Устройство для измерения и регистрации внутреннего угла синхронной машины Советский патент 1982 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при экспериментальных исследованиях, а также при создании систем регулирования и управления синхронной машиной.

Известно устройство для измерения и регистрации внутреннего угла синхронных машин, содержсццее датчик, фиксирующий положение ротора, преобразовательное устрюйство, подключаемое к датчику и к выходныг- концам синхронной машины и измерительный стрелочный прибор 1.

Недостатком устройства является низкая точность измерения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для экспериментального исследования синхрюнных машин, содержащее датчик положения ротора, два преобразователя , один из которых преобразует сигналы датчика положения ротора, а другой напряжение на зажимах синхронной машины в последовательности импульсов, триггер, генератор пилообразного напряжения,ключ с конденсатором памяти, регистрирующий прибор (усилитель со стрелочным измерительным прибором). В этом устройстве сигнал о положении ротора поступает от фототранзистора, который реагирует на чередование черных и белых отрезков равной ширины, нанесенных на вал машины и освещаемых пучком света. Общее число отрезков по длине окружности вгша двигателя равно числу полюсов. Измерение внут10реннего угла синхронной машины основано на измерении разности фаз между сигналами от фототранзистора и напряжения литания синхронной машины. Разность фаз преобразуется в

15 аналоговьЧ сигнал, значение которого пропорционально продолжительности времени между сигналами, полученными от датчика положения ротора и напряжением, на зажимах синхронной маши20ны 2.

Недостатками устройства являются низкая точность при изменении частоты вращения и сложность процесса измерения.

Цель . изобретения - повмиекие точности и упрощение процесса измерений внутреннего угла синхронной машины при регулируемой частоте вращения.

Указанная цель достигается тем. что в устройство для измерения и регистрации внутреннего угла синхронн машины, содержащее датчик положения ротора, два преобразователя, вход одного из которых соединен с выходом датчика положения ротора, а вход другого является входом устройства, введе1йл элемент задержки, генератор импульсов, два счетчика, причем выход первого преобразователя соедине со входом Старт первого счетчика входом Сброс второго счетчика, вход Сброс первого счетчика является тактовьм входом, выход второго преобразователя соединен через элемент задержки со входом Стоп пер вого счетчика, объединенным со входами Старт и Стоп второго счетчика, -а счетные входы обоих счетчиков соединены с выходом генератора импульсов. На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 дана схема фотоэлектрического датчи ка; на фиг. 3 показаны эпюры импуль сов. Устройство содержит фотоэлектрический датчик 1 положения ротора, преобразователи 2 и 3 напряжения ё последовательности импульсов, эле мент 4 задержки импульсов, регистри руквдий прибор, выполненный в виде цифровых счетчиков 5 и б, соответственно у которых управляющие входы 7и 10 Старт, управлякицие входы 8и 11 Стоп, управляющие входы 9и 12 Сброс, счетные входы 13 и 14, генератор 15 импульсов высокой частоты. Фотоэлектрический датчик 1 (фиг. содержит непрозрачный диск 16 с отверстием или прорезью-17, источник 18 света и фотоэлемент фотодиод 19. Эпюры (фиг.З) изображают последо вательность импульсов на выходе генератора 15 высокой частоты (20); одиночный тактовый импульс (21); последовательность импульсов на выходе преобразователя 2 (22) ; последовательность импульсов на выходе элемента 4 задержки (23); схематично показанное количество импульсов поступивших соответственно в счетчи ки 5 и б (24 и 25) . В качестве датчика 1 положения ротора может быть применен любой бесконтактный датчик, вырабатывающи один импульс за один оборот вала ро тора, например, фотоэлектрический, одна из конструкций которого показа на на фиг.2. Преобразователи 2 и 3 вырабатывгиот на выходе прямоугольные импуль сы при отличии входного напряжения от нуля или при изменении знака, вхо ного напряжения. Элемент 4 задержки позволяет ре гулировать время задержки входных мпульсов в пределах всего периода апряжения питания во всем диапазоне астот исследуемой синхронной машины. Устройство работает следующим бразом. Световой поток от источника 18 вета (фиг.2) после прохождения через тверстие (или прорезь) 17 во враающемся диске 16 в виде импульсов света попадает на фотодиод 19, подключенный ко входу преобразователя 2 (фиг.) на выходе которогр формируется последовательность ш ульсов (эпюра 22). Напряжение с зажимов синхронной машины поступает на вход преобразователя 3, на выходе которого формируется последовательность импульсов той же частоты, причем передний фронт каждого импульса формируется в момент перехода напряжения на статорной обмотке, через нуль из отрицательного значения в положительное. Эти импульсы поступают на. вход элемента 4 Эсцзержки импульсов, на вых.оде которого вырабатывается последовательность импульсов, показанная на эпюре 23. В условиях идеального холостого хода векторы ЭДС и напряжения на зажимах синхронной машины совпадают, и необходимо, чтобы перед началом измерения внутреннего угла импульс, вырабатываемый датчиком 1 положения ротора (эпюра 22), совпадал с импульсом на выходе преобразователя 3, для чего последовательно с преобразователем 3 включен элемент 4 задержки импульсов. Счетные входы 13 и 14 обоих счетчиков подключены к генератору 15 импульсов высокой частоты, вырабатывающему последовательность импульсов (эпюра 20). Импульс/поступивший на управляющий вход Старт, открывает счетный вход счетчика 5 или б, и он начинает заполняться импульсами от генератора импульсов высокой частоты. Импульс, поступивший на управляющий вход Стоп, закрывает счетный вход, и он прекращает счет импульсов. Индикаторы счетчика отображают число импульсов, поступивших на счетный вход за период между импульсами,пришедшими на управляклцие входы Старт и Стоп. Импульс, пришедший на управляющий вход Сброс, устанавливает счетчик в ждущее положение, а индикаторы показывают нули. Счетчик готов к следующему счету. В ждущее состояние калсдый счетчик устанавливается вручную с помощью специальной кнопки на передней панели или подачей на управляющий вход Сброс тактового импульса. Например, предположим, что на фиг. 3 в моменты t и t а. показано

произвольное относительно друг друга положение импульсов на выходе преобразователя 2 (эпюра 22) и на выходе элемента 4 задержки импульсов (эпюра 23) . регулируя время эадерх ки добиваются совмещения этих импульсов, при этом после прихода каждого тактового импульса ТИ на вход 9 счётчик 5 показывает нули. Операция установки нулевого.значения внутреннего угла синхронной машины производится после закрепления диска датчика 1 положения ротора на валу синхронной машины.

После установки нулевого значения внутреннего угла синхронная машина переводится в требуеглый режим.

8зависимости от приложенной на вал нагрузки возникает сдвиг фаз между ЭДС и напряжением, что вызывает

у ранее совмещенных импульсов на выходах преобразователя 2 и элемента

4задержки временной сдвиг. Предположим, что этому соответствует положение импульсов из последовательностей 22 и 23 в моменты времени

t и t (фиг.З).

Измерение производится автоматически (или вручную)с приходом тактового импульса на управлякидий вход

9счетчика 5, например, в момент t . В момент t импульс с. выхода преобразователя 2 (эпюра 22) поступает на управляющий вход 7, после чего счетчик 5 начинает заполняться импульсами (эпюра 20) с генератора 15 импульсов высокой частоты.

В момент t очередной по времени илшульс с выхода элемента 4 задержки (эпюра 23), поступив на управляющий вход 8 счетчика 5, останавливает счет.

Показание счетчика 5, соответствующее количеству импульсов, схематично показанных на эпюре 24, пришедших с генератора 15 импульсов высокой частоты за интервал времени между моментами t и t. пропорционально измеряемому внутреннему углу.

Для определения масштаба, с помощью которого можно перевести ftoKa зание счетчика 5 в электрические градусы при различных частотах напряжения на зажимах синхронной машины, используется второй счетчик б, измеряющий период напряжения в тех же единицах,что и счетчик 5, т.е. заполняимцийся от общего со счетчиком

5генератора 15 импульсов высокой частоты.

Счетчик б импyльcqв с выхода преобразователя 2 в момент t устаналивается в ждущее состояние. За время от 12. до t в счетчик б поступает некоторое количество импульсов (эпюра 25) с общего со счетчиком 5 генератора 15. Количество импульсов, зафиксированное счетчиком б, пропорционально периоду напряжения на зажимах синхронной машины.

Таким образом, измерение внутреннего угла синхронной машины сводится к подсчету импульсов от генератора 15, поступивших в счетчик 5 в интервале времени межд управляющими импульсами от датчика положения ротора и с зажимов синхронной машины, а также к подсчету импульсов от того же генератора 15, поступивших в счетчик 6 р интервале времени между двумя последовательными импульсами с зажимов синхронной машины. Показание счетчика 6 равно числу импульсов, поступающих за один период, равный 360 эл.град.

Внутренний угол (f синхронной машины, таким образом., определяется .из соотношения

f 1 360 (эл.град.)

где N. - показание цифрового счетчика 5;

Nj - показание цифрового счетчика 6.

Использование предлагаемого изобретения в сравнении с известным.,-принять за базовый объект, позволяет повысить точность измерение,упрощает процесс измерения и расширяет диапазон применения устройства,так как дает -возможность проводить измерения внутреннего угла синхронной машины в установках с регулируемой частотой вращения.

Формула изобретения

Устройство для измерения и рюгистрации внутреннего угла синхронной машины, содержащее датчик

5 положения ротора, два преобразователя, вход одного из которых соединен с выходом датчика положения ротора, а вход другого является входом устройства, отличаюQ щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и упрощения процесса измерений, в него введены элемент задержки, генератор импульсов, два счетчика, причем выход первого преобразователя соединен со входом.Старт первого счетчика и входом Сброс второго счетчика,вход Сброс первого счетчика является тактовым входом, выход второго преобразователя соединен через элемент

0 задержки со входом Стоп первого счетчика, объединенным со входами Старт и Стоп.второго счетчика, а счетные входы обоих йчетчиков соединены с выходом .генератора импульсов.

Источники информации, принятые во пнимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 291165, кл. G 01 R 25/00, 1968,

2. Лифанов В.А., UleMHKHH В.Ф. Устройство для экспериментального исследования синхронных машин. Электротехника,1965,№3,с.42-43

уп

-t -t

1111

i3

т Л iiiiiiiiiiiuiiiitiiiiiiiiiiiiiti iiiiiHtin|||Mii|llliiiiiiiiimiiiiiiiiiiitiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii