах и т.д

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения или регулирования крутящего момента в установках со значительными располагаемыми и потребляемыми мощностями, например, на морских судах для измерения крутящего момента на валах гребных винтов, на валах прокатных металлургических станов, на валах несущего ротора вертолета, на валу газоперекачивающего агрегата, на валу редуктора турбо-винтового авиационного двигателя и т.д

Изобретение относится к измерительной технике и может бытъ использовано для графического контроля характера неравномерности распределения в течение периода вращения крутящего момента активных и тормозящего момента пассивных вращающихся объектов

Изобретение относится к области измерений кутящих моментов на тормозном валу, а также углов рассогласования вращающихся валов и может быть использовано в следящих приводах, а также для измерений мгновенных значений крутящих моментов в фиксированных положениях вращающегося вала

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и используется для непрерывного бесконтактного измерения параметров вращающегося вала при определении эффективной мощности

Изобретение относится к автомобилестроению, а именно к рулевым приводам с сервомеханизмами в качестве устройства для бесконтактного измерения крутящего момента рулевого вала в системе управления электромеханическим усилителем руля

Изобретение относится к автомобилестроению и может использоваться в качестве датчика для бесконтактного измерения крутящего момента рулевого вала в системе управления электромеханическим усилителем руля

Изобретение относится к автомобилестроению, а именно к рулевым приводам с сервомеханизмами и может использоваться в качестве датчика для бесконтактного измерения крутящего момента рулевого вала в системе управления электромеханическим усилителем руля

Изобретение относится к технике измерения крутящих моментов между двумя соосными валами

Устройство для определения статического момента двигателя

Наверх