Устройство для измерения вращающего момента асинхронного электродвигателя

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 11 о 750298(22) Заявлено 13.09,77 (21) 2528797/24-07 с присоединением заявки Йо Государствеииый комитет СССР по делам изобретений и открытий(53) УДК 621. 313, ,333(088,8) Дата опубликования описания 230780(71) Заявитель Московский ордена Трудового Красного Знамени текстильный институт(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯИзобретение относится к электроизмерительной технике и может бытьиспользовано в системах регулируемого асинхронного электропривода дляизмерения вращающего момента на валуэлектродвигателя косвенным методом.Косвенное приближенное измерениемомента в асинхронных электродвигателях (АД) может быть произведено 10путем измерения потока и тока статора (особенно если нет возможностиизмерить ток ротора, как напримерв АД с короткозамкнутым ротором).. Измерение потока осуществляется изме рительнайи элементами, в качествекоторых используются датчики Холла .или измерительные катушки, укрепленные на внутренней поверхности статора 11) .2 ОНедостатками этих устройств, является то, что размещение измерительных элементов в статоре сложно в,связи с необходимостью разборки машины, что не всегда возможно по усло виям эксплуатации и снижает надежность устройств.Известно устройство для измерениявращающего момента асинхронного,электродвигателя, основанное на ре. ализации зависимости момента от скорости и тока ротора. Момент представляется в виде произведения двух сомножителей, один из которых пропорционален скорости, а другой - напряжению или току ротора 21 .Недостатком устройства являетсято, что оно может использоватьсятолько для асинхронных электродвигателей с контактными кольцами,Известно устройство для измерения вращающего момента асинхронногодвигателя, содержащее датчик электромагнитной мощности, вход которогосвязан с обмоткой статора электродвигателя через трансформатор тока,датчик скольжения, соединенный с датчиком электромагнитной мощности 31 .Данное устройство является наибопее близким по технической сущностик предлагаемому техническому решению,Недостатком устройства являетсято, что оно может применяться тольков случае постоянной частоты и величины питающего двигатель напряженияи при относительно высоких частотахпоследнего.Это связано с тем, что каскадныйпотенциометр не может моделироватьпотери в стали при переменных параметрах питающего двигатель напряжения в широком диапазоне их изменения с достаточной точностью, так какон настраивается для конкретного двигателя при определенных значенияхэтих параметров.Кроме того, напряжение квадратораимеет пульсирующую Форму, так чтопри низких частотах питающего напряжения невозможно фиксировать сигнал на выходе устройства с помощьюмилливольтметра,Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей устройства.Для этого датчик мощности выполнен в виде последовательно соединенных первого резистора и первогодросселя, подключенных к одному извыходов трансформатора тока, второго дросселя с подмагничивающей обмоткой, подключенного ко второму выходутрансформатора тока и к обмоткепервого дросселя, третьего дросселя с обмоткой подмагничивания,подключенного к общей точке первогои второго дросселей и к одному иевыводов блока выпрямления, второйвывод которого подсоединен ко второму выходу трансформатора тока, выходблока выпрямления подключен к цепи,составленной из транзистора и второго резистора, включенного в егоэмиттерно-коллекторную цепь, а выходдатчика скольжения подключен к базетранзистора.На чертеже представлена принципиальная схема устройства для измерения вращающего момента асинхронногоэлектродвигателя.Устройство содержит трансформатортока 1, имеющий три обмотки, одна из 40которых входная, а две другие - выходные, первый резистор 2, моделирующий активное сопротивление обмоткистатора асинхронного электродвигателя,первый дроссель З,моделирующий индуктивность рассеяния обмотки статора и имеющий одну основную обмотку,второй дроссель 4, моделирующий индуктивность рассеяния обмотки ротора иимеющий две обмотки, одна из которыхосновная, а другая - обмотка подмагничивания, третий дроссель 5, моделирлощий индуктивность, соответствующуюпотоку взаимоиндукции машины и имеющнй также одну основную обмотку иоану обмотку подмагниЧивания, б и 7 - 5соответственно первый и второй выпрямители, 8 - резистор, моделирующиймеханические и аэродинамические потери двигателя, 9 и 10 - резисторы,входящие в цепочку, моделирующую эк- фОвивалентное активное сопротивлениеобмотки ротора электродвигателя, 11 -транзистор, 12 - электронный импульсный датчик скольжения, 13 - импульсный электронный усилитель,14 - элект у 5 ронный преобразователь кодового напряжения в аналоговое,15 - модель эквивалентного активного сопротивленияобмотки ротбра двигателя,Первый резистор 2, дроссели 3, 4и 5 вместе с 15 представляют собоймодель Т-образной схемы замещенияасинхронного электродвигателя. Изменяющееся в Функции скольжения эквивалентное активное сопротивлениеобмотки ротора моделировано переменным сопротивлением 15, которое представляет собой двухполупериодный выпрямитель, нагруженный на резистор,параллельно.с которым включен транзистор. Резистор 8 введен в схемупеременного резистора 15 для моделирования реального режима холостого хода асинхронного электродвигателя (для учета механических и аэродинамических потерь). Это обусловлено тем, что входная характеристикатранзистора 11 на начальном участкеимеет зону нечувствительности и прималых входных сигналах, соответствующих режиму холостого хода двигателя,транзистор 11 заперт. Сопротивлениерезистора 8 выбирается достаточнобольшим по сравнению с суммарным сопротивлением резисторов 9 и 10, такчто с достаточной степенью точностиможно считать, что переменное сопротивление 15 обратно пропорциональноскольжению. Параметры схемы соответствуют (равны или пропорциональны)параметрам асинхронного электродвигателя. При этом устройство предполагает известность всех сопротивлений схемы замещения. Соотношениемежду величинами сопротивлений устройства и схемы замещения двигателяопределяется мощностью последнего.Потери в стали статора двигателямоделируются активным сопротивлением дросселя 5. Дополнительные обмотки подмагничивания дросселей позволяют иммитировать,насыщение участков магнитопровода АД. Источникомпитания схемы служит трансформатортока 1, входная обмотка котороговключена в Фазу обмотки статора.Обмотка подмагничивания дросселя 5подключается к фазному напряжениюдвигателяРаботает устройство следующимобразом.Сигнал с датчика скольжения 12,предварительно усиленный в усилителе 13 и преобразованный в электронном преобразователе 14 в аналоговоенапряжение, поступает в базу транзистора 11, изменяя эквивалентное сопротивление 15 в цепи модели в обратномотношении к скольжению. Потери впеременном сопротивлении 15 пропорциональны моменту двигателя. Моментна валу асинхронного двигателя прямопропорционален мощности потерь в роторе Ь Р и обратной пропорционаленФормула изобретения селя с обмоткой подмагничивания, подразности угловых скоростей поля и ротора (Ыо-ы ). Сигнал, пропорциональный (у -са ) получается на выходе датчика скольжения 12. Сигнал,пропорциональный мощности ь Р может быть снят любым измерителем активной мощности, , 5 включенным на вход переменного сопротивления 15. Изменение насыщения зубцов ротора при увеличении тока ротора моделируется подмагничиванием дросселя 4 выпрямленным через выпрямитель 7 током от второй выходной обмотки трансформатора тока, Насыщение магнитного пути основного потока моделируется подмагничиванием дросселя 5 пропорционально фазному напряжению двигателя.Расширение функциональных возможностей предлагаемого устройства по сравнению с прототипом обусловлено тем, что оно выполнено в виде модели схемы замещения асинхронного электро- о двигателя, что позволяет достаточно точно отразить физическую сущность двигателя и смоделировать реальные процессы, происходящие в нем. Расширение функциональных возможностей выражается в том, что предлагаемое устройство позволяет в отличие от прототипа измерять момент на валу двигателя при изменении частоты и величины питающего напряжения, а также ЗО при изменении скольжения без дополнительной перенастройки, При этом диапазон изменения указанных параметров практически не ограничен,в то время как рабочий диапазон прототипа 35 ограничивается областью сравнительно высоких частот. Применение устройства позволяет с достаточной достоверностью отразить процессы, происходящие в двигателе при питании его несинусоидальным напряжением (например, фиксировать их с помощью осциллографирования), что невозможно в прототипеУкаэанные преимущества позволяют 4 использовать предлагаемое устройство не только в качестве измерителямомента в статических режимах, но и в качестве датчика момента в системах автоматического управления частотно-регулируемым асинхронным электроприводом. Устройство для измерения вращающего момента асинхронного электродвигателя, содержащее датчик электромагнитной мощности, вход которого связан с обмоткой статора электродвигателя через трансформатор тока, датчик скольжения, соединенный с датчиком электромагнитной мощности, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения-функциональных возможностей устройства, дачтик мощности выполнен в виде последовательно соединенных первого резйстора и первого дросселя, подключенных к одному из выходов трансформатора тока, второго дросселя с подмагничивающей обмоткой, подключенного ко второму выходу трансформатора тока и к обмотке первого дросселя, третьего дросключенного к общей точке первого и .второго дросселей и к одному из выводов блока выпрямления, второй выводкоторого подсоединен ко второму выходу трансформатора тока, выход блокавыпрямления подключен к цепи, состаленной из транзистора и второго резистора, включенного в его эмиттерноколлекторную цепь, а выход датчикаскольжения подключен к базе транзистора. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Дацковский Л.Х., Тарасенко Л.М.и др. "Синтез систем подчиненногорегулирования в асинхронных электроприводах с непосредственными преобразователями частоты", "Электричество", Р 9, 1975.2. Патент ФРГ Р 960321,кл. 42 К 7/05, 1957.3 Патент ПНР Р 74189,кл. 42 К 1/01, 1975,750298 Составитель В.Никанороведактор В.Голышкина Техред М.Петко Коррекор М.Кос ка лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,21/32 Тираж 1019ЦНИИПИ Государственного компо делам изобретений и о 113035, Москва, ж, Раушская Подписнотета СССРкрытийнаб., д. 4/5