Многоканальное бесконтактное токосъемное устройство Советский патент 1982 года по МПК G08C19/46 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и предназначено для передачи электрических сигналов от первичных измерительных преобразователей, расположенных на вращающихся объектах к неподвижным вторичным преобразователям.

Известно многоканальное бесконтактное токосъемное устройство, содержащее п токосъемников, выполненных на п вращающихся трансформаторах, состоящих из расположенных в одной, плоскости неподвижной статорной обмотки и двух диаметрально располсйкенных вращающихся роторных обмоток, ,pa3-,j мещенных в отдельных незамкнутых магнитопроводах, причем магнитопровод ; неподвижной обмотки равен половине, а магнитопроводы подвижных обмоток четверти окружности l .JQ

Недостатком данного устройства является то, что достоверный контроль каждого параметра возможен лишь в течение 1/ оборота ротора. .

Наиболее близким к предлагаемомЗГ является многоканальное бесконтактное токосъемное устройство, содержащее п токосъемников, выполненных на вращаю-.. щихся трансформаторах, состоящих из расположенных в одной плоскости роторных и статорных колец, статорные кольца выполнены в виде равных незамкнутых магнитопроводящих секторов, в каждом из которых расположена статорная обмотка, и разделенных экранами, а соотношение длины окружности незамкнутого магнитопроводящего сектора и экрана статорного кольца больше единицы, п коммутаторови синхронизатор, выходы которого соединены с управляющими входами п коммутатор в, выходы которых являются выходами устройства, информационные входы коммутатора подключены к первым зажимам сТаторных обмоток.

Коммутатор многоканального бесконтактного токосъемного устройства содержит блоки ключей, 1,2,...,т-е вы- 39П ходы которых соединены между собой соответственно, и с соответствующими выходами коммутатора. Синхронизатор многоканального бесконтактного токосъемного устройства выполнен из статорного и роторного колец и формирователей импульсов, каж дый сектор статорного кольца состоит из экрана и незамкнутого магнитопровода с расположенной на нем обмоткой выходы которых подключены через соответствующие формирователи импульсов к соответствующим выходам синхронизатора, а соотношение длины магнитопровода и экрана в каждом, секторе статорного кольца меньше единицы, Роторное кольцо синхронизатора выполнено в виде набора 3 равных между собой секторов, приче/и один из Зт выполнен из магнитопроводящего материала, остальные (Зт - 1) секторы выполнены из немагнитного материала. Коммутатор многоканального бесконтактного токосъемного устройства содержит Зт бг)оков ключей, 1,2,,..,т-е выходы которых соединены между собой соответственно и с соответствующими выходами коммутатора, каждые первые информационные входы последующих блоков ключей соединены с вторыми информаци,нными входами предыдущих блоков ключей и с информационными входами коммутатора, номера которых соответствуют номерам последующих блоков ключей. Блок ключей в коммутаторе многоканального бесконтактного токосъемного устройства содержит два ключа и сумматор,первый и второй информационные входы блока ключей соединены с информационными входами первого и второго ключей соответственно, выходы которых подключены к соответствую щим информационным входам сумматора, 1,2,...,т-е выходы которого соединены с 1,2,...,т-ми выходами блока клю чей соответственно --З Недостатком данного устройства яв ляется низкая точность за счет потери информации в момент коммутации. Цель изобретения - увеличение точ ности. Указанная цель достигается тем, что в многоканальном бесконтактном токосъемном устройе тве,содержащем п токосъемников, выполненных на вращаю щихся трансформаторах, состоящих из расположенных в одной плоскости рото 4 ных и статорных колец, причем статорные кольца выполнены в виде равных незамкнутых магнитопроводящих секторов, в каждом из которых расположена статорная обмотка и которые разделены экранами, а соотношение длины окружности незамкнутого магнитопроводящего сектора и экрана статорного кольца больше единицы, п коммутаторов и синхронизатор, выходы которого соединены с управляющими входами п коммутаторов, выходы которых являются выходами устройства, информационные входы коммутатора подключены к первым зажимам статорных обмоток Роторные и статорные кольца бесконтактного токосъемника выполнены в виде набора Зт равных секторов, где п 1,2, 3,...,- - число контролируемых параметров, причем (1 + 3t)-e секторы роторного кольца, где t 0,1,2,..., содержит по одной обмотке, расположенной в незамкнутом магнитопроводящем секторе, остальные секторы роторного кольца выполнены из немагнитного материала, вторые зажимы статорных обмоток соединены с общей шиной. В многоканальном бесконтактном токосъемном устройстве, коммутатор которого содержит блоки ключей, 1, 2,..., т-е выходы которых соединены между собой, соответственно и с соответствующими выходами коммутатора, коммутатор содержит Зт блоков ключей, причем каждый из г управляющих входов коммутатора, где г 1,2,..., Зт, соединен параллельно с (р + Л) управляющими входами (г + Зр)-ых блоков ключей, соответственно, где р 0,1,2,..., (т - 1), каждые первые информационные входы последующих блоков ключей соединены с вторыми информационными входами предыдущих блоков ключей и с информационными входами коммутатора, номера которых соответствуют номерам последующих блоков ключей. В многоканальном бесконтактном токосъемном устройстве, синхронизатор которого выполнен из статорного и роторного колец и формирователей импульсов, каждый сектор статорного кольца состоит из экрана и незамкнутого магнитопровода с расположенной на нем обмоткой, выходы которых подключены через соответствующие формирователи импульсов к соответствующим выходам синхронизатора, а соотношение ДЛИНЫ магнитопровода и экрана в каждом секторе статорного кольца меньше единицы, синхронизатор содержит статорное и роторное кольца, выполненные в виде набора 3т равных между со бой секторов, причем в роторном коль це один из 3т секторов выполнен из магнитопров дящего материала, осталь ные (Зт - 1) секторы роторного кольц выполнены из немагнитного материала. В многоканальном бесконтактном токосъемном устройстве, синхронизато которого выполнен из статорного и ро торного колец и формирователей импульсов, каждый сектор статорного кольца состоит из экрана и незамкнутого магнитопровода с расположенной на нем обмоткой, выходы которой подключены через соответствующие формирователи импульсов -К соответствующим выходам синхронизатора, а соотношени длины магнитопровода и экрана в каждом секторе статорного кольца меньше единицы, роторное кольцо выполнено в виде набора Зп равных между собой секторов, причем один из Зш секторов выполнен из магнйтопроводящего материала, остальные (3т - U секторы выполнены из немагнитного материала, статорное кольцо синхронизатора выполнено в виде набора 6т равных меж ду собой секторов, выходы нечетных формирователей дополнительно соедине ны с запрещающими входами предыдущих четных формирователей. В многоканальном бесконтактном токосъемном устройстве, коммутатор которого содержит Зш блоков ключей, 1,2,..., т-е выходы которых соединены между собой соответственно и с соответствующими, выходами коммутатора, каждые первые информационные входы последукмцих блоков ключей соединены с вторыми информационными входами преДыдущи X блоко в клюней | и с информационными входаМи коммутатора, номера коТор ЫХ соответствуют номерам последующих блоков ключей, (бц + t )-е управляющие входы коммутатора, где К 0,1,... (т,- 1), а t для каждого знамения k соединены с (2к 1)-ми входами p-f3(i - 1)-ых блоков ключей, где р 1,2,..., (т 1), а i 1,2,...,m для каждого значения р, (бк+ ц} управляющие входы коммутатора, где tjt 2,k,6 для каждого значения к, соединены с(2к )-ми входами р + 3(1 1)-ых блоков ключей. 876 В многоканальном бесконтактном токосъемном устройстве, в коммутаторе которого блок ключей содержит два ключа и сумматор-, первый и второй информационные Входы блока ключей соединены С;информационными входами первого и второго ключей соответственно/ вмходы которых подключены к со- , ответствующим информационным входам сумматора, 1,2,.., ffl-e выходы которого соединены с 1,2,..., т-ми выходами блока ключей-соответственно, каждый нечетный/из J управляющих входов блока, где J « 1,2,..., 2п соединен соответственно с 1,2,...,т-мй управлйкяцими входами первого ключа и с соответствующими.нечетными входами второго ключа и сумматора, каж.дый из которых имеет 2т входосз,каждый четный из J управляющих входов блока ключей соединен с соответствующими четными входами второго ключа и сумматора. На фиг. 1 представлена структурная схема многоканального бесконтактного токосъемного устройства; на фиг. 2 электрическая схема одного канала бесконтактного токосъемного устройства для случая m 3; на фиг. 3 пример разд;ёления колец ротора и статора бесконтактного токосъемного на 3ni cewTOpOB и расположения в этих секторах магнитопроводов для случая m « 3 на фиг. f - один из возможных вариантов конструкций бесконтактного токосъемника; на фиг. 5 - структурная схема коммутатора, содержащая Зш блоков ключей и 3т управляющих входов; на фиг. 6 - структурная схема блока ключей , содержащая два ключа и сумматор , с П) управляющими входами; на фиг. 7 и 8 - электрическая схема синхронизатора и пример разделения колец ротора и статора синхронизатора на 3т секто ров и расположения в этих секторах магнитопроводов для случая га « 3; на фиг. 9 - структурная схема многоканального бесконтактного токосъемного устройства для случая m 3 и коли.честаа синхроимпульсов, равного 3т « 9; на фиг. 10 - временная диаграмма работы устройства, изображенного на фиг, 9; на фиг.11 и 12 - электрическая схема, синхронизатору.и пример разделения колец ротора х статора синхронизатора на 6 секторов и расположения в этих секторах магнитопроводов для случая m 3; «а фиг. 13 структурная схема ком лтатора содери 6m упраеляю жащая 3 блоков ключей щих ,входов; на фиг, }k -структурная схема блока ключей содержащая 2т управляющи два ключа и сумматор с ми входами; на фиг. 15 -структурная схема многоканального бесконтактного токосъемного устройства для случая m 3 и количества синхроимпульсов, равного 6т 18; на фиг. 16 - времен ная диаграмма работы устройства, изo раженного на фиг. 15. Нногоканальиое бесконтактное токо съемное устройство Содержит многоканальный бесконтактный блок 1, токосъемников 2, блок 3 коммутации, состоящий из п коммутаторов j, синхронизатор 5. статорное кольцо 6 с экраном 6| , роторное кольцо //незамкнутые магнитопроводящие сектора ста тора 3, статорную обмотку 9, незамкнутые магнитопроводящие сектора ротора 10, роторную обмотку 11, 2т блоков 12 ключей, ключи 13 и I, сум матор 15, статорное кольцо 16 и роторное кольцо 17 синхронизатора 5, незамкнутый магнитопровод 16 роторI ного кольца 17, незамкнутый магнитопровод 19 с обмоткой 20 статорного кольца 1б, формирователи 2 К Работу устройства разберем для конкретного случая, когда, к примеру число контролируемых параметров одним каналом m 3 число каналов рав но гг, общее число одновременно контролируемых параметров равно Зп. Устройство (фиг. 9) работает следующим образом. Все каналы устройства работают одновременно и независимо друг от друга. Управляет работой каналов син хронизатор 5 (фиг. 7 и 8). При прохождении незамкнутого магнитопровода Т8 ротора над обмоткой 20 в магнитопроводе 19 изменяется индуктивност обмотки 20. Это изменение индуктивности преобразуется формирователем 21 в импульс длительностью, пропор циональной изменению индуктивности. В результате, в процессе вращения роторного кольца 17с магнитопроводо 18 с каждого из 3fn формирователей 21 импульсов, подключенных к соответстВУ10ЩИМ статорйым.обмоткам 19, за один оборот получается по одному импульсу, а в целом серия 3 импульсов (фиг. 10, строки 1-9) разнесенных во времени, которая и управляет одновременной работой каналов устрой91ства, а внутри каждого канала - работой коммутаторов 3. В блоке 12 ключей (фиг. 6) ключи 13 и I открываются по соответствующим синхроимпульсам, подключая определенные обмотки 9 статорного кольца 6 бесконтактного токосъемника 2 к входам сумматора 15, выходной сигнал с которого также в соответствии с управляющим импульсом с синхронизатора поступает на соответствующий выход блока 12 ключей и одновременно на выходы самого коммутатора i. В коммутаторе k (фиг. 5) блоки 12 ключей работают поочередно через два блока ключей, подключая каждый раз к соответствующим выходам канала пары обмоток статорного кольца бесконтактного токосъемника, которые передают информацию о соответствующем контролируемом параметре. При этом между парами статорных обмоток бесконтЗктного токосъемника всего остается одна статорная обмотка, не задействованная с целью уменьшения взаимодействия рабочих пар обмоток по магнитному полю при вращении ротора бесконтактного токосъёмника. Работу устройства можно показать по временной диаграмме (фиг. 10). Синхросерия из 3т 9 импульсов показана на фиг. 10 (строки 1-9). . Во время действия 1-го синхроимпульса (фиг. 10) работают блоки ключей , подключая п|эи этом соответственно к первому выходу коммутатора (канала) пару статорных обмоток. По второму синхроимпульсу (фиг.10) работают блоки ключей подключая при этом соответственно к первому выходу коммутатора (канала) пару статорных обмоток, передающих, информацию к второму выходу коммутатора (канала) пару статорных обмоток, передающих информацию с РТ-,(ФИГ. 10, стррка 20), к третьему выходу коммутатора (канала) пару статорнйх обмоток передающих информацию. Применение устройства позволяет увеличить количество контролируемых параметров в m раз, так как каждая паоа колец позволяет разместить на них m вращающихся трансформаторов, формируемых Зт блоками ключей по 3т синхроимпульсам, причем время контроля каждого параметра в сравнении с известным сохраняется. Однако данное устройство обладает существенным недостатком, а именно в промежутках времени между окончанием предыдущего.и началом последующ го синхроимпульса (фиг. 1) отсуству.ет информация об измеряемых (контролируемых) параметрах, т.е. полезная информация существует только в момент действия синхроимпульсов, что снижает точность контроля параметров Указанный недостаток устранен во втором варианте многоканального бесконтактного токосъемного устройства (фиг. 15), работа которого происходит следующим образом, В синхронизаторе 5, а именно в статорном кольце 16 его, увеличено в два раза количество обмоток 20 с магнитопроводами 19, а роторное коль цо 17 оставлено без изменения. Кажды четный (нечетный)импульс синхронизат ра (фиг,-12) заканчивается 1ри появлении последующего нечетного (четного) импульса его, с этой целью каждый нечетный (четный) импульс (анало гично можно говорить о подключении выхода нечетного (четного) формирова теля 21) поступает параллельно на выход синхронизатора 5 и на запрещаю щий вход четного (нечетного) формиро вателя 21. В результате, в процессе вращения роторного кольца 17 с магнитопроводо 18 с каждого из 6т формирователей 21 импульсов, подключенных к соответствующим статорным обмоткам 19, за один бборот получается по одному импульсу, а в целом серия 6т импульсов разнесенных во времени частично с перекрытием (фиг. 16, строки 1-Т8), которая управляет одновременной работой п каналов устройства. В блоке 12 ключей (фиг. 14) ключи 13 и k открываются также по соответствующим синхроимпульеам, подключая определенные обмотки Э статорного кольца 6 бесконтактного токосъемника 2 к входам сумматора 15. Однако если ключи 13 и 1 и сумматор 15 работают во время действия 1-го импульса, то ключ Н и сумматор 15 продолжают находиться в рабочем состоянии во время действия 2-го управляющего импульса, что позволяет продолжить передачу информации о том же параметре на тот же выход блока ключей со второй из пары подключенных обмоток. В коммутаторе (фиг. 13 блоки 12 ключей работают также поочередно через два блока ключей. Работу устройства можно показать по временной диаграмме (фиг. 16). Синхросерия из 6т 18 импульсов показана на фиг. 16 (строки 1-18). Во время действия 1-го и 2-го синхроимпульсов (фиг. 16) работают блоки ключей, подключая при этом, соответственно к первому выходу коммутатора (канала) пару, а затем одну, вторую из пары статорных обмоток, передающих информацию о первом .параметре (фиг. 16), к второму выходу коммутатора ( канала) - статорные обмотки, передающие информацию о втором пираметре (фиг, 1б), к третьему выходу коммутатора (канала) - статорные обмотки, передающие информацию о третьем параметре. Во время действия 3-го и синхроимпульсов (фиг. 16) работают блоки ключей, подключая при этом соответственно к первому, второму и третьему выходам коммутатора (канала) пары а затем одну, вторую из пары, статорных- обмоток, передающих соответственно информацию о первом, о втором, о третьем параметрах, По 5-6, 7-8,......, (6т - 1) - 6т синхроимпульсам работа устройства происходит аналогично. Применение предлагаемого устройства позволяет повысить точность контроля параметров с вращающихся объектов. .Формула, изобретения 1. Многоканальное бесконтактное токосъемное устройство, содержащее п токосъемников, выполненных на вращающихся трансформаторах, состоящих из распо.ложенных в одной плоскости роторных и статорных колец, статор-, ные кольца выполнены в виде равных незамкнутых магнитопроводящих секторов, в каждом из которых расположена статорная обмотка и которые разделены экранами, а соотношение длины окружности незамкнутого магнитопрсводящего сектора и экрана статорного кольца больше единицы, п коммутаторов и синхронизатор, выходы которого соединены с управляющими входами п коммутаторов, выходы которых являются выходами устройства, информационные входы коммутатора подключены к первым зажимам статорных обмоток соответствующего статорного кольца, о т л и цающееся тем, что, .с целью увеличения точности устройства за счет повышения помехоустойчивости, роторные и статорные кольца бесконтактного токосъемника выполнены в виде набора 3т равных секторов, где m ,3,..., - число контролируемых параметров, (1 + 3t)-e секторы роторного кольца, где ,l,2,..., содержат по одной обмотке, расположе ной в незамкнутом магнитопроводящем секторе, остальные секторы роторного кольца выполнены из немагнитного материала, вторые зажимы статорных обм ток уобдинены с общей шиной, 2. Устройство по п. 1, коммутатор которого содержит блоки ключей, 1, 2...., т-е выходы которых соединены между собой соответственно и с соответствующими выходами коммутатора,отличающееся тем, что. коммутатор содержит Зт блоков ключей причем каждый из г управляющих входо коммутатора, где г 1,2,...,Зт,соединен параллельно с (р + 1) управляющим входами (г + Зр)-ых блоков ключей соответственно, где р 0,1, 2.., (т - 1), каждые первые информационные входы последующих блоков клю чей соединены с вторыми информационными входами предыдущих блоков ключей и с информационными входами коммутатора, номера которых соответствуют номерам последующих блоков ключей с 3с Устройство по п. 1, синхрониза тор которого выполнен из статорного и роторного колец и формирователей импульсов, каждый сектор статорного кольца состоит из экрана и незамкнуI того магнитопровода с расположенной на нем обмоткой, выходы которых подключены через соответствующие формирователи импульсов к соответствующим выходам синхронизатора, а соотношение длины магнитопровода и экрана в каждом секторе статорного кольца мён ше единицы, отличающееся тем,что синхронизатор содержит статорное и роторное кольца, выполненные в виде набора Зт равных между со бой секторов, в роторном кольце один из Зт секторов выполнен из магнитопроводящего материала, остальные (Зт - 1) секторы роторного кольца вы полнены из немагнитного материала. 9П 12 t, Устройство по п. 1, синхронизатор которого эыполнен из статорного и роторного колец и формирователей импульсов, каждый сектор статорного кольца состоит из экрана и незамкнутого магнитопровода с. расположенной на нем обмоткой, выходы которой подключены через соответствующие формирователи импульсов к соответствующим выходам синхронизатора, а соотношение длины магнитопровода и экрана в каждом секторе статорного кольца, меньше единицы,.роторное кольцо выполнено в виде набора 3т равных между собой секторов, причем один из 3т секторов выполнен из магнитопроводящего материала, остальные (Зт - 1) секторы выполнены из немагнитного материала, отличающее с. я тем, что статорное кольцо синхронизатора выполнено в виде набора 6т равных между собой секторов, выходы неMetHHx формирователей дополнительно соединены с запрещающими входами предыдущих четных формирователей. 5. Устройство по, п. 1, коммутатор которого содержит Зт блоков ключей , 1,2,,..,т-е выходы которых соединены между собой срответственно и с соответствующими выходами коммутатора, каждые первые информационные входы последующих бггоков ключей соединены с вторыми информационными входами предыдущих блоков ключей и с информационными входами коммутатора номера которых соответствуют номерам последующим блоков ключей, отличающееся тем, что (6, + t)-e управляющие входы коммутатора, где к 0,1,..., (т - 1), а t 1,3,5 для каждого значения к соединены с (2 + 1)гми уходами р + 3(i - 1)-ых блоков ключей, где р 1,2...(т - 1), для каждого значения (6j,+ t/ji) управляющие входы комму12. 2,,6 для каждого таторй, где подключены с (2х + 2)-ми значения.к. входами р + 3 (i - 1)-ых блоков ключей. 6. Устройство по пЛ, в коммутаторе которого блок ключей содержит два ключа и сумматор, первый и.второй информационные входы блока ключей соединены с информационными входами первого и второго ключей соответственно, выходы которых подключены к соответствующим информационным 1391 входам сумматора, 1,2,.., m-e выходы которого соединены с 1,2,..., т-ми выходами блока ключей соответственно, отличающееся тем, что каждый нечетный из j управляющих входов блока, где j 1,2,..., 2m, соединен соответственно с 1,2,..., т-ми управляющими входами первого ключа и с соответствующими нечетными входами второго ключа и сумматора, каждый из которых имеет 2т входов, каждый 7 четный из j управляющих входов блока ключей подключен к соответствующим четным входам второго ключа и сумматора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № , кл. G 11 В 5/52, 1968. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2858252, кл. G 08 С , 1979.

2-f

/-/

1 Z.,., вт f ,j3 f 2 ,.,дй,

f

ff/TT

-t

4-f

-2

H iU i

/ -/n f Z

г1 2 ..Jb

N

-/7

i

f g ... /rf

фуг. f

д

Фш.д

,,

Г r

Ё- r г

, L g L ;p/- L L . L гУг5 - L 2 - L ЛЧ , L 7АЛ, L я

4ЙИ. 7

If

16

,

Яг, trt -И

Р&г.В

ALC

/7

16

Фуг.гг

0t/g.7

I