Устройство для измерения скорос-Ти ВРАщЕНия АСиНХРОННОгО дВигА-ТЕля Советский патент 1981 года по МПК G01P3/489 

1

Изобретение относится к измерительной и преобразовательной технике н может быть использовано для преобразования скорости вращения асинхронного электродвигателя в пропорциональную ей частоту следования импульсов и для цифрового измерения скорости вращения электродвигателя в системах контроля и управления автоматизированным электроприводом.

Известны цифровые измерители скорости, содержащие датчики скорости, сопрягаемые с валом, формирователи импульсов, генератор опорной частоты, счетчики и логические блоки 1.

Недостатками известных измерителей являются ограниченное быстродействие и необходимость установки на валу двигателя специального датчика скорости, что снижает надежность системы.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и решаемым задачам является цифровой измеритель скорости вращения асинхронного электродвигателя, содержащий два формирователя импульсов, входы которых подключены к фазовым обмоткам соответственно статора и ротора электродвигателя, генератора опорной частоты, три делителя частоты, два управляемых делителя частоты, два управляющих счетчика, счетчик результата, блок вычитания импульсов, два блока управления и два блока переноса кода, причем сбросовый вход счетчика результата подключен к выходу первого делителя частоты, подключенного входом к входам управляющих счетчиков и выходу третьего делителя частоты, подключенного входом к выходу генератора опорной частоты и входу второго делителя частоты, выход которого подключен к

информационным входам управляемых делителей частоты, выходы которых подключены к первым входам блоков управления и к двум входам блока вычитания импульсов, выход которого подключен к счетному входу счетчика результата, управляющие входы управляемых делителей частоты подключены через блоки переноса кода к выходам соответствующих управляющих счетчиков, вторые входы блоков управления

подключены к выходам соответствующих формирователей импульсов, а выходы - ко входам сброса и управления управляемых делителей частоты, к управляющим входам блоков переноса кода и к входам сброса

соответствующих управляющих счетчиков 2.

Однако это устройство имеет сложную схему и ограниченную область применения, поскольку может быть использовано только

для измерения скорости асинхронных электродвигателей, имеющих фазную обмотку. В промышленности же наиболее широко используются короткозамкнутые асинхронные электродвигатели. . ;

Целью изобретения является расширение области применения и упрош,ение устройства

Это достигается тем, что в устройство, содержаш.ее формирователь импульсов, подключенный к вычислительному блоку, состоящему из генератора опорной частоты, блока вычитания импульсов, трех делителей частоты, управляющего счетчика, управляемого делителя частоты, блока переноса кода и счетчика результата, введены датчик электромагнитного поля и четвертый делитель частоты, при этом датчик электромагнитного поля выполнен в виде магниточувствительного элемента, установленного нормально к потоку рассеяния ротора, вход четвертого делителя частоты подключен к входу второго делителя частоты, выход его подключен к второму входу блока вычитания импульсов и к входу третьего делителя частоты, причем входы обнуления делителей частоты объединены с входом обн5ления управляющего счетчика.

На чертеже изображена структурная схема устройства.

Устройство содержит датчик электромагнитного поля 1, установленный у вала асинхронного электродвигателя нормально к потоку рассеяния ротора и подключенного ко входу формирователя импзльсов 2, генератор опорной частоты 3, делителя частоты 4-7, управляемый делитель частоты 8, включающий счетчик-делитель 9, регистр памяти 10 и блок переноса кода 11, управляющий счетчик 12, счетчик результата 13, блок вычитания импульсов 14, блок переноса кода 15 и блок управления 16. Выход 17 формирователя импульсов 2 подключен к первому входу блока управления 16. Выход генератора 3 подключен к счетным входам делителей частоты 4 и 5. Выход делителя 4 подключен к счетным входам делителя частоты 6 и управляемого делителя частоты 8. Выход делителя 6 подключен к второму входу блока вычитания импульсов 14 и счетному входу делителя частоты 7, выход которого подключен к сбросовому входу счетчика результата 13, счетный вход которого подключен к выходу блока вычитания импульсов, первый вход которого подключен к выходу управляемого делителя частоты 8 и ко второму входу блока управления 16, выходы которого подключены к входам сброса счетчика 12, регистра памяти 10 и делителей 4 и 5, а также к управляющим входам блоков переноса кода 11 и 15. Выход делителя 5 подключен к счетному входу управляющего счетчика 12, выходы разрядов которого подключены через блок переноса кода 15 к входам разрядов регистра памяти 10, выходы разрядов которого через блок переноса кода 11 подключены к входам разрядов счетчика-делителя 9.

. Pa6otaet устройство следующим образом.

Частота изменения потока рассеяния ротора асинхронного электродвигателя, как фазного, так и короткозамкнутого, имеющего наибольщую величину у вала электродвигателя, равна частоте тока ротора, пропорциональной скольжению электродвигателя. Если у вала электродвигателя нормально потоку рассеяния ротора установить датчик электромагнитно1о поля, то на

его вы.ходе можно получать периодически изменяющийся сигнал, частота которого будет пропорциональна частоте тока ротора. В качестве датчика электромагнитного поля может быть использована катущка индуктивности с больщим числом витков и ферромагнитным сердечником. В формирователе импулъ,сов 2 в моменты перехода сигнала датчика 1 через нуль будут формироваться импульсы с удвоенной частотой

тока ротора fi 2f-p. В качестве датчика электромагнитного поля может быть использован также гальваномагнитный элемент, например датчик Холла, магниторезистор, магнитодиод, магнитотранзистор,

магнитотиристор или комбинированный магнитоприбор. Причем датчик может быть установлен у вала как вне, так и внутри корпуса электродвигателя, что просто рещает проблему взрывозащиты датчика. Как

известно, скорость вращения асинхронного электродвигателя можно представить в виде частоты сигнала, численно равной скорости вращения двигателя в единицах оборотов в минуту, с помощью зависимости

60

-(/с-/р),(1)

гда /с и /р - частота тока статора и ротора; р - число пар полюсов.

Частота сети fc в современных объединенных энергосистемах поддерживается с точностью ±0,2%, поэтому погрешность, вносимая изменением частоты сети, для измерения скорости многих механизмов оказывается малой. Принимая /с const, можно сформировать первый член выражения (1) с помощью частоты опорного генератора , приравняв

/c(ДЛЯfe 50Гц).

откуда коэффициент деления делителя частоты на выходе генератора будет равен

Для измерения скорости вращения электродвигателей с разным числом полюсов р удобнее иметь делитель частоты 4 с перестраиваемым коэффициентом деления р. Тогда коэффициент деления делителя частоты 6, на вход которого поступают импульсы с частотой -- , будет равен i - 300 При этом на выходе делителя частоты 6 будет образовываться частота Р 300/0 60 , ч - Т -/С Р/оР т. е. равная первому члену в зависимости (1). Второй член выражения (1) образуется с помощью умножителя частоты, образованного генератором 3, делителями частоты 4 и 5, управляющим счетчиком 12, управляемым делителем частоты 8 и блоком управления - распределителем импульсов 16. Импульсы высокой опорной частоты /о с выхода генератора 3 поступают через делитель частоты 5 на счетный вход управляющего счетчика 12, где они суммируются на временных интервалах, равных периодам частоты с выхода формирователя 2, т. е. 1ГЭти интервалы формируются подачей на сбросовый вход счетчика 12 импульсов управления с блока 16, на вход 17 которого поступают импульсы с выхода формирователя 2. За время Т в счетчике 12 образуется код , , где /С2 - коэффициент деления делителя 5. Перед каждым сбросом счетчика 12 код из него переносится через блок 15 в предварительно очищенный регистр памяти 10 управляемого делителя частоты 8. Код Лт является переменным коэффициентом деления частоты fo/P, поступающей на вход делителя 8 с выхода делителя 4. На выходе управляемого делителя частоты 8 образуется последовательность импульсов с частотой того, чтобы частота F была численно равна второму члену зависимости (1), необходимо выполнение равенства 60 f 2К, г f р откуда коэффициент деления делителя 5 будет равен 7(. Последовательности импульсов с частотами f i и 2 с выходов делителей 6 и 8 поступают на входы блока вычитания импульсов 14, на выходе которого формируется последовательность импульсов с частотой Лых -(/с-Л-«). численно равной скорости вращения электродвигателя в единицах оборотов в минуту. Частота /вых может быть использована в качестве сигнала обратной связи по скорости в системах автоматизированного электропривода. Импульсы этой частоты, суммируясь в счетчике результата 13 за эталонный временной интервал Гизм, образуют на выходах разрядов счетчика код вых у вых ИЗМ1 численно равный при 7изм 1 скорости вращения электродвигателя в об/мин. Эталонный интервал образуется подачей на вход сброса счетчика 13 импульсов с выхода делителя 7, подключенного к выходу делителя 6. Коэффициент деления делителя 7 находится из выражения F 300 Кг р-Кг И равен г 300 -v Для повыщения точности измерения и дискретности выходной частоты необходимо увеличить коэффициенты деления Ki и /Сз делителей 5 и 7 в 10 раз, уменьшив во столько же раз коэффициент деления /d делителя 6. Тогда выходная частота будет равна /аых lO/Z. Формула изобретения Устройство для измерения скорости вращения асинхронного двигателя, содержащее формирователь импульсов, подключенный к вычислительному блоку, состоящему из генератора опорной частоты, блока вычитания импульсов, трех делителей частоты, управляющего счетчика, управляемого делителя частоты, блока переноса кода и счетчика результата, отличающийся тем, что, с целью расщирения области применения и упрощения вычислительного блока, в него введены датчик электромагнитного поля и четвертый делитель частоты, при этом датчик электромагнитного поля выполнен в виде магниточувствительного элемента, установленного нормально к потоку рассеяния ротора, а вход четвертого делителя частоты подключен к входу второго делителя частоты, выход его подключен ко второму входу блока вычитания импульсов и к входу третьего делителя частоты, причем входы обнуления делителей частоты объединены с входом обнуления управляющего счетчика. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Богорад Г. 3., Киблицкий В. А. Цифровые регуляторы и измерители скорости.- М., 1967, с. 8-40. 2.Авторское свидетельство СССР № 632956, кл. G 01 Р 3/48, 02.07.76 (прототип).