Устройство для измерения вращающего момента асинхронного электродвигателя Советский патент 1980 года по МПК G01L3/10 

Изобретение относится к электро|измерительной технике и может быть использовано в системах регулируемого асинхронного электропривода для j измерения вращающего момента на валу электродвигателя косвенным методом.

Косвенное приближенное измерение момента в асинхронных электродвигателях (АД) может быть произведено Ю путем измерения потока и тока статора (особенно если нет возможности измерить ток ротора, как например в АД с короткозамкнутым роторо;) . Измерение потока осуществляется изме- j рительними элементами, в качестве используются датчики Холла или измерительные катушки, укрепленные на внутренней поверхности статора 1 .20

Недостатками этих устройств ,являётся то, что размещение измерительных элементов в статоре сложно в, связи с необходимостью разборки машины, что не всегда возможно по усло-25 ВИЯМ эксплуатации и снижает надежность устройств.

Известно устройство для измерения вращакнцего момента асинхронного . электродвигателя, основанное на реализации зависимости момента от скорости и тока ротора. Момент представляется в виде произведения двух сомножителей, один из которых пропорционален скорости, а другой - напряжению или току ротора 2j.

Недостатком устройства является то, что оно может использоваться только для асинхронных электродвигателей с контактными кольцами.

Известно устройство для измерения вращающего момента асинхронного двигателя, содержащее датчик электромагнитной мощности, вход которого связан с обмоткой статора электродвигателя через трансформатор тока, датчик скольжения; соединенный с датчиком электромагнитной мощности .,

Данное устройство является наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению.

Недостатком устройства является то, что оно может применяться только в случае постоянной частоты и величины питающего двигатель напряжения и при относительно высоких частотах последнего.

Это связано с тем, что каскадный потенциометр не может моделировать

отери в стали при переменных параетрах питающего двигатель напряжения в широком диапазоне их изменения с достаточной точностью, так как он настраивается для конкретного двигателя при определенных значениях этих параметров.

Кроме того, напряжение квадратора имеет пульсирующую форму, так что ри низких частотах питающего напряжения невозможно фиксировать сигнал на выходе устройства с помощью милливольтметра.

Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей устройства.

Для этого датчик мощности выполнен в виде последовательно соединенных первого резистора и первого дросселя, подключенных к одному из выходов трансформатора тока, второго дросселя с подмагничивающей обмоткой, подключенного ко второму выходу трансформатора тока и к обмотке первого дросселя, третьего дросселя с обмоткой подмагничивания, подключенного к общей точке первого и второго дросселей и к одному ие выводов блока выпрямления, второй вывод которого подсоединен ко второму выходу трансформатора тока, выход блока выпрямления подключен к цепи, составленной из транзистора и второго резистора, включенного в его эмиттерно-коллвкторную цепь, а выход датчика скольжения подключен к базе транзистора.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства для измерения вращающего момента асинхронного электродвигателя.

Устройство содержит трансформатор тока 1, имеющий три обмотки, одна из которых входная, а две другие - выходные, первый резистор 2, моделирующий активное сопротивление обмотки статора асинхронного электродвигателя, первый дроссель 3,моделирующий индуктивность рассеяния обмотки статора и имеющий одну основную обмотку, второй дроссель 4, моделирующий индуктивность рассеяния обмотки ротора и имеющий две обмотки/ одна из которых основная, а другая - обмотка подмагничивания, третий дроссель 5, моделирующий индуктивность, соответствующую потоку взаимоиндукции машины и имеющ й также одну основную обмотку и оцну обмотку подмагничивания, 6 и 7 - соответственно первый и второй, выпрямители, 8 - резистор, моделирующий механические и аэродинамические потери двигателя, 9 и 10 - резисторйы, г входящие в цепочку, моделирующую эквивалентное активное сопротивление обмотки ротора электродвигателя, 11 - транзистор, 12 - электронный импульсный датчик скольжения, 13 - импульсный электронный усилитель,14 - элект

ройный преобразователь кодового напряжения в аналоговое,15 - модель эквивалентного активного сопротивления обмотки ротора двигателя.

Первый резистор 2, дроссели 3, 4 и 5 вместе с 15 представляют собой модель Т-образной схемы замещения асинхронного электродвигателя. Изменяющееся в функции скольжения эквивалентное активное сопротивление обмотки ротора моделировано переменным сопротивлением 15, которое представляет собой двухполупериодный выпрямитель, нагруженный на резистор, параллельно с которым включён транзистор. Резистор 8 введен в схему переменного резистора 15 для моделирования реального режима холостого хода асинхронного электродвигателя (для учета механических и аэродинамических потерь). Это обусловлено тем, что входная характеристика транзистора 11 на начальном участке имеет зону нечувствительности и при малых входных сигналах, соответствующих режиму холостого хода двигателя транзистор 11 заперт. Сопротивление резистора 8 выбирается достаточно большим по сравнению с суммарным сопротивлением резисторов 9 и 10, так что с достаточной степенью точности можно считать, что переменное сопротивление 15 обратно пропорционально скольжению. Параметры схемы соответствуют (равны или пропорциональны) параметрам асинхронного электродвигателя. При этом устройство предполагает известно(ть всех сопротивлений схемы замещения. Соотношение между величинами сопротивлений устройства и схемы замещения двигателя определяется мощностью последнего. Потери в стали статора двигателя моделируются активным сопротивлением дросселя 5. Дополнительные обмотки подмагничивания дросселей позволяют иммитировать .насыщение участков магнитопровода АД. Источником питания схемы служит трансформатор тока 1, входная обмотка которого включена в фазу обмотки статора. Обмотка подмагничивания дросселя 5 подключается к фазному напряжению двигателя., .

Работает устройство следующим образом.

Сигнал с датчика скольжения 12, предварительно усиленный в усилителе 13 и преобразованный в электронном преобразователе 14 в аналоговое напряжение, поступает в базу транзистора 11, изменяя эквивалентное сопротивление 15 в цепи модели в обратном отношении к скольжению. Потери в переменном сопротивлении 15 пропорциональны моменту двигателя. Момент на. валу асинхронного двигателя прямо пропорционален мощности потерь в роторе Д РЗ и обратной пропорционален разности угловых скоростей поля и ро тора (Wg-cOp). Сигнал,пропорциональны (сОр )р) получается на выходе датчика скольжения 12. Сигнал,пропорциональный мощности д РЗ может быть снят любым измерителем активной мощности, включенным на вход переменного сопро тивления 15. Изменение насыщения зуб цов ротора при увеличении тока ротбр моделируется подмагничиванием дроссе ля 4 выпрямленным через выпрямитель 1 током от второй выходной обмотки трансформатора тока. Насыщение магнитного пути основного потока модели руется подмагничиванием дросселя 5 пропорционально фазному напряжению двигателя. Расширение функциональных возможностей предлагаемого устройства по сравнению с прототипом обусловлено тем, что оно выполнено в виде модели схемы замещения асинхронного.электро двигателя, что позволяет достаточно точно отразить физическую сущность двигателя и смоделировать реальные процессы, происходящие в нем. Расширение функциональных возможностей выражается в том, что предлагаемое устройство позволяет в отличие от прототипа измерять момент на валу двигателя при изменении частоты и ве личины питающего напряжения, а также при изменении скольжения без дополнительной перенастройки. При этом диапазон изменения указанных параметров практически не ограничен,в то время как рабочий диапазон прототипа ограничивается областью сравнительно высоких частот. Применение устрой ства позволяет с достаточной достоверностью отразить процессы, происходящие в двигателе при питании его несинусоидальным напряжением (например, фиксировать их с помощью осциллографирования), что невозможно в прототипе. Указанные преимущества позволяют использовать предлагаемое устройство не только в качестве измерителя момента в статических режимах, но и в качестве датчика момента в системах автоматического управления частотно-регулируемым асинхронным электроприводом. Формула изобретения Устройство для измерения вращающего момента асинхронного электродвигателя, содержащее датчик электромагнитной мощности, вход которТ5го связан с обмоткой статора электродвигателя через трансформатор тока, датчик скольжения, соединенный с датчиком электромагнитной мощности, отличающееся тем, что, с целью расширения-функциональных возможностей устройства, дачтик мощности выполнен в виде последовательно соединенных первого резистора и первого дросселя, подключенных к одному из выходов трансформатора тока, второго дросселя с подмагничивающей обмоткой, подключенного ко второму выходу трансформатора тока и к обмотке первого дросселя, третьего дросреля с обмоткой подмагничивания, подключенного к общей точке первого и Г второго дросселей и к одному из выводов блока выпрямления, второй вывод которого подсоединен ко второму выходу трансформатора тока, выход блока выпрямления подключен к цепи, состаленной из транзистора и второго резистора, включенного в его эмиттерноколлекторную цепь, а выход датчика скольжения подключен к базе транзистора . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Дацковский Л.Х., Тарасенко Л.М. и др. Синтез систем подчиненного регулирования в асинхронных электроприводах с непосредственными преобразователями частоты, Электричество, 9, 1975. 2.Патент ФРГ № 960321, кл. 42 К 7/05, 1957. 3.Патент ПНР № 74189, кл. 42 К 1/01, 1975.

IS