Устройство для определения частоты вращения электродвигателя постоянного тока

 

Использование: для измерения частоты вращения электродвигателя постоянного тока. Сущность: в данном устройстве при измерении частоты вращения учитывается изменение потока возбуждения. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для измерения частоты вращения электродвигателя постоянного тока. Цель изобретения повышение частоты надежности и улучшение эксплуатационных характеристик. На чертеже приведена структурная схема устройства для определения частоты вращения электродвигателя постоянного тока. Устройство содержит последовательно соединенные датчик тока якоря, первый масштабный усилитель 2, первый и второй элементы 3 и 4 сравнения, делитель 5 напряжения, интегратор 6 с парафазными выходами, первый компаратор 7 и логический элемент ИЛИ 8, ключ 9, второй компаратор 10, второй масштабный усилитель 11, дифференциатор 12, датчик 13 напряжения, последовательно соединенные датчик 14 тока возбуждения, третий масштабный усилитель 15 и блок 16 выделения модуля сигнала, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго компараторов 7 и 10, первый вход второго компаратора 10 соединен с инвеpтирующим выходом интегратора 6 с парафазными выходами, а выход соединен с вторым входом логического элемента ИЛИ 8, выход которого является выходом устройства и соединен с управляющим входом ключа 9, подключенного параллельно интегратору 6 с парафазными выходами, второй вход второго элемента 4 сравнения соединен с выходом дифференциатора 12, входом через второй масштабный усилитель 11 соединенного со входом первого масштабного усилителя 2, второй вход первого элемента 3 сравнения соединен с выходом датчика 13 напряжения, входы которого предназначены для подключения к электродвигателю 17, в якорную цепь которого подключается датчик 1 тока якоря, а в цепь обмотки 18 возбуждения датчик 14 тока возбуждения. Устройство работает следующим образом. Уравнение электромеханической характеристики электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения имеет вид: ω U_я-I_яR_яΣ-L_яΣ где U_я напряжение на якоре электродвигателя 17; I_я ток в якорной цепи; R_яΣ L_я Σ суммарное активное сопротивление и индуктивность якорной цепи; К конструктивный коэффициент; Φ магнитный поток. Устройство представляет собой электронную модель электродвигателя 17, работающую в реальном масштабе времени и описываемую уравнением: U₃ U₁₃-K₁K₂I_я, U₄= U₃-K₁K₁₁T₁₂ где U₃, U₄ выходные сигналы первого и второго элементов 3 и 4 сравнения; U₁₃ выходной сигнал датчика 13 напряжения; К₁ коэффициент передачи датчика 1 тока якоря;
К_2, К₁₁ коэффициенты передачи первого и второго масштабных усилителей 2 и 11;
Т₁₂ постоянная времени дифференциатора ₁₂. Масштаб выходных сигналов элементов устройства задается выбором коэффициента передачи К₁₃ датчика 13 напряжения, определяемого из выражения:
K₁₃= где U_13макс максимальный выходной сигнал датчика 13 напряжения;
U_ян номинальное напряжение на якоре электродвигателя 17. Сравнение сигналов на элементах 3 и 4 сравнения осуществляется при соотношении их уровней, задаваемом коэффициентами передачи первого и второго масштабных усилителей 2 и 11, выбираемых из формул:
K₂=
K₁₁=
Так как связь между потоком Φ и током возбуждения I_в задается характеристикой, в которой при малых изменениях поля Δ Φ, обусловленных нестабильностью тока I_в в цепи обмотки 18 возбуждения, сохраняется линейное соотношение
λ
Коэффициент передачи третьего масштабного усилителя 15 выбирается из соотношения:
K₁₅= где К₁₄ коэффициент передачи датчика 14 тока возбуждения. До начала вращения электродвигателя 17 до тех пор, пока на выходе второго элемента 4 сравнения не появится сигнал U₄, на обоих парафазных выходах интегратора 6 сигналы будут отсутствовать, не изменяя нулевого состояния первого и второго компараторов 7 и 10, выходные сигналы U₇ и U₁₀ которых изменяются в соответствии с выражениями:
U₇=
U₁₀= где U_k1, U_k2 выходные сигналы первого и второго компараторов 7 и 10, соответствующие уровню логической "единицы";
U₆⁺, U₆^- выходные сигналы интегратора 6 на неинвертирующем и инвертирующем выходах;
U₁₆ выходной сигнал блока 16 выделения модуля сигнала, определяемый из выражения
U₁₆ U₁₅ в котором U₁₅ сигнал уровня, соответствующего потоку возбуждения электродвигателя 17, определяемый из выражения
U₁₅ K₁₄K₁₅I_в. При этом сигнал уровня логического "нуля" на выходе логического элемента ИЛИ 8 воздействует на управляющий вход ключа 9, оставляя его в разомкнутом состоянии, а интегратор 6 парафазными выходами готовым к работе. При вращении электродвигателя 17 с выхода второго элемента 4 сравнения поступает сигнал U₄, соответствующий ЭДС, ослабляется в K_g раз делителем 5 напряжения и воздействует на вход расшунтированного интегратора 6, определяя интенсивность линейного нарастания парафазных сигналов U₆⁺ и U₆^- на его выходах. Как только сигнал U₆⁺ интегратора 6 с паpафазными выходами достигнет заданного уровня U₁₆, на выходе первого компаратора 7 появится сигнал U₇ уровня логической "единицы", проходит на выход логического элемента ИЛИ 8 и воздействует на управляющий вход ключа 9, который шунтирует интегратор 6. Выходные сигналы последнего мгновенно уменьшаются до нуля, что сразу же вызывает появление на выходе первого компаратора 7 "нулевого" сигнала, который размыкает ключ 9, после чего на парафазных выходах интегратора 6 вновь появляются линейно нарастающие сигналы U₆⁺ и U₆^-. Следовательно, при достаточно высоком быстродействии компараторов 7, 10 и ключа 9 на выходах компаратора 7 и логического элемента ИЛИ 8 появляется короткий (t₄) импульс сигнала уровня логической "единицы". На выходах интегратора 6 формируются парафазные пилообразные сигналы с периодом Т_вых, который определяет период следования импульсов выходного сигнала. Так как t_u << T_вых, то с учетом того, что Т_вых частоту импульсов сигнала U₇ на выходе первого компаратора 7 и импульсов сигнала U₈ на выходе логического элемента ИЛИ 8, соответствующую частоте вращения электродвигателя 17, можно определить по формуле
f_вых= ω где Т₆ постоянная времени интегрирования интегратора 6;
U₁₅ выходной сигнал третьего масштабного усилителя 15. Установкой величины коэффициента K_g делителя 5 напряжения частота вращения электродвигателя 17 может быть задана в любых единицах измерения и измерена на выходах либо первого компаратора 7, либо логического элемента ИЛИ 8 с помощью частотомера. При этом на выходе второго компаратора 10 при заданном вращении электродвигателя 17 сохранится сигнал логического "нуля". При изменении направления вращения электродвигателя 17 частота определяется на выходах либо второго компаратора 10, либо логического элемента ИЛИ 8, а на выходе первого компаратора 7 при этом сохранится нулевой сигнал. По наличию импульсов сигнала на выходах первого или второго компараторов 7 и 10 таким образом можно судить о направлении вращения электродвигателя 17.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащее последовательно соединенные датчик тока якоря, первый масштабный усилитель и первый элемент сравнения, датчик тока возбуждения и датчик напряжения, выход которого соединен с вторым входом первого элемента сравнения, а входы предназначены для подключения к электродвигателю, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и улучшения эксплуатационных характеристик, в него введены второй элемент сравнения, дифференциатор, второй и третий масштабные усилители, последовательно соединенные делитель напряжения, интегратор с парафазными выходами, первый компаратор и логический элемент ИЛИ, ключ, блок выделения модуля сигнала и второй компаратор, выходом соединенный с вторым входом логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом ключа, подключенного параллельно интегратору с парафазными выходами, инвертирующий выход которого соединен с первым входом второго компаратора, вторым входом соединенного с вторым входом первого компаратора и выходом блока выделения модуля сигнала, вход которого через третий масштабный усилитель соединен с выходом датчика тока возбуждения, при этом вход делителя напряжения соединен с выходом второго элемента сравнения, первый вход которого соединен с выходом первого элемента сравнения, а второй вход соединен с выходом дифференциатора, вход которого через второй масштабный усилитель соединен с выходом датчика тока якоря.

РИСУНКИ

Рисунок 1