Устройство для измерения и регистрации внутреннего угла синхронной машины

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(5)М, Кл,(22)Заявлено 12,12,80 (21) 3215207/18-21 С 01 В 25/00 с присоединением заявки Рй Гооударстееииый комитет(23)Приоритет оо делам изобретений и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ ВНУТРЕННЕГО УГЛА СИНХРОННОЙ МАШИНЫ 1- Изоб рете ние относит ся 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 синхронныхмашин, содержащее датчик положенияротора, два преобразователя, один изкоторых преобразует сигналы датчикаположения ротора, а другой - напряжение на зажимах синхронной машиныв последовательности импульсов,триггер, генератор пилообразногонапряжения, ключ с конденсатором памяти и регистрирующий прибор (усилитель со стрелочным измерительнымприбором).Сигнал о положении ротора поступает от фототранзистора, который реа.гирует на чередование черных и белыхотрезков равной ширины, нанесенныхна вал машины и освещаемых пучком 2света. Общее число отрезков по длинеокружности вала двигателя равно числуполюсов.Измерение внутреннего угла синхронной машины основано на измеренииз разности фаз между сигналами от фототранзистора и напряжения питания синхронной машины. Разность фаз преобразуется в аналоговый сигнал, значениекоторого пропорционально продолжительности времени между сигналами,полученными от датчика положения ротора и напряжения на зажимах синхронной машины 1 1),Недостатками этого устройства являются низкая точность и сложностьиспользования при регулируемой частоте вращения синхронной машины, таккак показания стрелочного приборагоопределяются интервалом времени между импульсами поступающими от дат- чика положения ротора и с зажимовмашины; при изменении частоты вращения и неизменном внутреннем угле945822 4 3стрепочный прибор дает различныепоказания.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности является устройство для измерения и регистрациивнутреннего угла синхронной машины,содержащее датчик положения ротора,два преобразователя, элемент задержки, два счетчика и генератор 2 ).Недостатком известного устройстваявляется сложность процесса измерения, обусловленная необходимостьюпроизводить вычисления параметров попоказаниям счетчиков.Цель изобретения - упрощение процесса измерения,Цель достигается тем, что в устройство для измерения и регистрациивнутреннего угла синхронной машины,содержащее датчик положения ротора,первый и второй преобразователи напряжения, вход первого соединен свыходом датчика положения ротора, авход второго является входом устройства, счетчик и элемент задержки,а вход "Сброс" счетчика являетсятактовым, введен умножитель частоты,при этом выход первого преобразователя соединен с входом элемента задержки, выход которого соединен свходом "Старт" счетцика, выход второго преобразователя соединен с входом "Стоп" счетчика и входом умножителя частоты; выход которого соединен с счетным входом счетчика.На Фиг, 1 изображена структурнаясхема предлагаемого устройства," наФиг, 2 - схема Фотоэлектрическогодатцика; на Фиг. 3 - структурнаясхема умножителя на 360; на Фиг.эпюры импульсов,Устройство содержит фотоэлектрический датчик 1, преобразователи 2и 3 напряжения в импульсы прямоугольной формы, элемент 4 задержки импульсов, умножитель 5 частоты на 360,регистрирующий прибор - цифровойсчетчик 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, источник13 света и Фотоэлемент (фотодиод) 14.Умножитель частоты с коэффициентомумножения (Фиг, 3) содержит пятнадцать удвоителей частоты и один дели 5 15 го г 5 й З 5 4 е 45 50 55 тель Д на 91, соединенных последовательно в любой комбинации.Эпюры на фиг. 4 изображают последовательность 15 прямоугольных импуль.сов на выходе преобразователя 3, последовательность 16 импульсов на выходе умножителя 5, последовательность17 импульсов на выходе элемента 4 задержки импульсов; одиночный тактовый импульс ТИ 18 и схематично показанное количество 19 импульсов, поступившее в счетчик 5.В качестве датчика положения ротора может быть применен любой бесконтактный датчик, вырабатывающий одинимпульс 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 илипри изменении знака входного напряжения. В основе их может быть применен, например, усилитель-ограничительс большим коэффициентом усиления илитриггер Шмитта.Элемент 4 задержки импульсов может быть выполнен на ждущем мультивибраторе с регулируемой длительностью выходных прямоугольных импульсов. Задний фронт прямоугольныхимпульсов ждущего мультивибратораформирует выходные импульсы элемента 4 задержки импульсов.Умножитель 5 частоты позволяетполучить в течение каждого периодапитающего напряжения О строго определенное количество импульсов й, Этиимпульсы геометрически равномернораспределены вдоль всего периода.Если, например, период увеличится(или уменьшится), пропорциональноэтому изменению увеличатся (илиуменьшатся) расстояния между этимиимпульсами, причем количество их будет оставаться строго постоянным иравным й.Количество элементов умножятеляопределяется из соотношения2 и= й,(1)кгде. и - количество удвоителей частоты;к - коэффициент деления делителячастоты, причем и и к должны быть целые числа,Для определения внутреннего угласинхронной машины число й представ5 94лено равным 360. Это позволяет полу"цать результаты в. электрических градусах. В соответствии с условием (1)п=15 к=91В качестве цифрового счетчика 6может быть использован электронныйцифровой счетчик, имеющий управляющие входы "Старт", нСтоп", "Сброс",например промышленного изготовлениятипа ф 5031 и Ф 5080.Устройство работает следующим образом.Световой поток от источника 13света (фиг. 2) после прохождениячерез отверстие (или прорезь) 12во врацающемся диске 11 попадает нафотодиод 11, подключенный к входупреобразователя 2. К выходу преобразователя 2 подключен элемент ч задержки импульсов, на выходе которойвырабатывается последовательность импульсов, показанная на эпюре 17.Напряжение 0 с зажимов синхронной машины поступает на вход преобразователя 3, на выходе которого формируется последовательность прямоугольных импульсов той же частоты,показанная на эпюре 15.Измерению предшествует операцияустановки нулевого значения внутреннего угла синхронной машины при ееработе на холостом ходу в генераторном режиме.Регулировкой элемента 4 задержкидобиваются совмещения импульсов наее выходе (эпюра 17) с положительными пеоепадами прямоугольного напряжения (эпс;а 15) на выходе преобразователя 3 (если, например,счетчик 6 реагирует на положительныеперепады напряжения на его управляющем входе 9). В этом случае на входы7 и 9 управляющие импульсы приходятодновременно и счетчик 6 показываетнули. 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 нагрузки возникает сдвиг фаз между ЭДС и напряжением, что вызывает у ранее совмещенных импульсов временной сдвиг Предположим, что этому будет соответствовать положение импульсов из 5822 6последовательностей на эпюрах 15 и17 в моменты времени В и й (фиг,1)Измерение начинается с приходомтактового импульса ТИ, например, вмомент йо (эпюра 18) на управляющийвход 1 О "Сброс", при этом счетчик 6переводится в ждущий режим. В моментт. импульс с выхода схемы задержки(эпюра 17) поступает на управляющий 10 вход 7 после чего счетчик 6 начинается заполняться импульсами (эпю а16) с выхода умножителя 5 частоты,В момент йочередной по времени положительный перепад импульса с вы хода преобразователя 3 (эпюра 15)воздействуя на управляющий вход 9счетчика 6, останавливает счет,Показание счетчика 6, соответствующее количеству импульсов, схематично показанных на эпюре 19, пришедших с выхода умножителя 5 частотыза интервал времени между моментамии й. однозначно определяет коли 425 чество электрических градусов, равное искомому внутреннему углу синхронной машины. Использование изобретения позволяет упростить процесс измерения и регистрации внутреннего угла непосредственно в электрических градусах в цифровом виде во всем диапазоне работы синхронной машины.35Формула изобретения Устройство для измереньи и реги 40 страции внутреннего угла синхронной машины, содержащее датчик положения ротора, первый и второй преобразователи напряжения, вход первого ссоединен с выходом датчика положения45 ротора, а вход второго является входом устройства, счетчик и элемент задержки, а вход Сброс " счетчика является тактовым, о т л и ч а ю щ е -е с я тем, что, с целью упрощения процесса измерения, в него введен умножитель частоты, при этомвыход первого преобразователя соединен с входом элемента задержки,выход которой соединен с входом55"Старт" счетчика выход второгоУпреобразователя соединен с входом"Стоп" счетчика и входом умножителя частоты; выход которого соединенс счетным входом счетчика,7 Г Д 0 11 Д 1 Ч Составитель С. МорозоТехред 3, Палий Бил рек аца акт одписное Заказ 5325/ 6 Тираж 717 ВНИИПИ Государственного комитета СС по делам изобретений и открытий 113035, Москва, %-35, Раущская наб,ПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 лиа Источники информации принятые во внимание при экспертизе 1. Лифанов В,А. и Шемякин В.ф. Устройство для экспериментального исследования синхронных мащин. -"Электротехника", 1965, Ю 3, с, 42- 2, Авторское свидетельство СССРпо заявке У 1 2940632, кл, С 01 й 25/00,5 12,06,80.