Устройство для определения и контроля постоянных времени

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сок)з Соеетаких

Социалиотичеоких

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 17. тих(1.1969 (№ 1350282/18-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Комитет по делам изобретений и открытиИ ори Совете Миниотрое

СССР

МПК G 05Ь 23/02

G 06(15/46

УДК 621.317.757(088.8) Опубликовано 08.Х11,1970. Бюллетень ¹ 1 за 1971

Дата опубликования описания 2.((.1971

Авторы изобретения

В. В. Злакоманов, E. Н. Любин и Б. С. Яковлев

Заявитель

Челябинский политехнический институт

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ

ПОСТОЯННЫХ ВРЕМЕНИ

ГДЕ

Изобретение относится к технике экспериментального определения и контроля динамических параметров электромеханпческих элементов систем автоматического управления и регулирования (электродвигателей постоянного тока, электромашинных преобразователей, генераторов и т. д,).

Известно устройство для определения и контроля динамических свойсгв промышленных объектов, содержащее управляемый источник питания обмотки возбуждения двигателя преобразователя, блок преобразования выходной частоты преобразователя в электрический сшнал, усилитель, релейный элемент и измерительные блоки. ((редлагаемое устройство отличается тем, что в ием в выходную цепь управляемого Jlcточника питания включены последовательно соединенные диоды, шунтироваипые ключом, уираВляющий Вход коГОРОГО связтlи с выходом релейного элемента, а между усилителем и релейным элементом установлен пптсГрятОр, и через ключ между интегратором и релейным элементом подключено форсирующее звено.

Такое выполнение устройства позволяет получать постоянные времени (коэффпцпенты передаточной функции) объектов, описываемых дифференциальными уравнениями второго порядка (например, электромашиппых преобразователей частоты, двигателей постоянного тока), Ilo результатам измерений с использованием аналитических выражешш и номограммы.

B устройстве используется симметричный автоколебательный режим работы нелинейной системы с идеальным релейным элемс)игом.

При выполнении симметричности режима явтоколебаипй динамические паря мегры преобразователя гt()DLTQ выряжаются чер 3 пярямет10 ры автоколебянпй пел))пейиой системы (ям11л)ггуду и время определенного числя колебаний).

Динамика электромяшивнси о преобразователя, состоящего пз двиг1)тели Itooòoÿttttoãо то15 КЯ и ГЕНЕРатОРа ПеРЕМС)ГНОГО тОКа, ВЫПОЛИЕИHbIx на одном валу, с достаточной для практических целей точвос1ью ottttct tt);Ieiся дпффереицпальш»)м уравнениеAI вгорого порядка. (1ередаточная функция преооразовягсля прп

20 таком описании имеет вид:

К„1) — CT2TII 1ескпй коэфч)ициспт ленпя преобразователя;

Т, и Т., — постоянные времени преобразователя: р — оператор дифференцирования.

Расчет параметров автоколебанпй методом

30 гармонической лпнеарпзяцгп1 даст слсдующп

Ог— I у т,— т„тф

Т,=— тф

7 /2;

4-,глг (5) 40

45 (-- :) пр

4tu,к,к .к тф (б) 50

1 2 у, = — =

Тф Тф 4пглг аналитические зависимости частоты и амплитуды автоколебаннй от динамических парамегров преобразователя:

10, тг (1)

А =-, (2)

4 11 о в7 пр7(1КгКзт

1 где о1 — частота автоколебаний с:1стемы без форсирующего звена;

А, — амплитуда автоколебаний системы на входе релейного элемента без форсирующего звена;

AU, „— амплитуда прямоугольных импульсов в обмотке возбуждения;

К1 — статический коэффициент передачи час готн ого датчика;

A2 — коэффициент усиления предварительного усилителя;

К2 — статический коэффициент усиления интегрирующего звена.

При включешгом в систему. форсирующем звене частота автоколебаний определяется выражением где T> — постоянная времени форсирующего звена.

Совместное решение уравнений (1), (2) и (3) дает аналитические выражения для динамических параметров преобразователя в зависимости от времени (h1 — t2) определенного числа периодов и амплитуды автоколебан1гй

2 2

1 2 (<) где и — число периодов автоколебаний, отсчитываемое измерителем Времени Определенного числа колебаний (n=- сопз1 при всех измерениях).

Численные значения Т1 и Т, могут бь1ть также получены графическим методом. Если по1 строить кривую T= t-, то, откладывая Ilo

4-. л оси абсцисс 1ь IIQ оси ординат сразу получаем

1 значение Т,= t» откладывая по оси абс4п л цисс tl и t2 и находя с помощью кривой Т=— 2 1 2

2 2

Р разность У=, получаем зна4-,. -лг 4пглг чение Т,:

На фиг. 1 приведена номограмма для определения постоянных времени Т, и Т,; на фиг. 2 — схема устройства.

Устройство содержит блок преобр азова ния

1, предназначенный для преобразования отклонения частоты генератора переменного тока преобразователя 2 от частоты настройки в сип1ал постоянного тока; предварительный усилитель 3, выполненный на операционном усилителе; интегратор 4, выполненный на операционном усилителе; причем для получении

1рорсирующего звена параллельно входному сопротивлению операционного усилителя включена емкость Сф, подключаемая при измере нпях с помощью переключателя 778. Идеаль ный релейный элемент 5 выполнен по тпповои схеме на операционном усилителе, причем для ликвидации динамической петли гистерезиса применены уменьшенные относительно номинальных значений сопротивление Р,„, включаемое на входе операционного усилителя, и сопротивления делителя опорного напряжения

К... включаемые в обратную связь операционного усилителя. Кроме того, в обратной связи операционного усилителя применены диоды

Д1, Д2 с большой крутизной вольт-амперной характеристики. Транзисторный ключ б, включенный параллельно диодной цепочке Д3 Д7, вместе с диодной цепочкой предназначен для создания прямоугольных импульсов в обмотке возбуждения двигателя преобразователя. Он выполнен по схеме составного транзистора и состоит из маломощного входного транзистора

Т1 и мощного выходного транзистора Т,. Для выведения преобразователя в рабочую точку, а также для обеспечения симметричности режима автоколебаний применен транзисторный управляемый стабилизированный источник питания 7. Стабилизация напряжения питания обмотки возбуждения нужна для предотвращения влияния колебаний сети на результаты измерений. ,Для контроля симметричности режима автоколебаний могут быть применены различные устройства, Известно, что если на выходе релейного элемента отсутствует постоянная составляющая, то колебания в системе симметричны, а скважность импульсов на выходе релейного элемента равна 0,5. В соответствии с этим, могут применяться устроиства, измерякнцие постоянную составляющую, на входе или на выходе релейного элемента, или устройство, измеряющее скважность импульсов на выходе релейного элемента. В предлагаемом устройстве применен блок 8, измеряющий постоянную составляющую на входе релейного элемента.

Блоки, измеряющие постоянную составляющую, могут быть выполнены по различным схемам, например на диодно-емкостных цепочках, включенных по мостовой схеме, гдедиоды в соответствующих плечах включены встречно.

Сигналы, снимаемые со второй диагонали моста, подаются на соответствующий вход суммирующего усилителя, и их разность, равная по289396 стоянной составляющей на входе релейного элемента, подается с усилителя на стрелочный прибор 9. Измерители амплитуды автоколебаний 10 также могут быть вынолнены по различным схемам, например по типовой схеме двойного пикового вольтметра на операционном усилителе. Так как измеритель амплитуды и измеритель постоянной составляющей могут работать поочередно, то для сокращения числа операционных усилптечеи онп могут быть выполнены на одном операппонном усилителе.

Коммутация измерителей производится с помощью схемы управления прибором. Для измерения времени определенногс числа колебаний может быть применен электромеханический измеритель, выполненный на базе шагового двигателя 11 и электромеханического секундомера 12. Для повышения точности измерений времени применено синхронизирующее устройство 18, выполненное па базе электромеханических реле и управляемое схемой управления прибора. Перекл.очатели ПI и П2 могут быть сделаны на электромеханических реле. Переключатель ПI управляется с помощью кнопок «Пуск» и «Останов», а переключатель П2 — с помощьго кнопок «Измерение» и «Сброс».

При контроле и определении динамических параметров различных типов электромашинных преобразователей, ток обмотки возбуждения двигателя преобразователя меняется в существенном диапазоне. Амплитуда импульсов в обмотке возбуждения двигателя определяется из выражения г 1д зэк

И1.. э—

2 где AU,., — амплитуда импульсов в обмотке возбуждения двигателя преобразователя;

AU . -— суммарное падение напряжения на диодной цепочке при определенном токе обмотки возбуждения;

ЛУ„-- падение напряжения на транзисторе в открытом состоянии при насыщении и том же токе обмотки возбуждения.

При изменении тока обмотки возбуждения двигателя диодная цепочка Дз — Д, работает на различных участках вольт-амперной характеристики, при этом изменяется амплитуда импульсов, причем прп работе с малыми токами это изменение существенно. Для стабилизации амплитуды импульсов рабочая точка диодной цепочки Д вЂ”; с помощью вспомогательного источника питания выводится на линейный участок вольт-амперной характеристики. Кроме того, за счет подбора величины настройки релейного элемента 5 — ЛУр., и величины сопротивления в цепи базы транзистора Тг выбирается такой ток базы транзистора

Ть что вольт-амперная характеристика эмиттер-коллектор транзистора Т> получается подобной вольт-амперной характеристике диод10

25 зю

60 б5 ной цепочки. При этих условиях величина амплитуды прямоугольных импульсов в обмотке возбуждения постоянна и не зависит от величины тока обмотки возбуждения.

Система работает следующим образом.

После включения источника питания операционных усилителей и их прогрева поочередно включается источник питания обмотки возбуждения двигателя преобразователя и источник питания якорной цепи двигателя, у станавливается необходи»oe напряжение цепи якоря, и с помощью регулируе»ora источника питания 7 преобразователь выводится в заданную рабочую точку, при этом переключатель ПI находится в положении 1, а диоды Дэ, Д., диодной цепочки зашунти рованы соответствующими контактами переключателя ПI. Сигнал с выхода предварительного усилителя 3 подается на стрелочный прибор 9 и при нулевом его показании преобразователь выведен в рабочую точку. Напряжение, поступающее на обмотку возбуждения двигателя преобразователя 1, при этом приближенно раьно номинальному напряжению в данной рабочей точке.

При нажатии кнопки «Пуск: > переключатель

П! переходит в поло>ксиве П, переключатель

П2 ставится в положение 1, подключая на вход релейного элемента блок 8. С помощью регулируемого источника питания 7 обмотки возбуждения и блока 8 система выводится в симметричный автоколебательный режим (при нулевом показашш стрелочного прибора автоколебания в системе симметричны). Среднее значение напряжения, поступающего на обмотку возбуждения двигателя преобразователя гг - 1,г

О.ВП>)л О.э кэк

О.э р

2 равно номинальному напряженшо в данной рабочей точке. B системе устанавливаются симметричные устойчивые автоколебания, частота и амплитуда которых определяются ее динамическими свойствами.

При нажатии кнопки «Измерение» переключатель ПI находится в положении П, переключатель П2 переводится в положение П, подключая ко входу релейного элемента измеритель амплитуды автоколебаний 10 и подключая к выходу релейного элемента измеритель п периодов автоколебаний (11, 12, 13). По стрелочному прибору определяется численное значение амплитуды автоколебаний Аь а по секундомеру 12 — время и периодов автоколебаний 1,. При нажатии кнош.и «Сброс» измерители параметров автоколебанпй отключаются от системы, а нг вход релейного элемента снова подключается блок 8 (переключатель П2 переводится в положение 1). Переключателем

ПЗ (ставится в положение П) B систему вводится форсирующее звено. После контроля симметричности режима автоколебаний ITQ блоку 8 нажимают кнопку «Измерение» и по электромеханическому секундомеру 12 определяют время п периодов автоколебаний ) .

При нажатии кнопки «Останов.> система

289396 размыкается п ри любом состоянии cxpMbI, и прибор приводится в исходное состояние. При этом выход предварительного усилителя 3 подключается на стрелочный прибор 9 (переключатель П1 переводится в положение I, переключатель П2 — в положение I). По измеренным значениям параметров автоколебаний

1 Л 1 по аналитическим выражениям (4), (5) и (6) определяются численные значения динамических параметров электромашин преобразователя К„р, Т1 и Т,. Значения Т н Т, могут быть определены по номограмме на фиг. 1.

Предмет изобретения

Устройство для определения и контроля постоянных времени, например, электромашинных преобразователей частоты, содержащее управляемый источник питания обмотки возбуждения двигателя преобразователя, блок преобразования выходной частоты преобразователя в электрический сигнал, усилитель, релейный элемент и измерительные блоки, отличающееся тем, что, с целью упрощения измерений, в нем в выходную цепь управляемого источника питания включены последовательно

10 соединенные диоды, шунтированные ключом, управляющий вход которого связан с выходом релейного элемента, а между усилителем и релейным элементом установлен интегратор, и через ключ между интегратором и релейным элементом подключено форсирующее звено.

289396

Составитель 3. В. Маркова

Редактор Л. А. Утехина

1 оррсктор В. 11. Жолудсва

Типография, пр. Сапунова, 2

Изд. М 15 Заказ 3/17 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Ксиитета по дечагя изобретений и открытий прп Совете Министров СССР

Москва, 7Ê-35, Раушская наб., д. 4 5