Устройство для измерения внутреннего угла синхронной машины Советский патент 1989 года по МПК G01R25/00 

41

Од

Изобретение относится к фазоиз- мерительной.технике и в частности, предназначено для измерения внутренних углов синхронньпс электрических машин,

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства,, что достигается за счет обеспечения возможности измерения средних значений внутренних углов синхронных машин за несколько оборотов как в двигательных, так и в генераторнмх режимах работы.

На фиг.1 представлена структур- ная схема предложенного устройства; на фиг.2 - структурная схема коммутатора, входящего в состав устройства; на фиг.З. - структурная схема блока задержки; на фиг,4 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства в двигательном режиме; на фиг.З - временные диаграммы, поясняющие работу устройства в генераторном режиме..

Устройство для измерения внутреннего угла синхронной машины содержит датчик 1 положения ротора, формирователь 2, блок 3 задержки, второй формирователь 4, инвертор 5, ком мутатор 6, элемент ИЛИ 7, генератор 8 импульсов, делитель 9 частоты и регистрирующий счетчик Ш, содержащий элемент И 11, второй элемент ИЛИ 12, счетчик 13, дешифратор 14, второй 15 и третий 16 счетчики, первый 17 и второй 18 регистры и блок 19 деления кодов. При этом выход датчика I положения ротора через первый формирователь 2 соединен с первым входом блока 3 задержки, первый и второй выходы которого соединены с соответств тощими входами коммутатора 6, первый и второй выходы коммутатора 6 через элемент ИЛИ 7 соединены с первым входом регистрирующего -счетчика 10. Вход второго формирователя 4 является сигнальным входом устройства, а выход соединен с вторым входом блока 3 задержки, ч рез инвертор 5 с третьим входом коммутатора 6, непосредственно с четвертым входом коммутатора 6 и вторы входом регистрирующего счетчика 10, третий вход которого соединен с вы- ходом делителя 9 частоты. Выход .генератора В импульсов соединен с входом делителя 9 частоты и четвертым входом регистрирующего счетчика 10.

Первый вход счетчика 10 соединен с первым входом элемента ИЛИ 12, второй вход соединен с первым входом элемента И 11 и счетным входом счетчика 13, третий вход счетчика 10 соединен с вторым входом элемента И 11, а четвертый его вход - с вторым входом элемента И 11, выход которого соединен со счетным входом второго счетчика 15, информационные выходы которого через первый регистр 17 соединены с первыми входами блока 19 деления кодов. Выход элемента И.ПИ 12 соединен с счетным входом счетчика 16, информационные выходы которого через второй регистр 18 соединены с вторыми входами блока 19 деления кодов, выходы которого являются информационными выходами регистрирующего счетчика 10 и устройства. Выходы счетчика 13 соединены с входами дешифратора 14, первый выход которого соединен с разрешающими входами счетчиков 15 и 16 и регистров 17 и 18, второй выход дешифратора 14 соединен с входами Сброс счетчиков 15 и 16.

Коммутатор 6 содержит первый 20, второй 21, третий 22 и четвертый 23 элементы 2И-НЕ, второй 24 и третий 25 элементы 2И и переключатель 26. Первый вход элемента 2И-НЕ 20 является первым входом коммутатора, второй вход первого элемента 2И-НЕ 20 соединен с первым входом третьего элемента 2И-НЕ 22 и первым входом переключателя 26, первый вход второго элемента 2И-НЕ 21 соединен с первым входом четвертого элемента 2И-НЕ 23 и вторым входом переключателя 26, второй вход второго элемента 2И-НЕ 2 является вторым входом коммутатора, второй вход третьего элемента 2И-НЕ 22 - третьим входом коммутатора, второй вход четвертого элемента 2И-НЕ - четвертым входом коммутатора. Выходы первого 20 и второго 21 элементов 2И-НЕ соединены с входами элемента 2И 24, выход которого является первым выходом коммутатора. Выходы третьего 22 и четвертого 23 элементов 2И-НЕ соединены соответственно с входами второго элемента 2И 25 выход которого является вторым выходом коммутатора.

Цифровой блок 3 задержки содержи первый ТК-триггер 27, пятый элемент

2И-НЕ 28, четвертый счетчик импуль- ,сов 29, второй 1К-триггер 30, гаестой элемент 2И-НЕ 31, пятый счетчик 32 импульсов, третий 1К-триггер 33 и второй инвертор 34. Вход инвертора 34 является первым входом блока задержки, К-вход третьего триггера 33 является вторым входом блока задержки, прямой и инверсный выходы этого триггера являются прямым и инверсным выходами блока задержки. Выход второго инвертора 34 соединен с 1-вхо- дом первого триггера 27, выход которого .соединен с первым входом пятого элемента 2И-НЕ 28 и вторым входом шестого элемента 2И-НЕ 31, второй выход пятого элемента 2И-НЕ 27, соединен с инверсным выходом второЭлементы 2И-НЕ 20 и 22 закрываются,, и на их выходе устанавливается уровень 1. В результате на выходах элементов 2И-НЕ 21 и 24 фop wpyтoтcя импульсы (фиг.4в), совпадающ е по фронту и срезу с импульсами, сформированными на прямом выходе блока 3 задержки. На выходах элементов 2И10 ИЕ 23 и 2И 25 формируются импульсы (фиг.4г), инверсные по отношению к имнульсам, сформированным вторым формирователем 4. В результате суммирования на выходе элемента ИЛИ-7

15 формируются отрицательные импульсы (фиг,4д), длительность которых пропорциональна внутреннему углу синхронной машины.

Сформированные формирователем 4

.--ер/зг:г; „-. ;: -- ЛзГк:::г ::s. OTi-UP ОЯ оопмнРН Г ВХОДОМ сбросавторого C4ei4MKd 1--,i-

i ,j ijjri-t - i - 7 ;

та 2И-НЕ 28 соединен с входом сброса четвертого счетчика 29 импульсов, выход которого соединен с 1-входом второго триггера 30, прямой выход . которого соединен с первым входом . шестого элемента 2И-НЕ 31, выход шестого элемента 2И-НЕ 31 соединен с. входом сброса пятйго счетчика 32 импульсов, выход пятого счетчика соединен с t-входом третьего триггера 33, К-входом второго триггера 30 и К-входом первого триггера 27. Счетные входы счетчиков 29 и 30 подключены к генератору В импульсов. Устройство работает следующим

образом.

Формирователь 2 формирует из сигналов датчика 1 положения ротора импульсы прямоугольной формы, которые через блок 3 задержки поступают на первый вход коммутатора 6. С инверсного входа блока 3 задержки импуль- сы поступают на второй вход коммута-- тора. На третий и четвертый входы коммутатора поступают соответственно прямая и инверсная последовательности импульсов от второго формирователя 4.

При работе машины в двигательном

режиме передние фронты импульсов на прямом выходе блока задержки (фиг.46) отстают от переднего фронта импульсов, сформированных вторым формирователем 4 (фиг.4а). С помощью переключателя 26 коммутатора 6 второй вход первого элемента 2И-НЕ 20 и первый вход третьего элемента 2И- НЕ 22 присоединяют к общей иине (переключатель находится в положении Я).

тывает длительность цикла t

счета

импульсов, поступающих на счетные входы счетчиков 15 и 16 импульсов. 25 По окончании цикла счет импульсов счетчиками 15 и 16 прекращается, а их содержимое переписывается в регистры 17 и 18. Импульс.запрещения счета и переписи в регистры 17 и 18 ЗО формируется дешифратором 14, присоединенным входами к информационным выходам счетчика 13. При нулевом сос тоянии счетчика 13.на выходе деш11фра тора 14, присоединенном к входам „ управления счетчиков 15 и 16 при- сутствует уровень I, запрещаюдай .счет импульсов. После счета счетчиком 13 первого импульса уровень 1 устянапливается на выходе дешифра- дп тора .4, присоединенном к входам

сброса счетчиков 15 и. 16. Этим прои водится установка счетчиков 15 и 16 в исходное состояние, после чего на чинается новый цикл счета.. Формиро- дц вание импульса прекращения счета и записи в запоминающие блоки отраже- но на диаграмме (фиг.4е), а формиро вание импульса сброса - на диаграмме (фиг.4ж). Во время цикла счета третий счегчик 16 считает импульсы, поступающие с выхода элемента ИЛИ 1 Первый вход этого.элемента соеди нен с выходом элемента ИЛИ 7, на вы ходе которого,формируются отрицател 55 ные импульсы, длительность которых пропорциональна внутреннему углу машины. В связи с тем, что на второ вход элемента 2 ИЛИ 12 поступают им цульсы от генератора опорной част

50

моЭлементы 2И-НЕ 20 и 22 закрываются,, и на их выходе устанавливается уровень 1. В результате на выходах элементов 2И-НЕ 21 и 24 фop wpyтoтcя импульсы (фиг.4в), совпадающ е по фронту и срезу с импульсами, сформированными на прямом выходе блока 3 задержки. На выходах элементов 2И10 ИЕ 23 и 2И 25 формируются импульсы (фиг.4г), инверсные по отношению к имнульсам, сформированным вторым формирователем 4. В результате суммирования на выходе элемента ИЛИ-7

15 формируются отрицательные импульсы (фиг,4д), длительность которых пропорциональна внутреннему углу синхронной машины.

Сформированные формирователем 4

-. ;: -- ЛзГк:::г ::s.второго C4ei4MKd 1--,i-

тывает длительность цикла t

счета

импульсов, поступающих на счетные входы счетчиков 15 и 16 импульсов. 5 По окончании цикла счет импульсов счетчиками 15 и 16 прекращается, а их содержимое переписывается в регистры 17 и 18. Импульс.запрещения счета и переписи в регистры 17 и 18 О формируется дешифратором 14, присоединенным входами к информационным выходам счетчика 13. При нулевом состоянии счетчика 13.на выходе деш11фра- тора 14, присоединенном к входам управления счетчиков 15 и 16 при- сутствует уровень I, запрещаюдай .счет импульсов. После счета счетчиком 13 первого импульса уровень 1 устянапливается на выходе дешифра- дп тора .4, присоединенном к входам

сброса счетчиков 15 и. 16. Этим производится установка счетчиков 15 и 16 в исходное состояние, после чего начинается новый цикл счета.. Формиро- дц вание импульса прекращения счета и записи в запоминающие блоки отраже- но на диаграмме (фиг.4е), а формирование импульса сброса - на диаграмме (фиг.4ж). Во время цикла счета третий счегчик 16 считает импульсы, . поступающие с выхода элемента ИЛИ 12. Первый вход этого.элемента соеди нен с выходом элемента ИЛИ 7, на выходе которого,формируются отрицатель-. 55 ные импульсы, длительность которых пропорциональна внутреннему углу машины. В связи с тем, что на второй вход элемента 2 ИЛИ 12 поступают им- цульсы от генератора опорной часто50

ты, количество импульсов, сосчитан

t третьим счетчиком

fr

m,

где Cf величина внутреннего угла

машины;

fj. частота импульсов генератора 8 опорной частоты, Гц; f - частота импульсов на выходе второго формирователя 4,Гц; га - количество групп импульсов, поступающих на счетный вход счетчика 16.

Количество групп импульсов, поступающих за цикл счета счетчика 16, отражено на диаграмме фиг.4и (заштриховано) .

На первом входе элемента И I1 в течение каждого полупериода частоты импульсов, сформированных формирователем 4, присутствует уровень 1.

коммутатора 6 на первые входы элементов 2И-НЕ 21 и 23 подается уровень О (переключатель находится

в положении Г). Элементы 2И-НЕ 25 и 23 закрываются, а элементы 20 и 22 открываются. Передний фронт импульсов на прямом выходе блока 3 задержки (фиг.Зб) опережает передНИИ фронт импульсов, сформированных вторым формирователем .4 (фиг.За). На выходах элементов 2И-НЕ 20 и 2И 24 формируются ИМПУЛЬСЫ (фиг.Зв), инверсные по отношению к импульсам

на прямом выходе блока 3 задержки. На выходах элемента 2И формируются импульсы (фиг.Зг), совпадающие по фронту и сразу с импульсами на выходе формирователя 4. Как и при работе в двигательном режиме, на выходе элемента ИЛИ 7 формируются импульсы, длительность которых пропорциональна углу сдвига фаз (фиг.Зд). Формирование длительности цикла измерения

Изобретение относится к фазоиз- мернтёльнрй технике и может быть использовано в устройствах измерения и контроля внутренних углов синхронных электрических машин. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства достигается за счет измерения средних значений внутренних углов синхронных машин за несколько оборотов при работе электрической машины как в режиме двигателя, так и в режиме генератора. Устройство содержит датчик I положения ротора, формирователи 2 и 4, блок 3 задержки, инвертор 5, коммутатор 6, элемент ИЛИ 7, генератор 8 импульсов, делитель 9 частоты, регистрирующий счетчик 10, содержащий элементы И П и ИЛИ 12, счетчики 13, 15 и 16, дегаифратор 14, регистры 18 и 17, блок 19 деления кодов. Функциональные схемы коммутатора и блока задержки приводятся в описании изобретения . Настройку устройства про водят в режиме идеального холостого хода, устанавливая необходимое время задержки импульсов, сформированных формирователем 2. 5 ил. (Л

Так как длительность полупериода про- 25 не отличается от описанного. Коли О

порциональи а углу 180 „ а на второй вход элемента И 11 поступают импульсы с частотой, в 180 раз меньшей частоты импульсов, поступающих на вход третьего счетчика 16, то количество сосчитанных счетчиком 15 импульсов

чество групп импульсов, сосчитанных счетчиками 15 и 16, также совпадаю (фиг.5 з,и). Результат деления бло ком 19 деления кодов, как и при ра

30 те магаины в двигательном режиме, равен величине внутреннего угла ма шины .

180 360

fr

180

.

m

Количество m групп импульсов, сосчитанных за цикл 1ц счетчиком 15 (фиг.4 и заштриховано) равно количеству групп, сосчитанных счетчиком 16.

В блоке деления кодов производится деление N, на N,. Результат деления равен величине внутреннего угла мвпшны

Sf;..

360f

180у|.ш

г

Когда угол нагрузки равен нулю (опыт идеального холостого хода) на выходе элемента ИЛИ 7 устанавливается уровень 1 и импульсы на вход третьего счетчика 16 не поступают. то же время счетчик 15 считает ш групп импульсов. Результат деления в этом случае равен нулю.

При работе машины в генераторном режиме с помощью переключателя 26

чество групп импульсов, сосчитанных счетчиками 15 и 16, также совпадают (фиг.5 з,и). Результат деления блоком 19 деления кодов, как и при рабо0 те магаины в двигательном режиме, равен величине внутреннего угла машины .

Блок 3 задержки импульсов работает следующим образом.

5 В исходном состоянии на выходах счетчиков 29 я 32, а также прямых выходах триггеров 27,30 и 33 установлен уровень О. Входной импульс, поступающий от формирователя 2, ин0 вертируясь, устанавливает на выходе триггера 27 уровень 1. Момент пе- рекдючения триггера 27 соответствует моменту появления переднего фронта импульса на входе формирователя 2.

5 Так как на втором входе элемента

2И 28, подключенном к инверсному вы- ходу -триггера 30, присуствует уровень 1, то в момент переключения триггера 27 счетчик 29 начинает счет

0 импульсов, поступающих на его счетный вход. Через интервал времени

t,- - где К,

01

счетчика 29, foi частота опорных им- 5 пульсов, поступаю1Г1их на счетный вход счетчика 29, Гц; происходит переполнение счетчика 29 и, следовательно, смена состояния триггера 30. В связи с этим на выходе элемента

- коэффициент счета

2И-НЕ 28 устанавливается уровень 1 а на выходе элемента 2И-НЕ 31 уровень нуля,

После этой смены состояний счетчик 29 удерживается в исходном состоянии, а счетчик 32 начинает счет импульсов. jj

Через интервал времени t f.

где Kj - коэффициент счета счетчика 32; foi частота опорных импульсов, поступающих на счетный вход счетчика 32, происходит переполнение счетчика 32 и, следовательно, смена состояния триггеров 33, 27

и 30.

Момент переключения триггера 33 соответствует моменту формирования задержанного импульса. Таким образом, время задержки переднего фрон- та импульса формирователя 2 составляет

К1.,Б. .

Ча,

t, -- t.

oj

ог

Вход К триггера 33 соединен с вы- ходом формирователя 4, поэтому срез импульса на выходе триггера 33 совпадает со срезом импульса, сформированного формирователем 4. Блок 3 задержки обеспечивает с высокой точностью задержку импульсов от О до 360. Угол задержки регулируется изменением коэффициента счета счетчи- ков 29 и 32 (или) частоты импульсов поступающих на входы этих счетчиков Например, при необходимости задержать импульсы на М,52 , что соответствует задержке на 6,410 с можно принять К, 6, fo, 1-10 Гц,

К

4, f

о

ыоГц, тогда ,

6,.

8

,

- , з озаз-в, в. с ,

В устройстве могут использовлть- ся и другие блоки задержки импульсов .

Настройку устройства для измере- ния внутреннего угла синхронной ма- пины производят при опыте идеального холостого хода, устанавливая необходимое время задержки импульсов, 10 сформированных формирователем 2.

Формула изобретения Уг:тройство для измерения внутреннего угла синхронной магшны, содержащее последовательно соединенные дат- 15 чик положения ротора, формирователь импульсов и блок задержки, генератор импульсов, соединенный с делителем частоты, регистрирующий счетчик, первый вход которого через второй 20 формирователь импульсов соединен с входом устройстдд, отличающееся тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей при ее работе в генераторном 25 и двигательном режимах, в него введены коммутатор, элемент IWH и инвертор, при этом выход второго фор- мирователя импульсов соединен с вторым входом блока задержки, первый и 30 второй выходы которого соединены с соответствующими входами коммутатора, первый и второй выходы которого через элемент И соединены с вто- (рым входом регистрирующего счетчи- 35 кя,- третий вход которого соединен с выходом делителя частоты, четвертый - с выходом генератора, кроме того, выход второго формирователя импульса через инвертор соединен с третьим 40 входом коммутатора, четвертый вход которого непосредственно соединен с выходом второго формирователи импульсов.

3

Фиг. 2

HL.

«;

J-T -LJ-T-J-L-ri-l

,)

K-J-UJ 1,J-l

Й:

IT

IT

u

TJ

ITu

IT

фиг. 5