Устройство для измерения частоты вращения и углового ускорения Советский патент 1986 года по МПК H02K19/22 

но-полюсный индукторный генератор, статор которого состоит из четного числа магнитоизолированных сердечников 1-8, образующих четыре группы, с катушками 9-24 выходной обмотки и обмотки возбуждения. На каждом нечетном сердечнике размещены катушки 9, 13, 17, 21 обмотки возбуждения, на каждом четном - катушки 12, 16, 20, 24 выходной обмотки постоянного тока, соединенные между собой последовательно-согласно. Катушки выходной обмотки переменного тока каждых двух соседних сердечников соединены через активные сопротивления, которые могут быть вьтолнены регулируемыми идентичным образом друг с другом. Упомянутые два сердеч1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к конструкциям..пе- ременно-полюсных индукторных генераторов, и может быть использовано в автоматизированном электроприводе при испытании вращающихся электрических машин, в информационно-измерительной технике при измерении частоты вращения и углового ускорения ротора.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности измерения второго параметра вращения.

На фиг.1 представлено предлагаемое устройство, поперечньш разрез; на фиг.2 - развертка устройства по длине окружности и схема соединения катушек обмотки статора.

Устройство для измерения параметров вращения содержит переменно-по- люсный индикаторньй генератор, магни- топровод статора которого выполнен в виде магнитоизолированных сердечников 1-8 с размещенными на них ка- тушками 9-24 выходной обмотки и об- мотки возбуждения, а магнитопровод ротора 25 с зубцами 26, отделенными от сердечников 1-8 воздушным зазором 27, выполнен в виде пакета шихтованных пластин.

Катушки 9-24 могут быть размещены на любом участке магнитопровода

ника смещены друг относительно друга по окружности на величину об t,j(1+m+1/4) , а группы сердечников смещены друг относительно друга по окружности на величину, превьш1ающую величину об на целое число зубцовых делений ротора, равное по крайней мере 2 t, где tj - величина зубцо- вого деления ротора, равная полюсному делению статора, m - любое целое число. Данное устройство позволяет получать помимо сигнала, пропорционального частоте вращения, угловое ускорение и замедление вращения ротра, что может быть использовано при измерении переходных электромагнитных моментов двигателей, работаюш;их вхолостую. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

5

сердечников 1-8. Наиболее оптимальным является их размещение на полюсах (фиг.1 и 2). Полюсное деление сердечников 1-8 выполнено либо рав- ным величине зубцового деления t ротора 25 (фиг.1), либо в целое число раз превьш1ает ее.

Сердечники 1-8 объединены в четыре группы, каждая из которых содержит четное число сердечников, объединенных в пары. Поэтому общее количество сердечников является четным числом.

На фиг.1 и 2 в качестве примера представлено устройство, содержащее восемь сердечников, а в каждой группе - два сердечника, объединенные в пары соответственно 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6, 7 и 8. Сердечники каждой пары смещены друг относительно друга по окружности на величину об t(1+m+

tj - величина зубцового

деления р-ото ра (фиг. 1) ; m -1,2,3,..- целое число. Величина соответствует смещению сердечников пары (радиальных осей od и od , фиг, 1) на электрический угол (Х- 27 (), численно равный ir/S . Соседние группы сердечников (радиальные оси od и ос фиг,1) смещены друг относительно друга по окружности не менее, чем на

0

S

величину tj(3+m+r), превышающую величину л на целое число зубцовых делений, tg ротора 25, равное по крайней мере двум. Численно это значение соответствует сдвигу на элект ричес кий угол, также равный /г,

На каждом нечетном сердечнике 1,3,5 и 7 размещены соответственно катушки 9,13,17 и 21 обмотки возбуж дения, соединенные между собой по-т следоваТельно-согласно. Этим достигается одинаковое направление магнитного потока, пронизывающего указанные катушки, каждая из которых вьшолнеиа с одинаковым числом витков W. На каждом сердечнике 1-8 статора размещены катушки выходной обмотки переменного тока. При этом катушки данной обмотки размещены на соседних двух сердечниках образующих пары 1 и2, Зи4, 5и6, 7 и 8, соединены попарно (10 и 11, 14 и 15, 18 и 19, 22 и 23) через активные сопротивления 28-31 равной величины г. Каждая из катушек 10, 14, 18 и 22 выполнена с равнът числом витков W, а каждая из катушек 11,15,19 и 23 - с равным числом витков Wg.

Сопротивления 28-31 предназначены для коррекции тока в цепях попарно соединенных катушек с тем, чтобы обеспечить практически активный характер этого тока в широком диапазоне частот вращения. При известной максимальной частоте вращения ротора 25 величина г активных сопротивлений 28-31 должна в десятки раз пр вьппать величину индуктивных сопротивлений этих катушек. Это объясняе ся тем, что,с увеличением частоты вращения ротора 25 увеличиваются индуктивные сопротивления катушек. Для дополнительной коррекции тока прч работе устройства активные сопротивления 28-31 целесообразно выполнить регулируемыми (на фиг.2 показано стрелками). Попарно соединенные катушки 10 и 11, 14 и 15, 18 и 19, и 22 и 23 выходной обмотки через сопротивления 28-31 включены в каждой паре идентичным образом, т.е. либо только Согласно, либо только встречно.

Кроме того, на каждом четном сердечнике 2,4,6,8 размещены катушки 12,16,20 и 24 выходной обмотки

постоянного тока, соединенные между собой последовательно-согласно. При этом каждая из этих катушек выполнена с числом витков W.

Для получения закона распределения магнитной проводимости в воздушном зазоре 27, близкого к синусоидальному, необходимо, чтобы отношение ширины зубца B.J ротора 25 к величине его зубцового деления t было в пределах 0,325-0,350 либо в пределах 0,4-0,450 при равенстве ширины и зубцов ротора 25 и полюсов сердечников 1-8 статора.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При вращении ротора 25, например, в направлении, показанном на фиг.1 стрелкой, в воздушном зазоре 27 магнитная проводимость на пути магнитного потока через сердечники 1-8 во ti времени t будет изменяться с угловой частотой о соответственно нижеприведенным выражениям, в-которых индексом с цифрами 1-8 обозначены порядковые номера соответствующих сердечников:

G,(t) Gg(t) GO +G fo6cot;

G,(t) G,j(t) GO +G 9intot;

G, (t) G,(t) G -G -cosfotj

Gg(t) G.,(t) G -G -sinut,

где G и Gjfl - соответственно постоянная составляющая и амплитуда первой гармоники магнитной проводимое- ти на пути магнитного потока через каждый сердечник.

При питании постоянньм током обмотки возбуждения с катушками 9,13, 17 и 21 нечетные сердечники ; 1,3,5,7 пронизываются пульсирующим во времени магнитным потоком соответствен7 но:

,W Po mCOSali j(t) t P 5i nwii

ад- Ро- Рп,со5со1з rCtl o- meincot

И Р,

где о т соответственно побто- янная составляющая и амплитуда гармоники магнитного потока через каждый сердечник 1,3,5,7.

При постоянной величине тока йоз- буждения в катушках 9, 13,17 и 21 значения Р и const.

В соответствии с изменением этих потоюов в катушках 10, 14,18 и 22

переменного тока будут наводиться соответствующие ЭДС.

e,o(t)-W,,-Р со sin со1

е (t)-W Ф orncr-il- - -2 ((- w r WCOStJt,

e,g(t)-W, - - - -W W6;n«i) dt

/t)-W, ,9 «c05cot.

Каждая из этих ЭДС является источником питания катушек соответственно 11,15,19 и 23 переменного тока Поскольку величина активного сопротивления в цепи каждой из указанных катушек в десятки раз превьштает значения индуктивных сопротивлений этих катушек, то ток в каждой из них по фазе практически совпадает с ЭДС питающей соответствующую катушку, и определяется соответственно:.

(.

r+ %, r

( J -Sl.

+rv«,

eie(t) Wsfm Bincoi .

г .

г +r

VM

i,3(t)

r +r, r +r

eliit).,.bj. 35

где Гу - активное сопротивление каждой из катушек 11,15, 19 и 23.

Переменные ЭДС возбуждения, создаваемые приведенными токами, катушек 11,15,,19 и 23 изменяются во времени по х:ледующим законам соответственно:. . F,, (t) ,, (t) ,

F(5 t W.i,5 (t) - kco«o6UtF,, (t) W,i,, (t) - kosintot- F (t) W,i,,j(t) kcocoswt,

где

,P

const.

r +r

W.I

Каждая из этих мдс с учетом пульсации во времени магнитных проводи

мостей Gj(t), ), GgCt), Gg(t) создает соответствующий магнитный поток через каждый четный сердечник 2,4,6 и 8 изменяющийся в каждом из них по следующему закону: iW-F,(t)Qjai kco5mU t(,5incoi)

K(jOGo5ir Cotv kUGm ;

.(,5((tb-Kcoco5wt(Go-G co5cot)

-kcoGoCoscot f iccoQ cos cot 3 ,6(f).-)(«5;nwi(c,o-Gm5fna)i) -l :oQo5incol + K(oGi j

,g(t)--kwco5Ut()l)

KuCigC05wt+ kcoQn,. B соответствии с изменением приведенных потоков в катушках 12,16,20 и 24 наводятся соответствующие этим потокам ЭДС:

е (t) -W (t) . ,-f w, j ,

(t) -W,

(t) . dt

t - -,

Фб

dt

16

20

e(t) -w,)

При последовательно-согласном включении катушек 12,16,20 и 24 результирующая ЭДС в выходной обмотке постоянного тока, образованной этими катушками, будет равна сумме ЭДС, наведенных в каждой из них:

р(РгМ (il di} dtPglt)

(Л Ф4аЬ бШ РвС 11

dt ,m( + )l

., jt

.-2kW4G c,

, „ 2W,W,

С -2 kW,

const. Из полученного выражения следует, что при постоянной частоте вращения, а следовательно, при постоянной угловой частоте результирующая ЭДС, наведенная в выходной обмотке постоянного тока, будет равна нулю. При изменении частоты вращения во времени,, т.е. при вращении ротора с ускорением или замедлением, величина результирующей ЭДС в выходной обмотке постоянного тока будет прямо пропор-,

7

циональна угловому ускорению или замедлению ротора 25. Кроме того, по величине налряжения и частоте, его в катушках переменного тока 10,14, 18 и 22 можно однозначно количественно судить о час.тоте вращения ротора 25.

Предлагаемое устройство помимо получения сигнала, пропорционального частоте вращения, позволяет измерять угловое ускорение и замедление вращающегося ротора. Это свидетельствует о расширенных функциональных возможностях устройства, что позволяет использовать его при измерении переходных электромагнитных моментов двигателей, работающих вхолостую, так как в этом случае величина переходного электромагнитного момента пропорциональна ускорению.

Формула- изобретения

1. Устройство для измерения частоты вращения и углового ускорения, содержащее переменно-полюсный индук- торньй генератор с безобмоточным ротором и статором, магнитопровод которого вьшолнен в виде магнитоизо- лированных сердечников с полюсным делением, кратным зубцовому делению ротора, на которых размещены катушки обмотки возбуждения и выходной обмотки переменного тока, отличающееся тем, что, с целью расши10

545748

рения функциональных возможностей, устройство снабжено выходной обмоткой постоянного тока, число сердечников магнитопровода статора выпол- 5 нено четным, на каждом нечетном из которых размещены катушки обмотки возбуждения, соединенные между собой последовательно-согласно, а на каждом четном - катушки выходной обмотки постоянного тока, соединенные между собой последовательно-согласно, сердечники магнитопровода статора образуют по окружности четыре группы, на каждом сердечнике размещены катушки выходной обмотки переменного тока, причем катушки данной обмотки, размещенные на двух соседних сердечниках, соединены через активные сопротивления одна с другой идентичном образом, при этом два соседних сердечника смещены один относительно другого по окружности на величину , (1+т+ Д), а соседние группы сердечников смещены один относительно другого по окружности на величину, превышающую величину eL на целое число зубцовых делений ротора, равt5

20

5

Чное по крайней мере 2 tJ,гдe величина зубцового деления ротора, m - любое целое число.

2. Устройство по П.1, отличающееся тем, что активные сопротивления вьшолнены регулируемыми.

9.f

ВНИИПИ Заказ 4728/57 Тираж 631 , Подписное Произв-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение касается конструкций переменно-полюсных индукторных генераторов и может быть использовано при измерении частоты вращения и углового ускорения ротора. Целью является расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможности измерения второго параметра враш;ения. Устройство для измерения параметров вращения содержит перемен(Л 8 СП сл sl фиг. 2