УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧИСЛА ОБОРОТОВ ВАЛА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С ПОСТОЯННЫМ МАГНИТОМ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1995 года по МПК G05B21/02 

Изобретение относится к устройству для измерения числа оборотов вала электродвигателя с постоянными магнитами.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является техническое решение [1] , содержащее источник питания, две входные клеммы и схему обработки сигнала.

Недостатками данного изобретения являются высокая стоимость, необходимость обеспечения соединения с устройством управления и обработки данных и узкие функциональные возможности.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей.

Цель достигается тем, что в устройстве для измерения числа оборотов вала электродвигателя с постоянным магнитом, содержащем источник питания, две входные клеммы и схему обработки сигнала, по первому варианту схема обработки сигнала выполнена в виде последовательно соединенных блока алгебраического суммирования, интегратора и блока отключения, выполненного в виде операционного усилителя со звеном обратной связи, при этом интегратор выполнен в виде операционного усилителя со звеном емкостной обратной связи, выключателя, включенного параллельно со звеном емкостной обратной связи, и выходного резистора, включенного между инверсным входом операционного усилителя, прямой вход которого подключен к общей шине, и выходом блока алгебраического суммирования, выполненного в виде операционного усилителя со звеном резистивной обратной связи и трех резисторов одного сопротивления, причем входы операционного усилителя подключены через два резистора к входным клеммам, а прямой вход также через третий резистор заземлен.

По второму варианту схема обработки сигнала выполнена в виде прецизионного усилителя, подключенного к второму выводу электродвигателя и общей шине, двух аналого-цифровых преобразователей (АЦП), первого интегратора, включенного между первой входной клеммой и первым выводом электродвигателя, и последовательно соединенных первого блока алгебраического суммирования, первого блока умножения, второго интегратора, второго блока умножения, второго блока алгебраического суммирования и третьего блока умножения, при этом выходы обоих АЦП подключены к входам первого блока алгебраического суммирования, а выход первого интегратора соединен с вторым входом второго блока алгебраического суммирования.

Проводники обмотки якоря электродвигателя с постоянными магнитами при движении пересекают наводящееся магнитное поле, генерируемое магнитами, каждый из которых становится источником наведенной электродвижущей силы.

Результирующая общая величина Е всех наведенных электродвижущих сил зависит от числа оборотов в минуту n вала двигателя и от потока Φ (постоянная величина благодаря вкладу постоянных магнитов) согласно отношению:"
Е = k n Φ, где k - постоянная, зависимая от числа индуктированных проводников, числа полюсов и типа обмотки проводников обмотки якоря.

Направление действия упомянутой выше электродвижущей силы противоположно направлению электрического тока в якоре.

Поэтому электродвижущая сила Е, образуемая в якоре двигателя, действует в качестве противоэлектродвижущей силы.

Напряжение U, прилагаемое к выводам якоря двигателя для поглощения тока i, должно преодолевать противоэлекродвижущую силу Е, увеличенную внутренними падениями напряжения, вызываемыми сопротивлением R цепи якоря, через которую течет ток i. Закон Ома, применяемый к цепи якоря, представляет:
U = Е + Ri.

Известно, что Е = kn Φ получается следующее:
U = kn Φ+ Ri, следовательно,
kn Φ = U - Ri. При интегрировании во времени получаем
knΦdt = (U-Ri)dt
kΦ ndt = (U-Ri)dt
Указывая, что N = ndt (обороты, завершенные двигателем в период времени t), получаем:
kNΦ = Ut-Ridt , следовательно,
N = (Ut-R idt) (1)
После вычисления N и известности передаточного отношения при редуцировании (в случае двигателя, обеспеченного редуктором) могут легко вычисляться полный угол поворота или линейное смещение осуществляемым двигателем.

На фиг.1 и 2 представлены варианты устройства для измерения числа оборотов вала электродвигателя с постоянным магнитом.

Устройство на фиг.1 содержит две входные клеммы 1, 2 и последовательно соединенные блок 3 алгебраического суммирования, интегратор 4 и блок 5 отключения, выполненный в виде операционного усилителя 6 со звеном обратной связи, интегратор 4 выполнен в виде операционного усилителя 7 со звеном емкостной обратной связи, выключателя 8, включенного параллельно со звеном емкостной обратной связи, и входного резистора 9, включенного между инверсным входом операционного усилителя 7 прямой вход которого заземлен, и выходом блока 3 алгебраического суммирования, выполненного в виде операционного усилителя 10 со звеном резистивной обратной связи и трех резисторов 11-13 одного сопротивления, причем инверсный и прямой входы операционного усилителя 10 подключены через соответственно первый 11 и второй 12 резисторы к соответственно первой 1 и второй 2 входным клеммам, а прямой вход операционного усилителя 10 также заземлен через третий резистор 13.

Устройство вычисляет число оборотов, совершенных электродвигателем (не показано) в предопределенный период времени, обозначаемый t₁, в течение которого двигатель, демонстрирующий активное сопротивление якоря величиной R, приводится в состояние движения эффектов соединения с соответствующим источником электропитания, который обеспечивает напряжение с величиной U, которое обеспечивает возможность току величиной i протекать через якорь двигателя.

Суммирующий блок 3 обеспечивается двумя входными клеммами 1 и 2, к которым подаются напряжение U питания электродвигателя и падение напряжения Ri, причем последнее устанавливается в якоре, когда ток i проходит через него.

Таким образом, электрический сигнал, величина которого составляет Ri-U, является доступным на выходе блока 3.

Интегратор 4 представляет собой блок обычного типа с выходным сопротивлением R₂, которое соединяется с инвертирующим входом операционного усилителя 7, и с конденсатором С, соединенным между этим инвертирующим входом и выходом операционного усилителя 7. Неинверсный вход усилителя 7 соединяется с землей, между тем как выключатель 8, приведение которого в действие управляется синхронно с подачей электропитания к упомянутому двигателю, соединяется параллельно конденсатору С. Для этой цели выключатель удерживается в разомкнутом состоянии только в течение периода времени, в течение которого электродвигатель питается напряжением U.

Электрический сигнал, величина которого составляет точно
(U-Ri)dt
является доступным на выходе интегратора 4. Этот сигнал делается доступным для терминала вывода устройства после прохождения без какого-либо изменения в амплитуде через блок 5 отключения, который состоит из операционного усилителя, соединенного конфигурацией повторителя напряжения.

Посредством подходящего выбора величин R₂ и С так, чтобы произведение R₂C было равным упомянутому выше произведению k Φ, электрический сигнал становится доступным на терминале и точно соответствует числу оборотов N, которое двигатель совершает в промежуток времени t₁, в течение которого он снабжается напряжением U.

Устройство на фиг. 2 содержит две входные клеммы 14, 15, прецизионный резистор 16, выполненный с возможностью подключения к второму выводу электродвигателя и общей шине, два аналого-цифровых преобразователя (АЦП) 17, 18, первый интегратор 19, включенный между первым выводом электродвигателя и первой входной клеммой 14, и последовательно соединенные первый блок 20 алгебраического суммирования, первый блок 21 умножения, второй интегратор 22, второй блок 23 умножения, второй блок 24 алгебраического суммирования и третий блок 25 умножения, при этом выходы первого и второго АЦП 17, 18 подключены к входам первого блока 20 алгебраического суммирования, выход первого интегратора 19 соединен с вторым входом второго блока 24 алгебраического суммирования.

Устройство вычисляет число оборотов, совершенных электродвигателем М в течение предопределенного периода времени, обозначенного t₁, в течение которого двигатель, демонстрирующий сопротивление якоря величины R, приводится в состояние движения эффектов соединения с соответствующим источником электропитания, который обеспечивает напряжение питания с величиной U, которое вынуждает ток величины i протекать в якоре двигателя.

Двигатель М располагается в схеме с последовательным включением между клеммой 15 и землей при напряжении U и демонстрирующей выключатель 14 для контролирования подачи электропитания к двигателю вместе с прецизионным резистором 16 с величиной R_s, гораздо более меньшей, чем величина упомянутого выше сопротивления якоря R.

Устройство обеспечивается двумя ветвлениями, преобразующимися в блок 24 алгебраического суммирования.

Первое ветвление состоит из отдельного интегрирующего блока 19, который интегрирует величину напряжения U в течение периода времени t₁, в котором выключатель 14 является замкнутым.

Второе ветвление содержит пару аналого-цифровых преобразователей 17 и 18, соединенных с зажимами активного сопротивления 16 для регистрации соответствующих величин напряжения U₁, U₂ и передачи их к устройствам ввода блока 20 алгебраического суммирования, который обеспечивает разность U₂-U₁. Устройство вывода блока 20 соединяется с блоком 21 умножения, который умножает величину U₂-U₁ на обратную величину R_s, чтобы получать величину i тока, протекающего в двигателе М во время работы.

Ток i от устройства вывода блока 21 сначала интегрируется в блоке 23, чтобы получать величину R i на устройстве вывода последнего.

Блок 24 осуществляет вычисление разности между выходными сигналами блоков 19 и 23, блок 25 осуществляет умножение результата, полученного для обратной величины произведения k Φ, для того, чтобы получать величину N.

Сущность изобретения: по первому варианту устройство содержит входные клеммы, блок алгебраического суммирования, интегратор, блок отключения. Блок алгебраического суммирования выполнен в виде операционного усилителя и трех резисторов одного сопротивления, интегратор выполнен в виде операционного усилителя со звеном емкостной обратной связи, выключателя, включенного параллельно со звеном обратной связи, и входного резистора, блок отключения выполнен в виде операционного усилителя со звеном обратной связи. По второму варианту устройство содержит две входные клеммы, прецизионный усилитель, два АЦП, два блока алгебраического суммирования, три блока умножения, два интегратора. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧИСЛА ОБОРОТОВ ВАЛА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С ПОСТОЯННЫМ МАГНИТОМ (ВАРИАНТЫ).