Установка для идентификации параметров двигателя постоянного тока Российский патент 2024 года по МПК G01L5/24 H02K26/00 G01L25/00 G01R31/34 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам определения параметров электрических машин, и может найти применение при создании установок для идентификации параметров, например, моментных двигателей постоянно тока.

Известен стенд для изучения средств автоматизации испытаний электрических мотор-редукторов (Патент РФ №2334967, опубликовано 27.09.2008, бюл. №27). Управляемое тормозное устройство содержит тормозной барабан, с которым жестко связан вал исследуемого двигателя. Тормозной барабан размещен с небольшим зазором между фрикционными неподвижной и подвижной колодками. К неподвижной колодке подвижно, например, с помощью шарнира, крепится котировочный винт, резьба которого находится в зацеплении с резьбой отверстия в одном из плеч П-образной крепежной скобы. Подвижная колодка жестко закреплена на штоке, например, с помощью гайки с шайбой, который проходит через отверстие во втором плече П-образной крепежной скобы. Другой конец штока взаимосвязан с тяговым барабаном посредством гибкой тяги. Тяговый барабан размещен на валу электропривода, закрепленного на втором плече П-образной крепежной скобы, который создает регулируемое усилие путем перемещения подвижной колодки. На штоке между подвижной колодкой и плечом П-образной крепежной скобы находится цилиндрическая пружина, обеспечивающая возврат подвижной колодки в исходное положение. Электропривод тягового барабана подключен к управляющей ЭВМ через интерфейсный блок.

Недостатком данного фрикционного модуля создания момента нагрузки является сложность и громоздкость конструкции в применении для исследования маломощных двигателей постоянного тока.

Известно устройство создания нагрузочного момента двигателя постоянного тока (Патент №2796640 Устройство создания нагрузочного момента двигателя постоянного тока / Кривошеев С.В., Шилин Д.А., Тарасов Е.И. Опубликовано: 29.05.2023. Бюл. № 16), которое принято за прототип.

Устройство содержит испытуемый двигатель, статор которого закреплен в корпусе, а ротор кинематически с помощью фрикционного вала соединен с ротором измерителя частоты вращения, закрепленного также на корпусе, регулируемый источник постоянного напряжения, подключенный на вход ротора двигателя, измерители напряжения и тока двигателя, а также функциональный узел создания нагрузочного регулируемого момента относительно оси вращения в виде фрикционного модуля, представляющего собой струбцину, с которым жестко связан эталонный груз, а внутренняя цилиндрическая поверхность которой охватывает дополнительный вал с силой сжатия регулируемой перемещением винта, сжимающего струбцину, создавая фрикционный момент нагрузки в виде момента сил сухого трения, который численно определяется маятниковым моментом, создаваемым отклоненным эталонным грузом

,

где - масса эталонного груза; - расстояние от центра масс эталонного груза до оси вращения; - угол отклонения эталонного груза от местной вертикали; частота вращения дополнительного вала.

Недостаток прототипа состоит в том, что при вращении вала даже в установившемся режиме в силу неидеальности фрикционной пары нагрузочный момент, а вместе с ним и остальные параметры: ток двигателя, частота вращения, угол отклонения эталонного груза будет изменяться в определенных пределах, что приведет к снижению точности решения задачи идентификации параметров двигателя.

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в повышении точности измеряемых параметров и соответственно в повышении точности решения задачи идентификации параметров двигателя.

Технический результат достигается тем, что в установке для идентификации параметров двигателя постоянного тока, содержащей собственно двигатель, статор которого закреплен в корпусе, а ротор кинематически с помощью фрикционного вала, который охватывается фрикционным модулем с эталонным грузом, соединен с ротором тахогенератора, закрепленного также на корпусе, регулируемый источник питания, подключенный на вход ротора двигателя, измерители напряжения, тока двигателя и угла отклонения эталонного груза, при этом фрикционный модуль, с которым жестко связан эталонный груз, представляет собой струбцину с внутренней цилиндрической поверхностью, охватывающей фрикционный вал, сила сжатия которой регулируется перемещением винта, новым является то, что установка содержит микроконтроллер, на первый - четвертый входные порты которого соответственно подключены выходы первого - четвертого масштабных усилителей, входы которых соответственно соединены с выходами регулируемого источника питания, двигателя постоянного тока, тахогенератора и фазочувствительного выпрямителя, на вход которого подключен измеритель угла отклонения эталонного груза, выполненного в виде датчик угла, ротор которого закреплен на фрикционном модуле, а статор - в корпусе установки.

Сущность изобретения поясняется чертежами, приведенными на фиг.1а и фиг.1б. При этом на фиг.1а представлена блок схема измерения с эскизом механической части, а на фиг.1б, изображен вид на установку в отклоненном положении эталонного груза.

На фиг.1а и фиг.1б приняты следующие обозначения:

1 - двигатель постоянного тока;

2 - первая соединительная муфта;

3 - вторая соединительная муфта;

4 - тахогенератор (измеритель частоты вращения);

5 - фрикционный вал;

6 - фрикционный модуль;

6.1 - винт;

7 - эталонный груз;

8 - ротор датчика углов;

9 - статор датчика углов;

10 - стойка левая;

11 - стойка правая;

12 - основание (корпус);

13 - штанга;

14 -регулируемый источник питания;

15 - первый масштабный усилитель;

16 - второй масштабный усилитель;

17 - третий масштабный усилитель;

18 - фазочувствительный выпрямитель;

19 - четвертый масштабный усилитель;

20 - микроконтроллер;

21 - дисплей.

Буквенные обозначения:

центр масс эталонного груза;

масса эталонного груза;

ускорение силы тяжести;

расстояние между центром масс эталонного груза и осью вращения;

угол отклонения эталонного груза от местной вертикали;

электромагнитный момент на валу двигателя;

момент нагрузки, создаваемый фрикционным модулем.

Описание устройства.

Исследуемый двигатель постоянного тока 1 крепится к левой стойке 10, тахогенератор (измеритель частоты вращения) 4 крепится к правой стойке 11. Обе стойки выставляются по оси вращения двигателя и крепятся к основанию 12. Для кинематического (жесткого) соединения между собой валов двигателя 1 и тахогенератора 4 служат первая 2 и вторая 3 соединительные муфты, которые соединяют фрикционный вал 5, соответственно с ротором двигателя и ротором тахогенератора 4. Для создания момента нагрузки на валу двигателя 1 и, соответственно, на фрикционном валу 5, служит фрикционный модуль 6, который представляет собой струбцину с внутренней цилиндрической поверхностью, охватывающей фрикционный вал. При этом сила сухого трения, возникающая между струбциной и фрикционным валом, регулируется перемещением винта 6.1. С фрикционным модулем с помощью штанги 13 соединен эталонный груз 7, расстояние l между центром масс груза и осью вращения может регулироваться, а сам груз может быть заменяемым. Для измерения угла поворота эталонного груза служит датчик углов. Ротор датчика углов 8 жестко соединён с фрикционным модулем 6, а статор датчика углов 9 крепится к правой стойке 11. При этом датчик угла может быть выполнен в виде индуктивного датчика угла.

Для записи и обработки результатов измерений служит микроконтроллер 20, на первый - четвертый входные порты которого соответственно подключены: регулируемый источник питания 14 через первый масштабный усилитель 15; второй масштабный усилитель 16, измеряющий ток двигателя 1; третий масштабный усилитель 17, измеряющий напряжение на выходе тахогенератора 4; четвертый масштабный усилитель 19, вход которого через фазочувствительный выпрямитель 18 соединен со статором датчика углов 9, измеряющим угол отклонения эталонного груза от вертикали. Результаты обработки измерений регистрируются на дисплеи 21, а также могут записываться в файл. Масштабные усилители необходимы для приведения максимальных напряжений к уровню допустимому по техническим характеристикам входных портов микроконтроллера, когда входной порт является входом встроенного преобразователя аналог-код.

Работа устройства при испытаниях двигателя.

Устройство предназначено для создания момента нагрузки при вращении двигателя и автоматического определения его параметров с максимальной точностью. Но предварительно для максимального момента двигателя , где необходимо взять из паспортных данных, следует подобрать маятниковость ml эталонного груза, которая определяется максимальным измеряемым углом . Для нормальной работы устройства должен принадлежать диапазону линейности датчика угла 8-9.

При исследовании двигателя максимальное напряжение питания разбивают на n диапазонов . Момент нагрузки можно регулировать винтом 6.1в следующих вариантах испытания: задается постоянным, а управляющие напряжение изменяют в соответствии с заданной программой, или наоборот, когда напряжение фиксировано, а момент нагрузки изменяют в определенном диапазоне. Также возможно одновременно варьировать и момент нагрузки и напряжение питания двигателя.

Измеряемыми параметрами, которые поступают на входные порты с первого по четвертый микроконтроллера 20, являются: напряжение , частота вращения двигателя , измеряемая тахогенератором 4, угол отклонения эталонного груза 7, ток двигателя . При этом, учитывая, что момент нагрузки создается моментом сил сухого трения во фрикционной паре вал 5 - струбцина 6, который в силу неидеальности соприкасающихся поверхностей будет изменяться в определенных пределах. Поэтому для повышения точности измерений и соответственно вычислений указанные выше параметры двигателя будут измеряться несколько раз, например m в, течение заданного времени, а для расчетов будут браться их средние значения

(1)

где текущие значения напряжений регулируемого источника питания, тахогенератора, датчика углов и тока двигателя; средние значения напряжений регулируемого источника питания, тахогенератора, датчика углов и тока двигателя.

В действительности измеряются напряжения на выходах масштабных усилителей 15, 17, 19 и 16, которые на преобразователях аналог-код, расположенных соответственно в первом, втором, третьем и четвертом входных портах микроконтроллера 20, преобразуются в двоичный код.

Рассмотрим последовательность работы установки.

1) Напряжение задается с помощью регулируемого источника питания 14, поступает на вход ротора двигателя 1 и одновременно через масштабный усилитель 15 на первый входной порт микроконтроллера 20, в котором преобразуется в двоичный код и записывается в ячейку памяти. Так как под действием нагрузки в виде двигателя возможны колебания напряжения, то преобразователь аналог-код первого порта опрашивается m раз и информация записывается в m ячеек памяти.

2) Далее последовательно по m раз опрашиваются второй, третий и четвертый порты, которые также являются преобразователями аналог-код, и преобразованная информация записывается в m ячеек памяти для каждого сигнала.

3) В соответствии с формулой (1) формируются средние значения напряжений и тока двигателя .

4) Задавая n значений напряжения питания, в соответствии с пунктами 1)-3) формируем в микроконтроллере n столбцов для средних значений напряжений и тока двигателя .

5) В соответствии с патентом РФ № 2796641 Способ определения параметров моментного двигателя постоянного тока / Кривошеев С.В., Андреев П.В., Муллагалиев Д.Р. и др. Опубликовано:29.05.2023 Бюл №16, на основании произведенных измерений микроконтроллер произведет вычисление параметров двигателя в соответствии с формулами

где коэффициенты противоэдс и момента, активное сопротивление якоря (ротора) двигателя; частота вращения; угол отклонения эталонного груза; коэффициенты передачи тахогенератора и датчика угла.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам определения параметров электрических машин, и может найти применение при создании установок для идентификации параметров, например, моментных двигателей постоянного тока. Технический результат заключается в повышении точности измерения параметров. Установка для идентификации параметров двигателя постоянного тока содержит собственно двигатель 1, статор которого закреплен в корпусе, а ротор кинематически с помощью фрикционного вала 5 соединен с ротором тахогенератора 4, закрепленного также на корпусе. Также содержит регулируемый источник питания 14, подключенный на вход ротора двигателя 1, измерители напряжения и тока двигателя, частоты его вращения и угла поворота эталонного груза, который уравновешивает момент нагрузки, создаваемый относительно оси вращения фрикционным модулем 6, с которым жестко с помощью штанги 13 связан эталонный груз 7. Фрикционный модуль 6 представляет собой струбцину с внутренней цилиндрической поверхностью, охватывающей фрикционный вал 5, сила сжатия которой регулируется перемещением винта 6.1. Для проведения идентификации параметров двигателя установка содержит микроконтроллер 20, на первый-четвертый входные порты которого соответственно подключены выходы первого-четвертого масштабных усилителей 15-17, 19, входы которых соответственно соединены с выходами регулируемого источника питания, двигателя постоянного тока, тахогенератора и фазочувствительного выпрямителя 18, на вход которого подключен измеритель угла отклонения эталонного груза, выполненный в виде датчика угла, ротор 8 которого закреплен на фрикционном модуле, а статор 9 - в корпусе установки. 1 ил.

Установка для идентификации параметров двигателя постоянного тока, содержащая собственно двигатель, статор которого закреплен в корпусе, а ротор кинематически с помощью фрикционного вала, который охватывается фрикционным модулем с эталонным грузом, соединен с ротором тахогенератора, закрепленного также на корпусе, регулируемый источник питания, подключенный на вход ротора двигателя, измерители напряжения, тока двигателя и угла отклонения эталонного груза, при этом фрикционный модуль, с которым жестко связан эталонный груз, представляет собой струбцину с внутренней цилиндрической поверхностью, охватывающей фрикционный вал, сила сжатия которой регулируется перемещением винта, отличающаяся тем, что установка содержит микроконтроллер, на первый-четвертый входные порты которого соответственно подключены выходы первого-четвертого масштабных усилителей, входы которых соответственно соединены с выходами регулируемого источника питания, двигателя постоянного тока, тахогенератора и фазочувствительного выпрямителя, на вход которого подключен измеритель угла отклонения эталонного груза, выполненный в виде датчика угла, ротор которого закреплен на фрикционном модуле, а статор – в корпусе установки.