СЕЛЬСИНО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОЛОЖЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК B21B37/16 

Описание патента на изобретение RU2029642C1

Изобретение относится к прокатному производству, точнее к контрольным и регулирующим устройствам прокатных станов, и может быть испльзовано в системах управления перемещением различных механизмов на прокатных станах, в частности -- на непрерывных широкополосных станах горячей прокатки. Изобретение может быть использовано также в деревообрабатывающих, текстильных, бумагоделательных и других производствах.

Известны преобразователи положения оси механизма в цифровой код, содержащие сельсин-датчик и вторичный преобразователь, включающий преобразователь 3-х фазной системы в 5-ти фазную, логическую схему формирования импульсов прямого и обратного счета и устройство индикации (1).

Из известных сельсино-цифровых преобразователей наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому результату является устройство, содержащее бесконтактный сельсин-датчик и последовательно включенный с ним вторичный преобразователь, включающий преобразователь трехфазной системы напряжений статорных обмоток сельсина-датчика в пятифазную систему синусоидальных напряжений, пятиканальный преобразователь синусоидальных напряжений в инверсные прямоугольные импульсы, логическую схему формирования импульсов прямого и обратного счета, включающую, для каждого канала, триггерный элемент со схемами совпадений на инверсных входах, схему формирования импульса срабатывания триггерного элемента, вход которой соединен с прямым выходом триггерного элемента и, общие для всех каналов, схемы совпадений импульсов в выходных цепях прямого и обратного счета, выходы которых соединены с входами реверсивного счетчика, подключенного к устройствам вывода информации (2).

Недостатком известного преобразователя является сложность его схемы и конструкции, что приводит к удорожанию преобразователя и снижению надежности его работы. Это связано с тем, что в известном устройстве преобразование трехфазной системы синусоидальных напряжений в пятифазную осуществляется с помощью трех трансформаторов, каждый из которых имеет по три вторичных обмотки, а логическая схема формирования импульсов прямого и обратного счета управляется от опорного напряжения, получаемого от дополнительного трансформатора, подключаемого к цепи возбуждения сельсина-датчика. Наличие трансформаторов с большим числом вторичных обмоток и необходимость подвода напряжения возбуждения сельсина-датчика для формирования опорного сигнала увеличивает стоимость известного устройства и уменьшает надежность его работы.

Задачей настоящего изобретения является снижение стоимости, уменьшение веса, габаритов и повышение надежности преобразователя путем упрощения его схемы и конструкции.

Поставленная задача решается тем, что в сельсино-цифровом преобразователе положения, содержащем первичный преобразователь в виде бесконтактного сельсин-датчика и последовательно включенный с ним вторичный преобразователь, включающий преобразователь трехфазной системы напряжений статорных обмоток сельсин-датчика в пятифазную систему синусоидальных напряжений, пятиканальный преобразователь синусоидальных напряжений в инверсные прямоугольные импульсы, логическую схему формирования импульсов прямого и обратного счета, включающую для каждого канала триггерный элемент со схемами со впадений на инверсных входах, схему формирования импульса срабатывания триггерного элемента, вход которой соединен с прямым выходом триггерного элемента, и общие для всех каналов схемы совпадений импульсов в выходных цепях прямого и обратного счета, выходы которых соединены с выходами реверсивного счетчика, выход которого подключен к устройству вывода информации, преобразователь трехфазной системы напряжений статорных обмоток сельсина-датчика в пятифазную систему синусоидальных напряжений выполнен в виде пяти суммирующих усилителей, имеющих по два, кроме первого усилителя, входа каждый, и трехфазный емкостный делитель, соединенный звездой, причем вход первого усилителя и первые входы второго и пятого усилителей подключены к первому выходу трехфазного емкостного делителя, первый вход третьего усилителя и вторые входы второго и четвертого усилителей подключены к второму выходу, а первый вход четвертого усилителя и вторые входы третьего и пятого усилителей - к третьему выходу трехфазного емкостного делителя, вторые входы схем совпадений триггерного элемента каждого канала подключены к выходам смежного канала преобразователя синусоидальных напряжений, а выход каждой схемы формирования импульса срабатывания триггерного элемента подключен к первым входам одноименных схем совпадений выходных цепей прямого и обратного счета, а каждый второй вход этих схем совпадений подключен, в свою очередь, к выходу триггерного элемента другого канала.

Поставленная задача решается также тем, что вторые входы первой, второй, третьей, четвертой и пятой схем совпадений в выходной цепи прямого счета подключены соответственно к инверсным выходам триггерных элементов третьего, четвертого, пятого, первого и второго каналов, а вторые входы одноименных схем совпадений в выходной цепи обратного счета подключены соответственно к инверсным выходам триггерных элементов четвертого, пятого, первого, второго и третьего каналов.

Отсутствие в предложенном устройстве в схеме преобразования трехфазной системы напряжений в пятифазную и в цепи опорного напряжения трансформаторов, а также отсутствие необходимости подвода напряжения питания сельсин-датчика в качестве опорного сигнала существенно упрощают схему и конструкцию преобразователя и тем самым приводят к снижению стоимости, уменьшению веса, габаритов преобразователя и повышению надежности его работы. Кроме того, использование в устройстве, в качестве опорного, сигналов с выходов смежных каналов преобразователя синусоидальных напряжений в прямоугольные импульсы приводит к удвоению числа срабатываний триггерных элементов.

Это, в свою очередь, приводит к уменьшению во столько же раз необходимого числа схем формирования импульсов срабатывания триггерного элемента и схем совпадений импульсов в выходных цепях прямого и обратного счета. Последнее обстоятельство также способствует решению поставленной задачи.

Подключение суммирующих усилителей к сельсин-датчику через трехфазный емкостный делитель напряжения позволяет, с одной стороны, упростить схему подключения усилителей за счет образования в делителе, включенном звездой, общей (нулевой) точки соединения; с другой стороны, такое подключение увеличивает за счет гальванической развязки входных цепей помехозащищенность преобразователя в условиях работы при больших токах в заземлителях.

В свою очередь, предложенная схема подключения вторых входов схем совпадения в выходных цепях прямого и обратного счета к инверсным выходам триггерных элементов повышает помехозащищенность преобразователя (и, следовательно, надежность его работы) за счет уменьшения границ угла поворота сельсин-датчика, в пределах которых имеет место совпадение сигналов на первых и вторых входах этих схем совпадений.

На фиг. 1 представлена функциональная схема сельсино-цифрового преобразователя положения; на фиг. 2 - график амплитуды напряжений, снимаемых со статорных обмоток сельсин-датчика, на фиг. 3- схема трехфазного емкостного делителя напряжений; на фиг. 4 - векторная диаграмма преобразования трехфазной системы напряжений в пятифазную.

Преобразователь содержит сельсин-датчик 1, механически связанный с контролируемым механизмом 2, например, нажимным механизмом прокатного стана, вторичный преобразователь, включающий трехфазный емкостный делитель напряжения 3, включенный звездой, входные цепи которого подключены к выводам трехфазной статорной обмотки сельсин-датчика, пять суммирующих усилителя У1-У5 преобразователя трехфазной системы напряжений статорных обмоток сельсин-датчика в пятифазную систему синусоидальных напряжений, причем вход первого усилителя и первые входы второго и пятого усилителей подключены к первому, первый вход третьего усилителя и вторые входы второго и четвертого усилителей - к второму, первый вход четвертого усилителя и вторые входы третьего и пятого усилителей - к третьему выходам трехфазного емкостного делителя напряжений 3, а общая точка делителя 3 (для упрощения на чертеже не указана) соединена с общей цепью суммирующих усилителей У1-У5, пятиканальный преобразователь синусоидальных напряжений 4 в инверсные прямоугольные импульсы, входы которого подключены к выходам одноименных суммирующих усилителей, логическую схему формирования импульсов прямого и обратного счета, содержащую для каждого канала, триггерный элемент 5 со схемами 6 совпадений (элементами 2И) на инверсных входах S и R, причем схема совпадений на входе S триггерного элемента первого канала подключена к прямым выходам первого и второго каналов преобразователя 4, схема совпадений на входе S триггерного элемента второго канала подключена к прямым выходам второго и третьего каналов преобразователя и т.д.; в свою очередь, схемы совпадений на входах R соответственно подключены: триггерного элемента первого канала - к прямому выходу первого и инверсному выходу второго каналов преобразователя 4, триггерный элемент второго канала - к прямому выходу второго канала и инверсному выходу третьего канала преобразователя и т.д. (на чертеже, для упрощения описания, схемы совпадений приведены только для одного полупериода работы логической схемы), схему 7 формирования импульсов срабатывания триггерного элемента, подключенную к его прямому статическому выходу и выдающую импульсный сигнал заданной длительности при переключении триггера из состояния логическая единица в состояние логический нуль, общие для всех каналов схемы совпадений импульсов 8 и 9 (две схемы 2-2-2-2-2И-5ИЛИ) в выходных цепях прямого и обратного счета, реверсивный десятичный счетчик 10, подключенный к устройствам вывода информации - индикатору 11, вход С1 счетчика 10 подключен к выходу схемы совпадения 8 в цепи прямого счета, а выход С2 - к выходу схемы 9 в цепи обратного счета, выход каждой схемы 7 подключен к первым входам одноименных схем И в элементах 8 и 9, вторые входы схем И в элементе 8 подключены к инверсным выходам триггерных элементов соответственно третьего, четвертого, пятого, первого и второго каналов, а вторые входы схем И в элементе 9 - к инверсным выходам триггерных элементов соответственно четвертого, пятого, первого, второго и третьего каналов.

Преобразователь работает следующим образом.

Перемещение нажимного механизма 2 приводит к изменению положения ротора сельсин-датчика 1 и к изменению его трех выходных напряжений, снимаемых со статорных обмоток. Амплитуды этих напряжений (см. фиг. 2) являются синусоидальной функцией положения оси ротора (вследствие соответствующего расположения обмоток) с максимумами, сдвинутыми на 60одруг от друга, и находятся либо в фазе, либо в противофазе с напряжением питания обмотки возбуждения сельсин-датчика.

Эти напряжения записываются следующими функциями
Ua=Usin α ,
Ub=Usin ( α-2π/3 ). (1)
Uc=Usin ( α-4π/3 ), где U=Umsin 2π ft - напряжение питания обмотки возбуждения сельсин-датчика, f, Um - соответственно частота и амплитуда напряжения питания; α - угловое положение оси ротора по отношению к положению, при котором Ua=0.

Переменные напряжения согласно функциям (1) не могут быть использованы в преобразователе положения непосредственно, т.к. при этом будут фиксироваться только шесть положений ротора сельсин-датчика за один его оборот, что не всегда приемлемо на практике. Для фиксации десяти положений ротора за один его оборот, трехфазная система напряжений 1 должна быть преобразована в пятифазную систему напряжений, описываемую уравнениями (2)
U1=KUsin α
U2=KUsin ( α -2 π /5);
U3=KUsin ( α -4 π /5), (2)
U4=KUsin ( α -6 π /5),
U5=KUsin ( α -8 π /5), где К - масштабный коэффициент преобразования.

Получение каждого из напряжений (2), кроме U, пятифазной системы напряжений основано на принципе, согласно которому при сложении двух синусоидальных функций одной и той же частоты получается синусоидальная функция той же частоты фаза которой определяется амплитудой и фазой слагаемых сигналов.

Преобразование осуществляется с помощью операционных суммирующих усилителей У1-У5. Так для получения напряжения U2 на входы усилителя У2 подаются напряжения Ua и Ub; для получения напряжения U3 на входы усилителя У3 подаются напряжения Ub и Uc; для получения напряжения U4 на входы усилителя У4 подаются напряжения U5 и Uc; для получения напряжения U5 на входы усилителя У5 подаются напряжения Uc и Ua.

Напряжения Ua, Ub и Uc подаются на суммирующие усилители через емкостный делитель 3 (см. фиг. 3), позволяющий обеспечить как гальваническую развязку входных цепей вторичного преобразователя от сельсин-датчика, так и упростить схему подключения усилителей к сельсин-датчику за счет образования общей точки при включении конденсаторов делителя звездой.

Так как напряжение U1 по фазе совпадает с напряжением Ua, то для получения U1 необходимо осуществить только масштабное преобразование сигнала Ua с помощью усилителя У1.

Преобразование трехфазной системы напряжений в пятифазную иллюстрируется векторной диаграммой на фиг. 4.

Из диаграммы видно, что вектор напряжения U2 может быть получен при U1= Ua, путем сложения векторов UaI и UbII вектор напряжения U3 - путем сложения векторов UbIII и UcI и т.д.:
U2=UaI +UbII =K2I Ua+K22Ub,
U3=UbIII +UcI =K3I Ub+K32Uc
U4=UcIII +UbI =K4IUc=K42Ub,
U5=UaI +UcII =K5IUa+K52Uc. где K21, K31, K41 и K51 - коэффициенты передачи усилителей У2-У5, по первым входам; К22, К32, К42 и К52 - то же, но по вторым входам.

При коэффициенте передачи усилителя У1 равном К=1, коэффициенты передачи усилителей У2-У5, по каждому входу можно определить из приведенной диаграммы по отношению векторов
К2I =UaI/Ua ; K22=UbII /U3; K3I = UbIII /Ub;
K32=UcI/Uc; K4I =UcIII/Uc; K42=UbI /Ub;
K5l =Ual /Ua; K52 =UcII /Uc
Полученные в результате преобразования сигналы поступают с усилителей У1-У5 на пятиканальный преобразователь 4, на выходе которого формируются сигналы уровня логическая единица или логический нуль логическая единица на прямом выходе и логический нуль на инверсном выходе при положительной полярности сигнала на входе канала; логический нуль на прямом выходе и логическая единица - на инверсном - при отрицательной полярности сигнала.

Работа логической схемы формирования импульсов прямого и обратного счета поясняется диаграммами, приведенными на фиг. 5.

На диаграммах приведены уровни сигналов на прямых выходах преобразователя синусоидальных напряжений 4 для моментов времени, когда напряжение U=Umsin2πft питания обмотки возбуждения сельсин-датчика имеет положительное значение, и состояния триггерных элементов 5 при различных положениях ротора сельсин-датчика в пределах 0-360 градусов. Состояние триггерного элемента каждого канала определяется уровнями сигналов в каждый момент времени на схемах совпадений 6, подключенных к входам S и R триггерного элемента: при совпадении уровней сигналов на схеме, подключенной к входу S, триггерный элемент находится в состоянии логическая единица на его прямом выходе, при совпадении сигналов на схеме, подключенной к входу R, на прямом выходе триггера будет сигнал логический нуль. Последнее имеет место тогда, когда уровни сигналов на прямых выходах преобразователя 4 данного и последующего каналов не совпадают.

На диаграмме приведены также выходные сигналы схемы формирования импульсов 7 при вращении ротора сельсин-датчика в прямом и обратном направлениях, которые через схемы совпадений прямого 8 и обратного 9 счета подаются на реверсивный счетчик 10. При этом за один оборот сельсин-датчика 1 в прямом направлении на счетчик 10 поступает 10 импульсов, увеличивая его содержание на 10 импульсов. При повороте ротора сельсин-датчика на один оборот в обратном направлении содержание счетчика 10 уменьшается на 10. Показания счетчика 10 выводятся на цифровое табло 11, отображая тем самым положение контролируемого механизма.

Похожие патенты RU2029642C1

название год авторы номер документа
Преобразователь угла поворота антенны радиолокационной станции в код 1983
  • Вавилов Алексей Иванович
  • Петров Борис Сергеевич
SU1119052A1
Электропривод переменного тока и его варианты 1981
  • Бай Роланд Давыдович
  • Бродовский Владимир Николаевич
  • Иванов Евгений Серафимович
  • Канеп Александр Александрович
  • Фельдман Александр Вениаминович
  • Чабанов Алим Иванович
SU1054863A1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЧАСТОТНЫМ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1992
  • Подобедов Е.Г.
  • Кураев М.Н.
RU2081503C1
Электропривод переменного тока 1986
  • Шипулин Александр Владимирович
SU1663733A1
Асинхронный электропривод 1986
  • Траубе Евгений Семенович
  • Шавелкин Александр Алексеевич
  • Хохотва Юрий Николаевич
SU1339864A1
Устройство для измерения показателей качества электрической энергии в трехфазных сетях 1990
  • Пьяных Борис Егорович
  • Воронецкая Наталья Ивановна
  • Сорокун Виктор Васильевич
  • Животовский Сергей Александрович
SU1721549A1
Система возбуждения асинхронизированной синхронной машины 2021
  • Дубовик Михаил Евгеньевич
  • Соловьев Вячеслав Алексеевич
  • Климаш Владимир Степанович
RU2761246C1
Устройство для управления многофазным инвертором 1978
  • Кочергин В.И.
SU955837A1
Фазовый датчик 1980
  • Золотухин Леонид Евгеньевич
  • Боровков Феликс Михайлович
SU953594A1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСТАНОВКИ ТРИГГЕРНЫХ СХЕМ В ИСХОДНОЕ СОСТОЯНИЕ 1983
  • Злоказов Ю.П.
  • Халитов Ф.Б.
SU1109017A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 029 642 C1

Реферат патента 1995 года СЕЛЬСИНО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОЛОЖЕНИЯ

Использование: контрольные и регулирующие устройства прокатных станов может быть использовано в системах управления перемещением механизмов прокатных станов, а также в деревообрабатывающих, текстильных, бумагоделательных и других производствах. Сущность изобретения: сельсино-цифровой преобразователь положения включает бесконтактный сельсин-датчик и последовательно включенный с ним преобразователь трехфазной системы напряжений статорных обмоток сельсин-датчика в пятифазную систему синусоидальных напряжений, выполненный в виде пяти суммирующих усилителей и трехфазного емкостного делителя, соединенного звездой, пятиканальный преобразователь синусоидальных напряжений в инверсные прямоугольные импульсы, логическую схему формирования импульсов прямого и обратного счета. Последняя для каждого канала включает триггерный элемент со схемами совпадений на инверсных входах, схему формирования импульса срабатывания триггерного элемента и общие для всех каналов схемы совпадений импульсов в выходных цепях прямого и обратного счета. Выходы последних соединены с входами реверсивного счетчика, выход которого подключен к устройству вывода информации. В качестве опорного напряжения преобразователя трехфазной системы напряжений статорных обмоток сельсин-датчика в пятифазную используются сигналы с выходов смежного канала преобразователя синусоидильных напряжений. Схема формирования импульса срабатывания триггерного элемента содержится только на прямом его выходе. Выход каждой схемы формирования импульса срабатывания триггерного элемента подключен к первым выходам одноименных схем совпадений выходных цепей прямого и обратного счета. Каждый второй вход этих схем совпадений подключен к выходу триггерного элемента другого канала. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула изобретения RU 2 029 642 C1

1. СЕЛЬСИНО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОЛОЖЕНИЯ, содержащий первичный преобразователь в виде бесконтактного сельсина-датчика и последовательно включенный с ним вторичный преобразователь, включающий в себя преобразователь трехфазной системы напряжений статорных обмоток сельсина-датчика в пятифазную систему синусоидальных напряжений, пятиканальный преобразователь синусоидальных напряжений в инверсные прямоугольные импульсы, логическую схему формирования импульсов прямого и обратного счета, включающую для каждого канала триггерный элемент со схемами совпадений на инверсных входах, схему формирования импульса срабатывания триггерного элемента, вход которой соединен с прямым выходом триггерного элемента, и общие для всех каналов схемы совпадений импульсов в выходных цепях прямого и обратного счета, выходы которых соединены с входами реверсивного счетчика, выход которого подключен к устройству вывода информации, отличающийся тем, что преобразователь трехфазной системы напряжений статорных обмоток сельсина-датчика в пятифазную систему синусоидальных напряжений выполнен в виде пяти суммирующих усилителей, имеющих по два, кроме первого усилителя, входа каждый, и трехфазного емкостного делителя, соединенного звездой, входы которого соединены с выводами сельсина-датчика, причем вход первого и первые входы второго и пятого усилителей подключены к первому выходу трехфазного емкостного делителя, первый вход третьего и вторые входы второго и четвертого усилителей подключены к второму выходу, а первый вход четвертого и вторые входы третьего и пятого усилителей - к третьему выходу трехфазного емкостного делителя, вторые входы схем совпадений триггерного элемента каждого канала подключены к выходам смежного канала преобразователя синусоидальных напряжений, выход каждой схемы формирования импульса срабатывания триггерного элемента подключен к первым входам одноименных схем совпадений выходных цепей прямого и обратного счета, а каждый второй вход этих схем совпадений подключен к выходу триггерного элемента другого канала. 2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что вторые входы первой - пятой схем совпадений в выходной цепи прямого счета подключены соответственно к инверсным выходам триггерных элементов третьего, четвертого, пятого, первого и второго каналов, а вторые входы одноименных схем совпадений в выходной цепи обратного счета подключены соответственно в инверсным выходам триггерных элементов четвертого, пятого, первого, второго и третьего каналов.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1995 года RU2029642C1

Техническое описание и инструкция по эксплуатации N 743901000 ТО НПО "Черметавтоматика", 1984.

RU 2 029 642 C1

Авторы

Сейдак Э.Ч.

Божко Ю.П.

Даты

1995-02-27Публикация

1992-08-18Подача