Устройство для измерения скольжения Советский патент 1981 года по МПК G01P3/56 

Изобретение относится к технике контроля и регулирования параметров вращения электрических машин и может быть использовано для измерения скол жения, т.е. относительной разности частот враадения ротора и магнитного поля статора у асинхронных и синхрон ных электрических машин. Известно устройство для измерения скольжения, выполненное на базе асинхронных машин с фазным ротором, у которых электродвижущая сила - ЭДС снимаемая с колец фазного ротора,про порциональна скольжению Недостатком данного устройства является то, что ЭДС в фазном роторе имеет при малых скольжениях незначительную крутизну выходного напряжения, а напряжение на выходе имеет переменную частоту, что делает его мало пригодным для целей измерения, особенно в диапазоне малых скольжени Наиболее близким техническим решением к изобретению является устрой ство для измерения скольжения переменного тока машины,содержащее каскадную электрическую машину, состоящую из двух асинхронных машин, расположенных в общем корпусе, роторы которых расположены «а одном валу, и жестко связаны с валом, контролируемой машины, а обмотки роторов включены последовательно-согласно Г ЗУстройство работает следующим образом. Генератор опорной частоты - п подает трехфазное напряжение в статорную обмотку возбуждения одной из асинхронных машин каскада и создает в ней вращающееся магнитное поле, частота вращения которого регулируется изменением опорной частоты (по).При вращении ротора, связанного с контролируемым объектом, в обмотках ротора индуктируется ток, пропорциональный разности частот опорной (n) и вращения ротора (пр). Ток, протекающий через обмотку ротора второй асинхронной машины, возбуждает в ее статорной обмотке напряжение, которое через фильтр и фазочувствительный усилитель подает ся на нуль-индикатор, а также используется для регулирования скорости контролируемого объекта. Недостатки устройства - сложность устройства из-за наличия большого количества элементов, входящих в измерительную цепь (задающий генератор переменной частоты, измеритель частоты,нуль-орган, фильтры и др.) а также ручная насГройка пд; малый диапазон измеряемых скольжений, поскольку зона пропорциональности напряжения скольжению, обусловлена соотношением между активным и индуктивным сопротивлениями обмотки ротора. Последнее зависит от величины скольжения и становится соизмеримым и меньше активного сопротивления только при очень малых скольжениях.

Незначительные отклонения частоты опорного генератора вызывают значительные погрешности в измерении скольжений у -асинхронных и синхронных машин.

Цель изобретения - упрощение устройства, увеличение точности измерения скольжения и расширение диапазона измеряемых скольжений у асинхронных и синхронных электрических машин

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения скольжения, содержащее контролируемую электрическую машину переменного тока и каскадную электрическую машину, состоящую из двух асинхронных машин, расположенных в общем корпусе , ротора которых установлены на общем валу и жестко связаны с вгшом контролируемой машины, а обмотки роторов включены, последовательно-согласно, одна из статорных обмоток асинхронной Мсциины каскада подключена к входу фазочувствительного усилителя или выпрямителя, введен стабилизатор напряжения, при этом выход статорной обмотки второй асинхронной машины каскада подключен через стабилизатор напряжения параллельно к выходу статорной обмотки контролируемой электрической машины и обе обмотки имеют одинаковое число пар полюсав и одинаковые добавочные сопротивления, установленные на роторе.

На фиг.1 представлена электрическая схема соединений элементов устройства для измерения скольжений; на фиг.2 - другой вариант этого устройства; на фиг.З - зависимость ЭДС от скольжений (т.е. Е f(S).

Устройство содержит контролируемую машину 1 переменного тока со статорной обмоткой 2 и ротором 3, каскад, состоящий из двух асинхронных машин 4 и 5, статорные обмотки которых б и 7 расположены в корпусе, обмотки 8 и 9 ротора 10 соединены последовательно-согласно, фазочувствительный усилитель (или выпрямитель 11 пбдключен к выходу обмотки 7, а выход фазочувствительного усилителя

11подключен к измерительному блоку

12скольжений, показывающему или используемому в качестве обратной связи в системах регулирования, вал 13 каскё1да соединен жестко с валом ротора 3 контролируемой электрической машины 1. Статорная обмотка 6 подключена через стабилизатор 14 параллельно к выходу статорной обмотки 2 контролируемой машины 1. Обе обмотки

1и 6 имеют одинаковое число пар полюсов и одинаковое чередование фаз (ABCf А В с). В качестве стабилизатора 14 могут быть использованы трехфазный трансформатор с подмагничиванием, феррорезонансный или другой,

но с условием .сохранения чередования фаз на выходе и входе.

На фиг.2 представлена электрическая схема соединения обмоток 8 и 9 роторов с включенными последователно с ними дополнительными сопротивлениями (Rn)-15 в каждой фазе.

При этом активное сопротивление (RP ,i,+R(v) начинает преобладать над ивдуктивным сопротивлением (и.+ ) больших скольжениях.

Величина дополнительного сопротивления выбирается из необходимого диапазона измеряемых скольжений. Зависимость f (S) для какого-то знчения Rn приведена на фиг.З., где на участке а-в, Е. пропорциональна скольжению S.

Устройство для измерения скольжений работает следующим образом.

При подключении обмоток статоров

2и 6 к сети, протекакадие по ним токи создают вращающиеся в одном направлении магнитные потоки с частотой вращения п (tj ) .Магнитный поток обмотки 6 наводит ЭДС в обмотках ротора 8. Обмотки роторов 8 и 9 соединены последовательно-согласно. Протекающие в обмотке 9 токи создают вращающийся магнитный поток Ф, образующий на обмотке статор 7 ЭДС Е,Между этими величинами существует известная зависимость.

Величина ЭДС Е пропорциональна току намагничивания протекакмдему в обмотках 8 и 9, который в свою очередь пропорционален скольжению S испытуемой машины. Зависимость Е f{S) представлена кривой 16 (фиг.З Для увеличений линейного участка характеристики в цепь ротора каскада асинхронных машин вводятся добавочные резисторы 15, при этом зависимость ЭДС Ej. от тока намагничивания 3. представлена кривой 17 (фиг.З).

В устройстве обеспечивается более точное измерение скольжения контролируемой машины при более простой схеме устройства.

Кроме того, применение устройства в системах управления и регулирования асинхронными и синхронными машинами позволит повысить надежность и срок службы их, снизить эксплуатационные расходы за счет построения более простых схем управления.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения 5 скольжения электрической машины переменного тока, содержащее каскадную электрическую мгшину, состоящую из двух асинхронных машин, расположенных в общем корпусе, роторы которых установлены на общем валу и жестко связаны с валом контролируемой электрической мсшшны, а обмотки роторов соединены последовательно-согласно, одна из статорных обмоток асинхронной машины каскада подключена к входу фазочувствительного усилителя, отличающееся тем, что, с целью упрощения и увеличения точности измерения скольжения, в устройство введен стабилизатор напряжения, причем выход статорной обмотки второй асинхронной машины каскада подключен через стабилизатор напряжения параллельно выходу статорной обi мотки контролируемой электрической машины переменного тока и обе ббмотки выполнены на одинаковое число пар полюсов и. с одинаковым чередованием фаз.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, чтго, с целью расш1лрения диапазона измеряемых скольжений, в каждую фазу обмоток роторов включены последовательно одинаковые добавочные сопротивления, установленные на роторе.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Брусник Д.Э. и др. Электрические машины. Ч.1, М., Высшая школа,

5 1979, с.190.

2.Авторское свидетельство СССР № 434310, кл.С 01 Р 3/60, 1975.

Сеть