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

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ ВНУТРЕННЕГО УГЛА СИНХРОННОЙ МАШИНЫ

1

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 экспериментального исследования синхронных 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 и регистрирующий прибор (усилитель со стрелочным измерительным прибором).

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 вала двигателя равно числу полюсов.

Измерение внутреннего угла синхронной машины основано на измерении разности фаз между сигналами от фототранзистора и напряжения питания синхронной машины. Разность фаз преобразуется в аналоговый сигнал, значение которого пропорционально продолжи10тельности времени между сигналами, полученными от датчика положения ротора и напряжения на зажимах синхронной машины l.

Недостатками этого устройства яв15ляются низкая точность и сложность использования при регулируемой частоте вращения синхронной машины, так как показания стрелочного прибора определяются интервалом времени меж20ду импульсами, поступающими от датчика положения ротора и с зажимов машины; при изменении частоты вращения и неизменном внутреннем угле стрелочный прибор дает различные показания. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст ройство для измерения и регистрации внутреннего угла синхронной машины, содержащее датчик положения ротора, два преобразователя, элемент задержки, два счетчика и генератор 2. Недостатком известного устройства является сложность процесса измерения, обусловленная необходимостью производить вычисления параметров по показаниям счетчиков. Цель изобретения - упрощение процесса измерения. Цель достигается тем, что в устройство для измерения и регистрации внутреннего угла синхронной машины, содержащее датчик положения ротора, первый и второй преобразователи напряжения, вход первого соединен с выходом датчика положения ротора, а вход второго является входом устройства, счетчик и элемент задержки, а вход Сброс счетчика является тактовым, введен умножитель частоты при этом выход первого преобразователя соединен с входом элемента задержки, выход которого соединен с входом СтартИ счетчика, выход второго преобразователя соединен с входом Стоп счетчика и входом умножителя частоты, вь1ход которого соединен с счетным входом счетчика. На ф,иг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема фотоэлектрического датчика; на фиг. 3 структурная схема умножителя на 360; на фиг. k эпюры импульсов. Устройство содержит фотоэлектрический датчик 1, преобразователи 2 и 3 напряжения в импульсы прямоуголь ной формы, элемент задержки импуль сов, умножитель 5 частоты на ЗбО, регистрирующий прибор - цифровой счетчик 6, у которого есть управляющий вход 7 Старт, счетный вход 8, управляющий вход 9 Стоп и управляющий вход 10 Сброс. Фотоэлектрический датчик (фиг. 2 содержит непрозрачный диск 11 с отверстием (или прорезью) 12, источни 13 света и фотоэлемент (фотодиод) Умножитель частоты с коэффициенто умножения (фиг. 3) содержит пятнадцать удвоителей частоты и один дели тель Д на 91, соединенных последовательно в любой комбинации. Эпюры на фиг. А изображают последовательность 15 прямоугольных импуль сов на выходе преобразователя 3, последовательность 16 импульсов на выходе умножителя 5. последовательность 17 импульсов на выходе элемента k задержки импульсов; одиночнь1Й тактовый импульс ТИ 18 и схематично показанное количество 19 импульсов, поступившее в счетчик 5В качестве датчика положения ротора может быть применен любой бесконтактный датчик, вырабатывающий один импульс за один оборот вала ротора, например фотоэлектрический (фиг. 2). Преобразователи 2 и 3 (фиг. 1) могут быть выполнены в виде пороговых устройств, вырабатывающих на выходе прямоугольный импульс при отличии входного напряжения от нуля или при изменении знака входного напряжения. В основе их может быть применен, например, усилитель-ограничительс большим коэффициентом усиления или триггер Шмитта. Элемент k задержки импульсов может быть выполнен на ждущем мультивибраторе с регулируемой длительностью выходных прямоугольных импульсов. Задний фронт прямоугольных импульсов ждущего мультивибратора формирует выходные импульсы элемента h задержки импульсов. Умножитель 5 частоты позволяет получить в течение каждого периода питающего напряжения U строго определенное количество импульсов N. Эти импульсы геометрически равномерно ра.спределены вдоль всего периода. Если, например, период увеличится (или уменьшится), пропорционально этому изменению увеличатся (или уменьшатся) расстояния между этими импульсами, причем количество их будет оставаться строго постоянным и равным N.. Количество элементов умножителя определяется из соотношения ., .0 где п - количеству удвоителей частоты;к - коэффициент деления делителя частоты, причем пик должны быть целые числа. Для определения внутреннего угла синхронной машины число N представлено равным ЗбО. Это позволяет полу чать результаты в. электрических градусах, В соответствии с условием (1) . В качестве цифрового счетчика 6 может быть использован электронный цифровой счетчик, имеющий управляющие входы Старт, Стоп, Сброс,, например промышленного изготовления типа ФЗОЗ и Ф5080. Устройство работает следующим образом. Световой поток от источника 13 света (фиг. 2) после прохождения через отверстие (или прорезь) 12 во вращающемся диске 11 попадает на фотодиод 1, подключенный к входу преобразователя 2. К выходу преобразователя 2 подключен элемент 4 задержки импульсов, на выходе которой вь|рабатывается последовательность им пульсов, показанная на эпюре 17. Напряжение U с зажимов синхронной машины поступает на вход преобразователя 3 на выходе которого фор мируется последовательность прямоугольных импульсов той же частоты, показанная на эпюре 15Измерению предшествует операция установки нулевого значения внутреннего угла синхронной машины при ее работе на холостом ходу в генераторном режиме. Регулировкой элемента задержки добиваются совмещения импульсов на ее выходе (эпюра 17) с положительными перепадами прямоугольного напряжения (эпкгра 15) на выходе, преобразователя 3 (если, например, счетчик 6 реагирует на положительные перепады напряжения на его управляющем входе 9). В этом случае на входы 7 и 9 управляющие импульсы приходят одновременно и счетчик 6 показывает нули. Операция установки нулевого значения внутреннего угла производится один раз после каждого закрепления диска 11 (фиг. 2) датчика положения ротора на валу синхронной машины. После установки нулевого значения внутреннего угла синхронная машина переводится в требуемый режим. В зависимости от приложенной на вал на грузки возникает сдвиг фаз между ЭДС и напряжением, что вызывает у ранее совмещенных импульсов временной сдви Предположим, что этому будет соответствовать положение импульсов из 26 последовательностей на эпюрах 15 и 17 в моменты времени t и t (фиг.) Измерение начинается с приходом тактового импульса ТИ, например, в момент to (эпюра 18) на управляющий вход 10 Сброс, при этом счетчик 6 переводится в ждущий режим. В момент t импульс с выхода схемы задержки (эпюра 17) поступает на управляющий вход 7 после чего счетчик 6 начинается заполняться импульсами (эпюпа 16) с выхода умножителя 5 частоты. В момент t очередной по времени положительный перепад импульса с выхода преобразователя 3 (эпюра 15), воздействуя на управляющий вход 9 счетчика 6, останавливает счет. Показание счетчика 6, соответствующее количеству импульсов, схематично показанных на эпюре 19. пришедших с выхода умножителя 5 частоты за интервал времени между моментами t и t однозначно определяет количество электрических градусов, ргвное искомому внутреннему углу синхронной машины. Использование изобретения позволяет упростить процесс измерения и регистрации внутреннего угла непосредственно в э.лектрических градусах в цифровом виде во всем диапазоне работы синхронной машины. Формула изобретения Устройство для измерен и регистрации внутреннего угла синхронной машины, содержащее датчик положения ротора, первый и второй преобразователи напряжения, вход первого с соединен с выходом датчика положения ротора, а вход второго является входом устройства, счетчик и элемент задержки, а вход Сброс счетчика является тактовым, отличающееся тем, что, с целью упрощения процесса измерения, в него введен умножитель частоты, при этом выход первого преобразователя соединен с входом элемента задержки, выход которой соединен с входом Старт счетчика, выход второго преобразователя соединен с входом Стоп счетчика и входом умножителя частоты, выход которого соединен с счетным входом счетчика.