Устройство для ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя
Владельцы патента RU 2259003:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова" (RU)
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя. Техническим результатом является повышение точности и надежности ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя и помехозащищенности. Устройство для ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя содержит коммутатор, трансформатор тока и трансформатор напряжения, включенные в статорную цепь электродвигателя, и усилитель. В него введены два согласующих устройства, мост постоянного тока, в одни плечи которого включены образцовые резисторы, а в противоположные плечи - опторезисторы резисторных оптопар. Выход трансформатора тока через первое согласующее устройство подсоединен к фотодиоду первой резисторной оптопары, выход трансформатора напряжения через второе согласующее устройство подключен к фотодиоду второй резисторной оптопары. Выход источника постоянного напряжения подсоединен к диагонали питания моста постоянного тока, выходная диагональ которого подключена к входу усилителя, выход которого через пороговое устройство подсоединен к входу коммутатора. 2 ил.
Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводу, и может быть использовано для ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя.
Известно устройство для ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя, содержащее коммутатор, трансформатор напряжения и трансформатор тока, включенные в статорную цепь асинхронного электродвигателя, фазовращатель, соединенный с трансформатором тока, причем выход трансформатора напряжения подключен к первым входам формирователя временного интервала, фазовременного преобразователя и к входу задатчика уровня, выход которого подсоединен ко второму входу формирователя временного интервала, выход фазовращателя соединен со вторым входом фазовременного преобразователя, выход которого соединен с первым входом схемы И, второй вход которой подключен к выходу формирователя временного интервала, а выход схемы И подключен к входу триггера, выход которого соединен с входом коммутатора [1].
Недостатками указанного устройства являются низкая надежность и невысокая точность, обусловленные его сложностью.
Известно устройство для ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя, содержащее коммутатор, трансформатор напряжения и трансформатор тока, включенные в статорную цепь асинхронного электродвигателя, три формирователя импульсов, преобразователя переменного напряжения в постоянное, два интегратора, элемент ИЛИ-НЕ, два RS-триггера и пороговый элемент, причем выход фазовращателя через первый формирователь импульсов соединен с S-входом первого RS-триггера и с первым входом элемента ИЛИ-НЕ, выход трансформатора напряжения соединен с входом второго формирователя импульсов и через преобразователь переменного напряжения в постоянное - с первым входом третьего формирователя импульсов, выход второго формирователя импульсов через первый интегратор подключен ко второму входу третьего формирователя импульсов, выход которого соединен с S-входом второго RS-триггера и со вторым входом элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с R-входом первого и второго RS-триггеров, выходы которых соединены с первым и вторым входами второго интегратора, выход которого через пороговый элемент соединен с входом коммутатора [2].
Недостатками указанного устройства являются низкая надежность и невысокая точность ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя, обусловленные его сложностью.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является устройство для ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя, содержащее коммутатор, трансформатор напряжения и трансформатор тока, включенные в статорную цепь электродвигателя, фазовращатель, соединенный с трансформатором тока, два ограничителя, схему сравнения и усилитель, причем выходы трансформатора напряжения и фазовращателя подключены соответственно к входам первого и второго ограничителей, выходы которых подсоединены к первому и второму входам схемы сравнения соответственно, выход которой через усилитель подключен к входу коммутатора [3].
Однако указанное устройство имеет низкую помехозащищенность и невысокую точность, которая определяется формой и амплитудой сигналов на выходе фазовращателя и трансформатора напряжения, параметрами ограничителей, колебанием напряжения питания электродвигателя.
Заявляемое изобретение решает задачу создания устройства, лишенного вышеперечисленных недостатков. Техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого изобретения, является повышение точности и надежности ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя путем использования информации о потребляемой электродвигателем активной мощности, прямо пропорциональной крутящему моменту на валу электродвигателя и уравнения равновесия моста постоянного тока для сравнения действительного и заданного значений крутящего момента, а также повышения помехозащищенности устройства благодаря введению оптических связей.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство для ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя, содержащее коммутатор, трансформатор напряжения и трансформатор тока, включенные в статорную цепь электродвигателя, и усилитель, введены два согласующих устройства, мост постоянного тока, в первое и третье противоположные плечи которого включены первый и второй образцовые резисторы соответственно, а во второе и четвертое противоположные плечи - опторезисторы первой и второй резисторных оптопар соответственно, выход трансформатора тока через первое согласующее устройство подсоединен к фотодиоду первой резисторной оптопары, выход трансформатора напряжения через второе согласующее устройство подключен к фотодиоду второй резисторной оптопары, выход источника постоянного напряжения подсоединен к диагонали питания моста постоянного тока, выходная диагональ которого подключена к входу усилителя, выход которого через пороговое устройство подсоединен к входу коммутатора.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство для ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя отличается тем, что в него введены два согласующих устройства, мост постоянного тока, в первое и третье противоположные плечи которого включены первый и второй образцовые резисторы соответственно, а во второе и четвертое противоположные плечи - опторезисторы первой и второй резисторных оптопар соответственно, выход трансформатора тока через первое согласующее устройство подсоединен к фотодиоду первой резисторной оптопары, выход трансформатора напряжения через второе согласующее устройство подключен к фотодиоду второй резисторной оптопары, выход источника постоянного напряжения подсоединен к диагонали питания моста постоянного тока, выходная диагональ которого подключена к входу усилителя, выход которого через пороговое устройство подсоединен к входу коммутатора.
Таким образом, заявляемое устройство для ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя соответствует критерию «новизна».
Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволяет выявить в них признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа. Это позволяет сделать вывод о соответствии критерии «изобретательский уровень».
На фиг.1 приведена структурная электрическая схема устройства для ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя.
Устройство для ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя содержит электродвигатель 1, трансформатор тока 2, трансформатор напряжения 3, источник постоянного напряжения 4, мост постоянного тока 5, два постоянных резистора 6, 7, две резисторные оптопары 8, 9, два согласующих устройства 10, 11, усилитель 12, пороговое устройство 13 и коммутатор 14.
Электродвигатель 1 через трансформатор тока 2 и коммутатор 14 подсоединен в трехфазную питающую сеть, к двум фазам которой подключен трансформатор напряжения 3. Выход источника постоянного напряжения 4 подсоединен к диагонали питания моста постоянного тока 5. В первое и третье противоположные плечи моста постоянного тока 5 включены первый и второй постоянные резисторы 6 и 7 соответственно. Во второе и четвертое противоположные плечи моста постоянного тока 5 включены фоторезисторы первой и второй резисторных оптопар 8 и 9 соответственно. Выход трансформатора тока 2 через первое согласующее устройство 10 подсоединен к фотодиоду первой резисторной оптопары 8. Выход трансформатора напряжения 3 через второе согласующее устройство 11 подключен к фотодиоду второй резисторной оптопары 9. Выходная диагональ моста постоянного тока 5 подключена к входу усилителя 12. Выход усилителя 12 через пороговое устройство 13 подсоединен к входу коммутатора 14.
Устройство для ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя работает следующим образом. На выходах трансформатора тока 2 и трансформатора напряжения 3 снимаются сигналы, значения которых зависят от величины потребляемого электродвигателем тока и напряжения питания соответственно. Сигнал с выхода трансформатора тока 2 подается на вход согласующего устройства 10. На фиг.2 приведена схема электрическая принципиальная согласующих устройств 10 и 11. Согласующие устройства 10 и 11 обеспечивают работу резисторных оптопар 8 и 9 соответственно на линейном участке характеристики. От источника питания через светодиоды резисторных оптопар задается некоторый начальный ток, благодаря чему рабочие точки характеристик оптопар выводятся на линейные участки [4]. Выходной сигнал согласующего устройства 10 поступает на фотодиод оптопары 8, изменения светового потока которого изменяют сопротивление фоторезистора оптопары R2 согласно выражению
R2=kТ·Im, (1)
где kT - коэффициент передачи канала тока; Im - амплитуда потребляемого электродвигателем тока.
kT=k2·k8·k10, (2)
где k2, k8, k10 - коэффициенты передачи трансформатора тока 2, резисторной оптопары 8 и согласующего устройства 10 соответственно.
Сигнал с выхода трансформатора напряжения 3 поступает на вход согласующего устройства 11, выходной сигнал которого подается на фотодиод оптопары 9, изменения светового потока которого изменяют сопротивление фоторезистора оптопары R4 согласно выражению
R4=kH·Um, (3)
где kH - коэффициент передачи канала напряжения, Um - амплитуда питающего напряжения.
kH=k3·k9·k11, (4)
где k3, k9, k11 - коэффициенты передачи трансформатора напряжения 3, резисторной оптопары 9 и согласующего устройства 11 соответственно.
Источник постоянного напряжения 4 предназначен для питания моста постоянного тока 5, с помощью которого выполняется сравнение действительного значения крутящего момента MD с его заданным значением M3.
Уравнение моста постоянного тока 5 имеет вид [5] R1·R3=R2·R4 (5)
Левая и правая части выражения (5) определяют соответственно задание и действительное значения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя. Используя (1) и (3) выражение (5) запишем в виде: R1·R3=k·Im·Um, (6)
где k=kT·kH.
С выходной диагонали моста постоянного тока 5 сигнал поступает на вход усилителя 12, с выхода которого усиленный сигнал через пороговое устройство 13 подается на вход коммутатора 14.
Если М3=МD, мост постоянного тока 5 уравновешен, сигнал на его выходной диагонали равен нулю. В этом случае выходной сигнал усилителя тоже равен нулю и на выходе порогового устройства 13 снимется сигнал, который подается на коммутатор 14 и разрешает включение электродвигателя.
Введение новой совокупности признаков позволяет повысить точность и надежность ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя благодаря использованию сигнала о величине потребляемой электродвигателем мощности, прямо пропорциональной крутящему моменту, а также благодаря использованию уравнения (6) равновесия моста постоянного тока 5 для сравнения действительного значения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя с его заданным значением, а введение в устройство оптических связей позволяет повысить помехозащищенность устройства и его надежность.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №817955, Кл. Н 02 Р 5/28, 1978.
2. Авторское свидетельство СССР №1056351, Кл. Н 02 Р 5/28, 1982.
3. Патент Швеции №376128, Кл Н 02 h 7/085, 1976 (прототип).
4. Иванов В.И., Аксенов А.И., Юшин А.М. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы. Справочник. М: Энергоатомиздат, 1984.
5. Байда Л.И., Добротворский Н.С., Оршанский Д.Л., Пчелинская С.Н., Разумовский Е.А., Свирский Е.А., Фремке А.В. Электрические измерения. Государственное энергетическое издательство, Ленинград, 1950.
Устройство для ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя, содержащее коммутатор, трансформатор напряжения и трансформатор тока, включенные в статорную цепь электродвигателя, и усилитель, отличающееся тем, что в него введены два согласующих устройства, мост постоянного тока, в первое и третье противоположные плечи которого включены первый и второй образцовые резисторы соответственно, а во второе и четвертое противоположные плечи - опторезисторы первой и второй резисторных оптопар соответственно, выход трансформатора тока через первое согласующее устройство подсоединен к фотодиоду первой резисторной оптопары, выход трансформатора напряжения через второе согласующее устройство подключен к фотодиоду второй резисторной оптопары, выход источника постоянного напряжения подсоединен к диагонали питания моста постоянного тока, выходная диагональ которого подключена к входу усилителя, выход которого через пороговое устройство подсоединен к входу коммутатора.
