Устройство для измерения частоты вращения и углового ускорения

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 19) е(11) 4 1)4 19 22 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТА ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 3 ГОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(71)Рижский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институтим. А.Я. Пельше(56) Авторское свидетельство СССРУ 754585, кл. Н 02 К 19/22, 1980.Авторское свидетельство СССР9 84674, кл, Н 02 К 19/22,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ И УГЛОВОГО УСКОРЕНИЯ(57) Изобретение касается конструкципеременно-полюсных индукторных генераторов и может быть использованопри измерении частоты вращения иуглового ускорения ротора. Цельюявляется расширение функциональныхвозможностей путем обеспечения воэможности измерения второго параметравращения. Устройство для измеренияпараметров вращения содержит перемен1254574 но-полюсный индукторный генератор, статор которого состоит из четного числа магнитоиэолированных сердечников 1-8, образующих четыре группы, с катушками 9-24 выходной обмотки и обмотки возбуждения. На каждом нечетном сердечнике размещены катушки 9, 13, 17, 21 обмотки возбуждения, на каждом четном - катушки 12,16, 20, 24 выходной обмотки постоянного тока, соединенные между собойпоследовательно-согласно. Катушкивыходной обмотки переменного токакаждых двух соседних сердечниковсоединены через активные сопротивления, которые могут быть выполненырегулируемыми идентичным образомдруг с другом. Упомянутые два сердечИзобретение относится к электротехнике, а именно к конструкциям переменно-полюсных индукторных генераторов, и может быть использовано в автоматизированном электроприводе при испытании вращающихся электрических машин, в информационно-измерительной технике при измерении частоты вращения и углового ускорения ротора.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности измерения второго параметра вращения.На фиг,1 представлено предлагаемое устройство, поперечный разрез; на фиг.2 - развертка устройства по длине окружности и схема соединения катушек обмотки статора.Устройство для измерения параметров вращения содержит переменно-по.люсный индикаторный генератор, магнитопровод статора которого выполнен в виде магнитоизолированных сердечников 1-8 с размещенными на них катушками 9-24 выходной обмотки и об 1 мотки возбуждения, а магнитопровод ротора 25 с зубцами 26, отделенными от сердечников 1-8 воздушным зазором 27, выполнен в виде пакета щихтованных пластин.Катушки 9-24 могут быть размещены на любом участке магнитопровода ника смещены друг относительно друга по окружности на величину оС=э(1+щ+1/4), а группы сердечниковсмещены друг относительно друга поокружности на величину, превышающуювеличину сс на целое число эубцовыхделений ротора, равное по крайнеймере 2 , где- величина зубцового деления ротора, равная полюсному делению статора, щ - любое целоечисло. Данное устройство позволяетполучать помимо сигнала, пропорционального частоте вращения, угловоеускорение и замедление вращения ротора, что может быть использовано приизмерении переходных электромагнитных моментов двигателей, работающихвхолостую. 1 з,г,. ф-лы, 2 ил,сердечников 1-8. Наиболее оптимальным является их размещение на полюсах (фиг.1 и 2). Полюсное делениесердечников 1-8 выполнено либо равным величине зубцового деления Сротора 25 (фиг.1), либо в целое число раз превьппает ее.Сердечники 1-8 объединены в четыре группы, каждая из которых содержит четное число сердечников, объединенных в пары. Поэтому общее количество сердечников является четнымчислом.На фиг.1 и 2 в качестве примерапредставлено устройство, содержащеевосемь сердечников, а в каждой группе - два сердечника, объединенныев пары соответственно 1 и 2, 3 и 4,5 и 6, 7 и 8. Сердечники каждой пары смещены друг относительно другапо окружности на величину с =С(1+щ+1+-),где Сз - величина зубцовогоделения ротора (фиг.1), щ -1,2,3,целое число. Величина соответствуетсмещению сердечников пары (радиальных осей ой и ой фиг.1) на элект 1рический угол о =25 (1 Фщ+-) числен 4 30/1но равный п(2, Соседние группы сердечников (радиальные оси оо и осфиг,1) смещены друг относительно друга по окружности не менее, чем на4574 55 3 1251величину(3+в+-), превышающуювеличину к на целое число зубцовыхделений. з ротора 25, равное покрайней мере двум. Численно это значение соответствует сдвигу на электрический угол, также равный /2,На каждом нечетном сердечнике1,3,5 иразмещены соответственнокатушки 9,13,17 и 21 обмотки Возбуж дения, соединенные между собой последоваТельно-согласно. Этим достигается одинаковое направление магнитного потока, пронизывающего указанные катушки, каждая иэ которыхвыполнена с одинаковым числом витков И 4. На каждом сердечнике 1-8статора размещены катушки выходнойобмотки переменного тока. При этомкатушки данной обмотки размещенына соседних двух сердечниках обра- Юзующих пары 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6,7 и 8, соединены попарно (10 и 11,14 и 15, 18 и 19, 22 и 23) черезактивные сопротивления 28-31 равнойвеличины г. Каждая из катушек 10, 2514, 18 и 22 выполнена с равным числом витков И , а каждая из катушек11, 15, 19 и 23 - с равным числомВИТКОВ ИэеСопротивления 28-31 предназначе- ЗОны для коррекции тока в цепях попарно соединенных катушек с тем, чтобыобеспечить практически активный характер этого тока в широком диапазоне частот вращения. При известноймаксимальной частоте вращения ротора 25 величина г активных сопротивлений 28-31 должна в десятки раз превышать величину индуктивных сопротивлений этих катушек. Это объясняет ся тем, что,с увеличением частотывращения ротора 25 увеличиваютсяиндуктивные сопротивления катушек.Для дополнительной коррекции токапри работе устройства активные сопротивления 28-31 целесообразно выполнить регулируемыми (на фиг.2показано стрелками). Попарно соединенные катушки 10 и 11, 14 и 15,18 и 19, и 22 и 23 выходной обмоткичерез сопротивления 28-31 включеныв каждой паре идентичным образом,т.е. либо только согласно, либотолько встречно,Кроме того, на каждом четном сердечнике 2,4,6,8 размещены катушки 12,16,20 и 24 выходной обмотки постоянного тока, соединенные междусобой последовательно-согласно. Приэтом каждая из этих катушек выполнена с числОм ВиткОВ И 4Для получения закона распределения магнитной проводимости в воздушном зазоре 27, близкого к синусоидальному, необходимо, чтобы отношение ширины зубца вэ ротора 25 к величине его зубцового деления С было в пределах 0,325-0,350 либо в пределах 0,4-0,450 при равенстве ширины и зубцов ротора 25 и полюсовсердечников 1-8 статора.Предлагаемое устройство работаетследующим образом.При вращении ротора 25, например,в направлении, показанном на фиг.1стрелкой, в воздушном зазоре 27 магнитная проводимость на пути магнитного потока через сердечники 1-8 вовремени С будет изменяться с угловой частотой у соответственно нижеприведенным выражениям, в которыхиндексом с цифрами 1-8 обозначеныпорядковые номера соответствующихюГсердечников;(С р Со +С ОВ Ы= С И) = С. +С" 1.Ы4С С соэ Са 1С- С И) - С, -С,э;,где С и С - соответственно постоянная составляющая и амплитуда первой гармоники магнитной проводимости на пути магнитного потока через каждый сердечник.При питании постоянным током обмотки возбуждения с катушками 9,13, 17 и 21 нечетные сердечники 1,3,5,7 пронизываются пульсирующим во времени магнитным потоком соответственно: Я Р, ,СОВ Ы,РИ,) = Рр + У 51 0 (д 1, р, =Р,-щсобИ;1 Р 7(о 1 т з фр ргде У, и Р - соответственно постоянная составляющая и амплитуда гар" моники магнитного потока через каждый сердечник 1,3,5,7.При постоянной величине тока воэ. буждения в катушках 9, 13,17 и 21 значения Р, и Р = сопй .В соответствии с изменением этих потоков в катушках 10, 14,18 и 22переменного тока будут наводитьсясоответствующие ЭДС. дР (г) е (С) =М =И Ф и 51 п и 1 10 2 1 г 2 Ф )(с) =г+г, г+гщ30щэ э еэ И)ф,со 51 л уг,9 г +г, г +гэ э ест (г.) и Рв со со 5 Я(г)2 Э Г +Г,Г +Гэ фэ где г - активное сопротивлениеэкаждой из катушек 11,15, 19 и 23. 0Переменные ЭДС возбуждения, создаваемые приведенными токами, катушек 11,15,.19 и 23 изменяются во времени по следующим законам соответственно: 45н (-) - 1 Эдр (Г) = О 5 слУГ;Р(г) = И,дИ) =- 1 согорг) Г 19 (с) = Ы,д(г) =- 1 цл 1,ог; Р (г) = ъ 7 д (г) = 1 ысо 5 ог,50 й 2 И Фгде к = ----- = сопя. г +гцэ Каждая из этих мдс с учетом пульсации во времени магнитных пррводиКаждая из этих ЭДС является ис 15 точником питания катушек соответственно 11,15,19 и 23 переменного тока. Поскольку величина активного сопротивления в цепи каждой из указанных катушек в десятки раз превышает зна 20 чения индуктивных сопротивлений этих катушек, то ток в каждой из них по Фазе практически совпадает с ЭДС питающей соответствующую катушку, и определяется соответственно: мостей С 2(1)э С 4(Г), Ся(С)э Ся(Г) создает соответствующий магнитный поток через каждый четный сердечник 2,4,6 и 8,изменяющийся в каждом из них по следующему закону: Я (И)62=Ко 5 поэ 1(Со бо)5 иос) == КЯ ( псо 5 ЯКо Ссо 5 Яд. В соответствии с изменением прйведенных потоков в катушках 12, 16,20 и 24 наводятся соответствующие этим потокам ЭДС:И,(с),е И) -М ---2 4 1 )е (е) : -ы с 4(")б( ) сааб,(Е)ЙСей(Ря(Е)24 4 ДГПри последовательно-согласномвключении катушек 12,16,20 и 24 результирующая ЭДС в выходной обмоткепостоянного тока, образованной этимикатушками, будет равна сумме ЭДС,наведенных в каждой из них:= сопя. фэИз полученного выражения следует,что при постоянной частоте вращения,а следовательно, при постоянной угловой частоте результирующая ЭДС, наведенная в выходной обмотке постоянного тока, будет равна нулю. При изменении частоты вращения во времени,Рт.е. при вращении ротора с ускорением или замедлением, величина результирующей ЭДС в выходной обмоткепостоянного тока будет прямо пропор-,1254574 ВНИИПИ Заказ 4728/57 Тираж 631, Подписное Произв-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 циональна угловому ускорению или замедлению ротора 25. Кроме того, по величине напряжения и частоте его в катушках переменного тока 10, 14, 18 и 22 можно однозначно количественно судить о частоте вращения ротора 25.Предлагаемое устройство помимо получения сигнала, пропорционального частоте вращения, позволяет измерять угловое ускорение и замедление вращающегося ротора. Это свидетельствует о расширенных функциональных возможностях устройства, что позволяет испольэовать его при измерении переходных электромагнитных моментов двигателей, работающих вхолостую, так как в этом случае величина переходного электромагнитного момента пропорциональна ускорению. Формула изобретения1. Устройство для измерения частоты вращения и углового ускорения, содержащее переменно-полюсный индукторный генератор с безобмоточным ротором и статором, магнитопровод которого выполнен в виде магнитоиэолированных сердечников с полюсным делением, кратным зубцовому делению ротора, на которых размещены катушки обмотки возбуждения и выходной обмот ки переменного тока, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей,устройство снабжено выходной обмоткой постоянного тока, число сердечников магнитопровода статора выпол 5 нено четным, на каждом нечетном изкоторых размещены катушки обмоткивозбуждения, соединенные между собойпоследовательно-согласно, а на каждомчетном - катушки выходной обмоткипостоянного тока, соединенные междусобой последовательно-согласно, сердечники магнитопровода статора образуют по окружности четыре группы,на каждом сердечнике размещены катуш 15 ки выходной обмотки переменного тока,причем катушки данной обмотки, размещенные на двух соседних сердечниках, соединены через активные сопротивления одна с другой идентичным20 образом, при этом два соседних сер"дечника смещены один относительнодругого по окружности на величинум=(1+ш+/), а соседние группы сердечников смещены один относительнодругого по окружности на величину,превышающую величину К на целоечисло зубцовых делений ротора, равное по крайней мере 2 ,где йвеличина зубцового деления ротора,30 ш - любое целое число,2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е. е с я тем, что активныесопротивления выполнены регулируемыми.