Устройство для измерения и регистрации внутреннего угла синхронной машины Советский патент 1986 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при экспериментальных исследованиях; а также при создании систем автоматизированного управления синхронной машиной.

Цель изобретения - упрощение измерения нутам обеспечения ав омати- ческой работы устройства во всем диапазоне частот напряжения, питающего синхронную машину.

На фиг,1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг,2 - схема фотоэлектрического датчика положения ротора; на фиг.З - эпюры импульсов.

Устройство содержит фотоэлектрический датчик } положения ротора, формирователи 2 и 3 импульсов, элемент 4 задержки, генератор 5 высокой частоты, делитель 6 частоты на 360, Ю гюч 7, десятичный счетчик 8, управляемый делитель 9 частоты, регистрирующий прибор-счетчик 10, у которого есть управляюпщй вход II Старт, счетный вход 2, управляющий вход 13 Стоп и управлякмщй вход 14 Сброс щ)ичем фотоэлектрический датчик 1 положения ротора, первый формирователь , 2 импульсов, элемент 4 задержки .им- щ;льсов и вход 11 Старт счетчика И) соединены последовательно, .выход генератора 5 высокой частоты соеди- нен с входом управляемого делителя . . 9 частоты и входом делителя 6 частоты на 360, выход которого с6е динен с первым входом ключа 7 второй вход которого соединен с выходом второго формирователя 3 импульсов и входом 13 Стоп счетчика 10, а выход ключа 7. соединен с входом десятичного счетчика 8, разрядные -выходы которого соединены с соответствующими разрядными входами управляемого делителя 9 частоты, выход, которого соеди- . нен со счетным входом 52 счетчика 10 вход второго формирователя 3 импульсов соединен с входом устройства, . а вход 14 Сброс счетчика является тактовым.

Фотоэлектрический датчик положени ротора (фиг.2) содержит непрозрачный диск 15 с отверстием (или прорезью) 16, источник 17 света и фотоэлемент (фотодиод) 18,

Эпюры (фиг.З) изображают последовательность 19 импульсов на выходе формирователя 3, последовательность 20 импульсов на выходе управляемого

10

5

20

39625

делителя 9, последонательность 21 импульсов на выходе элемента 4 задержки импульсов, одиночный тактовый импульс 22 ТИ и схематично показан- ,. ное количество 23 импульсов, поступившее в счетчик 10.

В качестве датчика положения ротора может быть применен любой бесконтактный датчик, вырабатывающий один импульс за один оборот вала ротора, например фотоэлектрический (фиг.2),

Формирователи 2 и 3 импульсов (фиг.1) могут быть выполнень в виде пороговых устройств, вырабатывающих на выходе прямоугольный импульс при отличии входного напряжения от нуля или при изменении -знака входного напряжения. В основе их может быть применен, например, триггер Шмитта,

Элемент 4 задержки импульсов мО- жет быть выполнен на ждущем мульти- зибратр11е с регулируемой длительностью выходных прямоугольных импульсов. Задний фронт прямоугольных импульсов ждущего мультивибратора форг« ирует - выходные импульсы элемента 4 задержки импульсов.

Генератор 5 высокой частоты (10 Гд), делитель 6 частоты на 360, ключ 7, десятичный .счетчик 8 и управляемый делитель 9 частоты позволяют получить на выходе управляемо-. го делителя 9 частоты последовательность импульсов с частотой в 360 раз выше частоты следования импульсов на выходе формирователя 3 импульсов. Таким образом, на протяжении каждого периода напряжения, - питающего синхронную машину, причем даже изменяющегося во времени, равномерно укладывается 360 импульсов,

В качестве счетчика 10 может быть использован электронный цифровой

25

30

35

40

O

счетчик, имеющий управляющие входы Старт, Стоп и Сброс для управления счетным входо м.

Устройство работает следующим образом.

Световой поток от источника 17 (фиг.2) после прохождения через отверстие (или прорезь) 16 1ВО вращающемся диске 15 попадает на фотодиод 18, подключенный к входу формирова- теля 2 (фиг.1), К выходу формирователя 2 импульсов подключен элемент 4 задержки импульсов, на выходе которого вырабатывается последовательность импульсов, показанная на эпюре 21,

Напряжение U с зажимов синхронной машины поступает на вход -формирователя 3 импульсов, на выходе которого формируется последовательность коротких (10 с) прямоугольных импульсов той же частоты, показанная на эпю- ре 19.

Спад очередного (первого) импульса с выхода формирователя 3 импульсов поступает на управляющий вход ключа 7, открывает его и последовательность импульсов с выхода генератора 5 высокой частоты, поделенная на 360 делителем 6 частоты,.через открытый ключ 7 начинает заполнять десятичный счетчик 8,

После завершения периода напряжения и второй импульс с выхода фо-р- мирователя 3 импульсов на время свое дпительности закрывает ключ 7, одно- временно с этим число импульсов, зa- писанное десятичным счетчиком 8, в коде 1248 с его разрядных выходов поступает на соответствующие разрядные входы управляемого делителя 9 часто- ты, задавая ему определенный коэффициент деления К последовательности импульсов генератора 5 высокой частоты, соответствующий данному периоду напряжения U на зажимах синхронной машины, десятичный .счетчик 8 переводится в н улевое состояние.

После спада второго импульса на выходе формирователя 3 импульсов, ключ 7 открывается и. начинает пропускать последовательно импульсов с вы- хода делителя 6 частоты в десятичный счетчик 8.

После завершения второго периода напряжения U третий импульс с выхода преобразователя 3 на время своей длительности закрывает ключ 7, десятичный счетчик 8 передает записанную в нем информацию в управляемый делитель 9 и устанавливается в нулевое состояние. После спада третьего импульса ключ 7 открывается, десятичный счетчик 8 снова начинает заполняться до прихода четвертого импульса и описанные процессы повторяются.

В течение каждого периода напряжения и при заполнения десятичного счетчика 8 управляемый делитель 9 частоты не меняет установленный в нем коэффициент деления X , соответ

ствующий числу, записанному десятич ным счетчиком 8 в течение предыдущего периода напряжения U, и делит . последовательность импульсов с гене

ратора 5 высокой частоты в соответствии с этим коэффициентом деления К

Коэффициент деления К находится в строгой зависимости от частоты f,, напряжения и и определяется из соотношения

К - mfu

где f ю Гц - частота генератора 5 высокой час- .тоты (фиг.1); - число деления делителя 6 частоты.

Последовательность импульсов с выхода управляемого делителя 9 частоты подается на вход 12 счетчика 10 и яв ляется для него импульсами заполнения. Ча.стота fj импульсов заполнения находится в строгом соответствии с частотой f(j напряжения U fr

W- rafu

fj -jT- - mfu 360 fu .

2о 25

30

40

50

55

Измерению предшествует операция установки нулевого значения внутреннего угла синхронной мапшны при ее работе на холостом ходу в генераторном режиме.

Регулировкой элемента 4 задержки импульсов добиваются совмещения импульса на его выходе (эпюра 21) с ближайшим, следующим после него во времени импульсом (эпюра .19) на выходе формирователя 3 импульсов (если, например, счетчик 10 реагирует на положительные перепады напряжения на его входе 13).Б этом случае на входы 11 и 13 управляющие импульсы приходят одновременно и счетчик 10 показывает нули.

Операция установки нулевого значения внутреннего угла производится один раз после каждого закрепления диска 15 (фиг.2) датчика положения ротора на валу синхронной м-ашины.

После установки нулевого значения внутреннего угла синхронная машина переводится в требуемый режим. В зависимости от приложенной на Вал . нагрузки возникает сдвиг фаз между ЭДС и напряжением, что вызывает у ранее совмещенных импульсов временной сдвиг. Предположим, что этому соответствует положение импульсов из последовательностей импульсов на эпюрах 19 и 21 в моменты времени t и ta (фиг.З).

Измерение начинается с приходом тактового импульса .ТИ, например в момент времени t, (эпюра 22) на управляющий вход 14 Сброс, при этом счетчик 10 переводится в ждущий режим. В момент времени t импульс с выхода элемента задержки (эпюра 21) поступает на упр.авляюир й вход 1 Старт, после чего счетчик 10 начинает заполняться импульсами (эпюра 20) с выхода управляемого делителя 9 частоты. В момент времени tj очередной по времени положительный перепад импульса с выхода формирователя 3 импульсов (эпюра 19), воздействуя на управляющий вход 13 Стоп счетчика 10, останавливает счет.

Показание счетчика 10, соответствующее количеству импульсов, схематично показанных на эпюре 23, пришедших с выхода управляемого делителя 9 частоты за интервал мейсду моментами времени t и tj, однозначно определяет количество электрических градусов, равное искомо 1у внутреннему углу синхронной машины.

Использование предлагаемого технического решения в сравнении с из- вестным позволяет упростить измерение, обеспечив автоматическую работу устройства во всем диапазоне частот напряжения, питающего синхрон- Hyid машину, тем самым исключить необходимость частотной перестройки элементов устройства и применять его в системах автоматизированного управления синхронной машиной.

Формула изобретения

Устройство для измерения и реги- g страции внутреннего угла синхронной машины, содержащее датчик положения ротора, элемент задержки, счетчик, первый и второй формирователи импульсов, вход первого из которых со.еди- ,0 нен с выходом датчика положения ротора, а его выход соединен с входом элемента задержки, выход которого соединен с входом Старт счетчика, вход второго формирователя импуль5 сов соединен с входом устройства, а его выход соединен с входом Стоп счетчика, вход Сброс которого является тактовьвч, отличающееся тем, что, с цепью упрощения

0 измерения путем обеспечения автоматической работы устройства во всем диапазоне частот напряжения, питающего синхронную машину, в негр введены генератор высокой частоты, де5 литель частоты на 360, ключ, десятичный счетчик и управляемый делитель частоты, при этом выход генератора высокой частоты, соединен с входом управляемого делителя частоты и вхо0 дом делителя частоты на 360, вьгход которого соединен с первым входом ключа,, управляющий вход которого сое- дянен с выходом второго формирователя импульсов, а вьгход ключа соединен с входом десятичного счетчика, разрядные выходы которого Соединены с соответствующими разрядными входами упр1авляемого делителя .частоты, выход которого соединен со счетным входом счетчика.

Изобретение может быть использовано при зкспериментальных исследованиях, а также при создании систем автоматизированного управления синхронной машиной. Цель изобретения - упрощение процесса измерения. Устройство содержит фотоэлектрический датчик 1 положения ротора, формирователи 2 и 3 импульсов, элемент 4 задержки, ключ 7, регистрирующий прибор-счетчик 10 с управляющим входом 11 Старт, счетным входом 12, управляющим входом 13 Стоп и управляющим входом 14 Сброс. Введение в устройство генератора 5 высокой частоты, делителя 6 частоты на 360, десятичного счетчика 8, управляемого делителя 9 частоты и образо- вани е новых связей между элементами устройства позволяет обеспечить ав- томатическую работу устройства во всем диапазоне частот напряжения, питающего синхронную машину. При этом исключается необходимость частотной перестройки элементов устройства и становится возможным применять его в системах автоматизированного управления синхронной машиной. 3 ил. с (Л to оо со Од IN: ел

Фиг 2

f J111 |1Э/

I

Л(11ПИ1Н1Г 1ННП И11П1Г1Г11ИНИГНП111 ПНПППГ1Г 1ПМГ1П111 11Н11 ИП1П 11ПЙ1 j,

..

22----- L : ; ; - f

23 --M t

totjti

Фкг.З