Устройство контроля частоты вращения электрической машины Советский патент 1986 года по МПК G01P3/489 

Изобретение относится к измерению скорости электрических машин и может быть использовано в различных системах контроля частоты вращения электрагрегатов, например в системах диаг- ностирования и автоконтроля.

Целью изобретения является расширение номенклатуры контролируемых изделий.

На.фиг. представлена функциональ ная схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие принцип действия устройства; на фиг«3 - вариант реализации перестраиваемого гребенчатого фильтра; на фиг.А - спектр пульсаций и частотные харак- теристики перестраиваемого гребенчатого фильтра в различных режимах работы.

Устройство содержит тактовый гене ратор 1, второй счетчик 2, триггер 3, первые элементы И 4, регистр 5, блок 6 индикации, перестраиваемый генератор 7, генератор 8 пилообразного напряжения, пиковый детектор 9, пе- рестраиваемый гребенчатый фильтр 10, датчик 11 пульсаций тока, сумматор 12, первый и второй ключи 13 и 14, первый и второй интеграторы 15 и 16, первый и второй компараторы 17 и 18, второй и третий элементы И 19, 20, элемент ИЛИ 21, первый и второй элементы 22 и 23 задержки, первый счет- чик 24 и режекторный фильтр 25.

Перестраиваемый гребенчатый фильт 10 содержит полосовые фильтры 26, каждый из которых выполнен на операционном усилителе 27 с частотно-задающими конденсаторами 28 и 29, полевым транзистором 30 и делителем упразляющего напряжения, состоящим из резистора 31 и потенциометра 32.

Буквами от А до Р .обозначены точки на функциональной схеме (фиг.) которым соответствуют временные диаграммы на фиг.2. Позициями С и О обозначены соответственно счетный и нулевой входы счетчиков и триггера.

На фиг.4 изображен спектр сигна- ла на выходе датчика 11 пульсаций, позициями X,Y,Z,W обозначены частотные характеристики перестраиваемо- го гребенчатого фильтра 10 в периоды времени5 обозначенные аналогич- но на временных диаграммах фиг.2.

Принцип действия устройства заключается в постепенной перестройке

гребенчатого фильтра с одновременным автоматическим контролем напряжения на его выходах до получения максимального суммарного сигнала всех составляющих спектра, после чего производится индикация частоты первой составляющей спектра пульса- . ций.

Ус;тройство работает следуюЩ11М образом.

Импульсы тактового генератора 1 поступают на счетные входы G счетчика 2, триггера 3 и через элемент 23 задержки через время, равное периоду повторения тактовых импульсов на счетчик 24, На прямом выходе триггера 3 формируются нечетные импуль-- сы тактов, на инверсном выходе - четные (диаграммы Б, В на фиг.2. Счетчик 2 осуществляет счет числа поступивших тактовых импульсов и в соответствии с этим перестраивает перестраиваемый генератор 7, формирующий последовательность импульсов с постоянным в пределах такта периодом следования, но увеличивающимся с каждым последующим тактом (диаграмма Г на фиг.2), Импульсы с выхода генератора 7 запускают генератор 8 пилообразного напряжения, амплитуда пилообразных импульсов которого (диаграмма д) пропорциональна периоду следования импульсов генератора 7. Пиковый детектор 9 формирует постоянное напряжение, пропорциональное амплитуде пилообразных импульсов, которым управляется перестраиваемый гребенчатый фильтр 10. Последний выделяет из спектра пульсаций, поступающих на его вход с датчика 11 через фильтр 25, те спектральные составляющие, на которые настроены его гребенчатые фильтры. С выходов этих фильтров напряжение поступает на сумматор 12, на выходе которого формируется постоянное напряжение, пропорциональное сумме амплитуд выделяемых гребенчатым фильтром спек- тральных составляющих. Это напряжение подается через ключ 13, который находится в замкнутом состоянии поданным на него напряжением с прямого выхода триггера 3, на интегратор 15. Интегратор запоминает максимальное из поданных на его вход напряжение, которое с помощью компаратора 17 сравнивается с выходным напряжением второго интегратора. Так как

в данном такте первое из них превышает второе, то на выходе компаратора 17 присутствует сигнал низкого уровня, вследствие чего на выходе элемента И 19 сигнал также имеет низкий уровень. На выходе компаратора 18, наоборот, появляется сигнал высокого уровня, однако на выходе элемента И 20 сигнал имеет низкий уровень, так как на его вто- ,ром входе действует напряжение низкого уровня с инверсного выхода триггера 3.

Таким образом, на выходе элемента ИЛИ 21 также присутствует сигнал низкого уровня, который закрьшает элементы И 4, препятствуя перезаписи записанного в счетчике 24 кода в регистр 5 и индикации блоком 6 индикации .

При появлении последующих тактовых импульсов на выходе генератора 1 происходит смена состояний выходов триггера 3. Частота импульсов, вырабатываемых генератором 7, уменьшаетс что приводит к перестройке гребенчатых фильтров в сторону увеличения частоты. Коммутируемые через такт ключи 13 и 14 поочередно подключают к выходу сумматора 12. интеграторы 15 и 16, сохраняющие на своих выходах постоянное напряжение, равное максимальному из поданных на их входы сигналу.

Во эсех тактах до -момента точной настройки фильтров включительно с каждым новым тактом на.вход интеграторов поступают все более высокие уровни сигналов, и соответственно, напряжение на их выходах растет. При этом уровни сигналов на выходах компараторов и на соответствующих выходах триггера 3 не совпадают, что приводит к наличию сигнала низкого уровня на выходах элементов И 19, 20 ИЛИ 21.

Максимальным сигнал на выходе сумматора 12 является в момент точной настройки (такт Z, диаграмма Ж). В следующем такте через фильтры проходят пики спектральных составляющих пульсаций, и суммарный сигнал на выходе сумматора 12 уменьшается (такт W, диаграмма Ж ). Это приводит к тому, что на выходах интеграторов уровень сигнала по сравнению с пре- дьщущим тактом не изменяется, не и

205020

меняется он и на соответствующих входах компараторов, в то время как на других входах уровни сигналов с выходов триггера изменяются

5 по сравнению с предыдущим тактом на противоположные. В результате уровни сигналов на входах элементов И 19, 20 совпадают, что вызьша- ет появление на одном из их входов

10 сигнала высокого уровня (такт W, диаграмма н) и соответственно такого же по уровню сигнала на выходе элемента ИЛИ 21. Последний открывает элементы И 4, через которые код,

15 пропорциональный частоте настройки фильтров в предьщущем такте, записывается в регистре 5 и отображается в блоке 6 индикации. Посколь-- ку в предыдущем такте фильтры были

20 настроены на максимумы спектральных составляющих спектра пульсаций, на индикаторе отображается код частоты основной гармоники пульсаций. Одновременно сигнал с выхода эле25 мента ИЛИ 21 поступает на элемент 22 задержки и через время задержки

t С выхода последнего производит сброс всех элементов накопления устройства в нулевое состояние, чем

возвращает его в исходное состояние. После этого весь процесс повторяется. Время задержки элемента 22 t соответствует минимально необходимому времени с начала такта, за которое со счетчика 24 код успевает перезаписаться в регистр 5. В периоды поиска частоты настройки регистр 5 и индикатор 6 сохраняют последнее из определенных значений до следующего момента обнаружения экстремума, после чего информация в регистре 5 и на индикаторе обновляется. Дискретность процесса можно уменьшить, увеличивая частоту тактовых импульсов, генерируемых генератором 1. I - .

В качестве датчика 11 пульсахщй тока (напряжения) в устройстве можно использовать шунт в цепи электрической машины. В качестве фильтра 25 для машин постоянного тока используют фильтр нижних частот с частотой среза, равной максимальной частоте настройки гребенчатого

фильтра 10, а для машин переменного тока - режекторный фильтр., подавляющий составляющую спектра пульсаций с частотой с;ети.

Таким образом, устройство кон- .троля обеспечивает настро йку фильт- ров на п спектральных составляющих тока (начиная с первой, которые кратны частоте вращения, и тем самым позволяет однозначно определить частоту вращения электрической машины. При этом исключаются сбои и неточности в оценке частоты вращения, которые характерны для извест12050206

ных устройств и обусловлены попаданием в полосу пропускания фильтра нерасчетной составляющей,

5 Устройство является универсальным, поскольку применимо для любых электрических мащин коллекторных машин постоянного и переменного тока с различным возбуждением, асин10 хронных и т.д.).

I

г

1ПППППППППП П П П П П П П

-IU

I

ЛЛЛЛЛЛЛЛ/1/l/i

i

ж

н

П

/

Фи2.2

Вход

Выход 1

--..

76

s

26

Упраблйющий

Фиг.

BhtXDi2

Bbfxodn

I

II

w

Составитель М.Хаустов Редактор И.Рыбченко Техред А.Ач Корректор Е.Рошко

Заказ 8521/45 Тираж 896 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ШШ Патент, г. Ужгород, ул.Проектная, 4

II

lllll

f

ФигЛ