Устройство для измерения и регулирования угловых скоростей и ускорений вала Советский патент 1959 года по МПК H02P5/00 H02K17/34 

Предлагаемое устройство для измерения и регулирования угловых скоростей и ускорений вала предназначается в основном для использования в системах автоматического регулирования скорости и нагрузки первичных двигателей в качестве исполнительного органа, имеющего электрический вход и механический выход и воздействующего непосредственно на побудительную систему указанного регулятора.

В основу предлагаемого устройства положено применение двух асинхронных машин с общим валом.

Статоры этих двух машин выполнены с числом пар полюсов, разнящихся на единицу так, что их синхронные скорости отличаются на одну ступень, т. е. если, например, синхронная скорость одной машины об/мин., то синхронная скорость второй об/мин. Валы короткозамкнутых роторов этих машин соединены между собой через крутильный динамометр.

Обмотки статоров соединены параллельно таким образом, чтобы вращение магнитных полей обеих машин было направлено в одну сторону, и получают питание от пендаль-генератора, приводимого во вращение от контрольного вала.

При подаче напряжения нормальной частоты устройство приходит во врашение, причем машина, имеющая большее число синхронных оборотов, работает в режиме асинхронного двигателя и передает через вал мощность другой машине, имеющей меньшее число синхронных оборотов и работающей в режиме асинхронного генератора. Этот асинхронный генератор возвращает мощность источнику питания - пендельгенератору.

Возникающий при этом момент между валами роторов обеих машин измеряется введенным между этими валами крутильным динамометром.

№ 120568- 2 -

Выходной элемент этого динамометра (стрелка, шпиндель, штифт) используется как выходной орган всего устройства в целом, перемещение которого определяется параметрами подведенного к входу устройства переменного тока. Зависимость момента от напряжения позволяет использовать предлагаемое устройство для управления нагрузкой агрегата в функции тех или иных электрических параметров.

Так как момент зависит также и от частоты, то устройство может быть использовано и в качестве измерительного органа регулятора скорости.

В качестве управляюндих параметров могут быть также использованы одновременно частота и напряжение, подаваемые на вход устройства, дающего на выходе одну механическую величину.

Простой анализ устройства показывает, что при равенстве моментов инерции обеих машин, т. е. генератора и двигателя, оно реагирует только на скорость вращения контролируемого вала.

Соответствующим выбором соотношения моментов инерции роторов двигателя и генератора можно регулировать величину и знак коэффициента усиления (постоянная времени) по ускорению, соответственно изменяя величину воздействия устройства по ускорению. Если момент инерции генератора больше момента инерции двигателя, то механическая величина на выходе устройства зависит как от частоты питающей сети, так и от скорости ее изменения и согласована с ними по знаку.

Предлагаемое устройство может быть выполнено также и без крутильного динамометра, соединяющего валы роторов обеих асинхронных мащин. Для достижения при этой упрощенной конструкции того же технического эффекта, роторы выполняются со скошенными пазами и закрепляются на общем аксиально подпружиненном валу.

На фиг. 1 и 2 схематически показаны два варианта предлагаемого устройства.

На фиг. 1, изображающей устройство с крутильным динамометром, обозначено: 1- статор асинхронной машины, работающей в режиме двигателя; 2 - ее внутренний статор; 3 - ее полый ротор; 4 - статор мащины, работающей в режиме генератора; 5 - ее короткозамкнутый ротор; 6 - кинематическая часть динамометра; 7 - его силовая часть (уравновешивающее устройство); 8 - подшипники скольжения, обеспечивающие возможность осевого смещения ротора двигателя; 9 - радиально-упорный шариковый подшипник генератора; 10 - его радиальный шариковый подщипник; 11 - штифт на конце вала двигателя; 12 - гидравлический усилитель; 13 - пендель-генератор.

Как видно из фиг. 1, ротор 5 генератора занимает постоянное по высоте положение в пространстве, что обеснечивается радиально упорным подшипником 9. Ротор 3 двигателя смещается в подщипниках 8 вдоль своей оси в зависимости от момента, передаваемого с вала двигателя на вал генератора, т. е. в зависимости от частоты питающей сети. Выходом устройства служит штифт //, являющийся продолжением вала двигателя.

При появлении ускорения, вследствие разницы моментов инерции роторов генератора и двигателя, нижняя полумуфта динамометра, соединенная с легким ротором 3 двигателя, двигаясь в сторону ускорения быстрее верхней полумуфты, соединенной с массивным ротором 5 генератора, «проскальзывает относительно нее, обусловливая дополнительное осевое смещение ротора двигателя, являющееся функцией коэффициента усиления по ускорению и величины ускорения. Таким образом, обеспечивается воздействие устройства по ускорению.

В варианте устройства, изображенном на фиг. 2 и выполненном без динамометра, асинхронные мащины имеют роторы (За - двигателя и 5а - генератора) со скошенными пазами.

Штифт 11 закреплен на конце общего вала двигателя и генератора.

Наклон этих пазов согласован таким образом, что осевые усилия

как ог вращающего момента двигателя, так и от тормозного момента

генератора направлены в одну сторону (на фиг. 2 - вниз), и, следовательно, складываются. Направление вращения вала, несущего оба ротора, выбирается таким, чтобы суммарное осевое усилие было направлено в сторону уравновешивающего устройства 7. Подщипники скольжения 8, установленные в обоих щитах агрегата, обеспечивают возможность осевого смещения вала.

Предмет изобретения

1.Устройство для измерения и регулирования угловых скоростей и ускорений вала первичного двигателя, содержащее две асинхронные машины с общим валом, отличающееся тем, что, с целью получения на выходе устройства механического перемещения, пропорционального контролируемому параметру или электрическому управляющему сигналу, валы короткозамкнутых роторов указанных машин связаны через крутильный динамометр, а параллельно соединенные обмотки статоров, имеющих число пар полюсов, разнящееся на единицу, питаются электрическим током от пендель-генератора, приводимого во вращение от контролируемого вала.

2.Видоизменение устройства по п. 1, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции путем исключения крутильного динамометра, асинхронные мащины имеют роторы со скошенными пазами, снабженные короткозамкнутой обмоткой типа «беличьей клетки, си.дящ,ие на общем аксиально подпружиненном валу.

Фиг I

ПОПРАВКИ

2.На стр..2 строку I снизу следует читать: «как от вращающего момента двигателя, так и от тормозящего момента