Устройство для определения статического момента двигателя

(5 Т ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Одесский политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССРМ. 838446, кл, 6 01 3 3/00, 1981.Авторское свидетельство СССРМ 964347, кл, 0 013/00, 1982,г 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕ СТАТИЧЕСКОГО МОМЕНТА ДВИГАТЕ Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения статического момента асинхронного двигателя в системах адаптивногО управления металлорежущими станками.Известно устройство для измерения момента электродвигателя, в котором содержится усилитель и апериодическое звено, выход которого соединен с первым входом усилителя, на вторые входы усилителя и апериодического звена подключен датчик частоты вращения, а третий вход апериодического звена подсоединен к устройству для измерения активного момента, Недостатком известного устройства является ограниченная область применения, поскольку оно неработоспособно при использовании асинхронного двигателя в качестве привода главного движения в системах адаптивного управления металлорежущими станками.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения статического момента электродвигателя, в котором якорь испытуемого двигателя представлен сумматором и интег(57) Сущность изобретения: устройство содержит 1 датчик частоты вращения (8), 2 сумматора (10, 12), 1 регулятор (13), 1 модель (11) электромеханической части ротора асинхронного двигателя, 1 асинхронный двигатель (2), 1 трансформатор напряжения (1), 1 блок выпрямления (3), 1 датчик частоты сети (4), 2 преобразователя напряжения в частоту(5, 7), 1 блок преобразования разности частот (6), 1 блок вычисления момента (9), 1 - 3 - 5 - 9, 1 - 4 - 6 - 9 - 10 - 11 - 12 - 13, 2 - 8 - 7 - 6 - 9.1 ил,ратором, причем на входы сумматора подключены датчики электромагнитного и статического момента, на первый вход модели якоря, представленный сумматором, подключен датчик тока якоря двигателя постоянного тока, выход сумматора подключен к входу интегратора, выход которого совместно с выходом датчика частоты вращения -й подключен к сумматору, соединенному че- с,( рез регулятор со вторым входом сумматора 0 р модели якоря, Недостатком известного уст ройства является невысокая точность измерений, а также ограниченная область применения, поскольку оно предназначено ф лишь для электродвигателя постоянного то ка и не может быть использовано для измерения статического момента наиболее широко применяющихся в станкостроенииъ приводов главного движения на асинхронных электродвигателях с короткозамкнутым ротором,Цель изобретения - повышение эффективности за счет возможности определения статического момента асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и увеличения точности.Поставленная цель достигается тем, чтов устройство йведены трансформатор напряжения, вторичная обмотка которого подключена к входам блока выпрямления идатчика частоты сети, выход блока выпрямления подключен ко входу преобразователя напряжения в частоту, на второй вход преобразователя напряжения в частоту подключен исрник постоянного напряжения, выход датчика частоты сети подключен к первому "входуустройства преобразования разности частот, второю вход которого соединен с выходом преобразователя напряжения в частоту, связанного с тахогенератором, выход устройства преобразователя разности частот подключен ко входу вычислителя момента, состоящего из двух последовательно включенных интеграторов с ключами сброса, выход преобразователя напряжения в частоту соединен сключами сброса интегратора через блок задержки и с ключом передачи информации, который подключен между выходом второго интегратора и входом устройства выборки- хранения, на выходе которого получаем сигнал,пропорциональный полному моментудвигателя. Существенными отличиямипредлагаемого устройства является введение новых блоков и взаимосвязей,На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства,Устройство содержит трансформатор 1 напряжения, асинхронный двигатель 2, блок выпрямления 3, датчик частоты 4, преобразователь 5 напряжения в частоту ПНЧ, состоящий из нуль-органа 5 - 1 и интегратора 5 - 2, формирователя импульсов 5-3, ключа 5-4 сброса, устройство 6 преобразования разности частот, преобразователя 7 напряжения в частоту ПНЧ, датчикчастоты вращения 8, вычислитель 9 момента, состоящий из двух последовательно включенных интеграторов 9 - 1 и 9 - 2 с ключами 9 - 3 и 9 - 4 сброса, блока 9 - 5 задержкии ключа 9 - 6 передачи информации, устройства 9 - 7 выборки-хранения, второй сумматор 10, модель 11 электромеханическойчасти ротора АД 2, первый сумматор 12, ПИ- регулятор 13. Причем, трансформатор напряжения 1 связан первичной обмоткой состатором асинхронного двигателя 2, вторичная обмотка трансформатора 1 подключена ковходам блока выпрямления 3 и датчика.1:частоты сети 4, выход блока выпрямления 3 подключен ко входу преобразователя 5 напряжения в частоту ПНЧ(к первому входунуль-органа 5 - 1), ко второму входу преобразователя 5 напряжения в частоту (вход интегратора 5 - 2 подключен источник постоянного напряжения Оо, выход интег 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Работа устройства основана на реализации преобразованной формулы момента асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в функции его параметров.Для практических расчетов пользуются упрощенной формулой момента асинхронного двигателя, в основу которой положено допущение, что активное сопротивление обмотки статора асинхронного двигателя 8=0, тогда ратора 5 - 2 подключен ко второму входу нуль-органа 5 - 1, выход последнего соединен через формирователь импульсов 5-3 с ключом 5 - 4 сброса, Выход датчика 4 частоты сети подключен к первому входу устройства 6 преобразования разности частот, а второй его вход подключен к выходу преобразователя 7 напряжения в частоту ПНЧ, питающемуся от тахогенератора 8. Выход устройства 6 преобразования разности частот подключен ко входу вычислителя 9 момента, состоящего из двух последовательно включенных интеграторов 9-1 и 9-2 с ключами 9 - 3 и 9 - 4 сброса. Выход преобразователя 5 напряжения в частоту ПНЧсоединен через блок задержки 9-5 с ключами 9-3 и 9-4 сброса и непосредственно с ключом 9-6 передачи информации, который подключен между выходом второго интегратора 9 - 2 и входом устройства 9 - 7 выборки- хранения, выход которого подключен через второй сумматор 10 ко входу модели 11 электромеханической части ротора асинхронного двигателя,Выход датчика частоты вращения (тахо- генератора) 8 подключен совместно с выходом модели 11 к первому сумматору 12, а выход последнего подключен через ПИ-регулятор 13 совместно с устройством выборки-хранения 9 - 7 ко второму сумматору 10,На фиг.2 показана временная диаграмма работы устройства, на которой;О 1 - синусоидальное напряжение, подводимое к статору асинхронного двигателя;О 1 ср - среднее значение нап ряжения на выходе блока выпрямления;Ог - напряжение на выходе интегратора 5 - 2;Ол - напряжение на выходе нуль-органа5 - 1;Ос, Оос - напряжения, соответствующие частоте сети и частоте обратной связи;О- напряжение, пропорциональное частоте тока ротора двигателя;Ои 1, Оа - напряжения на выходах интеграторов 9 - 1 и 9 - 2 соответственно;Омс - напряжение, пропорциональное статическому моменту двигателя,ние,(3) 50 55 м= (1)- + -Як Ягде М - критический момент двигателя,301 2 йоВ 1+ й + Х 1+Х 2Я, Я - текущее и критическое скольже И/о - угловая скорость,Преобразуя (1)М 2 МкЯЯкЯ 2+ Я 2и полагая Я Я, после пренебрежениячленом второго порядка малости, получимМ =2 Мк - ,ЯН)ЯкЭта линейная часть характеристики является ее рабочей частью, на которой двигательобычно работает в установившемся режиме,Подставляя в (4) значение Мк из (2) ипринимая, что Я 1 = О, получим2 301 Я(5)2 Я.Ви после преобразований момент двигателябудет равенМ = КМО 1 Д И, (6)где Км = 3/В 2 И/ о; Л И/= Ио - И/.устройство, реализующее формулу (6),работает следующим образом, На первыйвход преобразователя 5 (интегратор 5 - 2) напряжения в частоту ПНЧпоступает постоянный сигнал Оо.На выходе интегратора 5 - 2 будет действовать напряжение (фиг.2,а);102 =й = ООТ/Ти 1,Ти 1 оГдЕ Ти 1 = В 1 С 2 - ПОСтаяННая ВРЕМЕНИ ИНтЕГрирования.Обозначив Оо/Ти 1= Оо/Я 1 С 1= К = сопя,получим 02 = КТ,Со вторичной обмотки трансформатора1 напряжения подается синусоидальное напрякение 01 (фиг,2,б) на вход блока выпрямления 3, на выходе которого будетДействовать напРЯжение 01 ср (фиг.2,в)201 ср = р 01Напряжение 02 с выхода интегратора 5-2 и01 ор С ВЫХОда бЛОКа ВЫПряМЛЕНИя 3 ПОСтупают на входы нуль-органа 5 - 1, который вмоменты равенства их нулю формирует импульсы напряжения О, (фиг.2,г) определен 10 15 20 25 30 35 40 45 ной длительности через формирователь импульсов 5 - 3, который соединен с ключом 5 - 4 сброса для его замыкания, На выходе преобразователя 5 формируется напряжение в виде импульса, передний фронт которого совпадает с задним фронтом напряжения Оо. На выходе датчика частоты сети 4,питающегося от вторичной обмотки трансформатора 1 напряжения, формируется сигнал Оо с частотой 1 о (фиг,2 д), поступающий на первый вход устройства 6 преобразования разности частот, На выходе преобразователя 7 напряжения в частоту ПНЧ, питающегося от тахогенератора 8, формируется сигнал Оооо с частотой атос обратной связи (фиг.2,е),поступающий на второй вход устройства 6 преобразования разности частот,Сигнал Ос выхода устройства 6 преобразования разности частот пропорционален частоте тока ротора (фиг,2,ж), поступает на вход вычислителя момента, состоящего из двух соединенных последовательно интеграторов 9 - 1 и 9 - 2.Конечное значение напРЯжениЯ Ои 1 на интервале интегрирования Т (фиг.2,з) равноОи 1 к = - , О у 01 =0 ДГГ/Ти 2,огде Ти 2 = Я 2 С 2 - постоянная времени интегрирования интегратора 9 - 1.СИГНаЛ Ои 1 ПОСтуПаЕт На ВХОД ИНтЕГратора 9 - 2, Конечное значение напряжения на выходе интегратора 9 - 2ТОи 2 к =,/ Ои 1 к от = Ои 1 кТ/ТизТиз=О ДТ /Ти 2 ТиЗ,где Тиз = ВзСз - постоянная времени интегрирования интегратора 9-2,Сигнал Ои 2 с выхода интегратора 9 - 2 поступает через ключ 9 - б передачи информации на вход устройства 9-7 выборки-хранения,Выход преобразователя 5 напряжения в частоту ПНЧсоединен с ключами 9 - 3 и 9 - 4 сброса через блок задержки 9-5 с пере - РТ даточной функцией е , и непосредственно с ключом 9 - 6 передачи информации. Блок задержки 9 - 5 обеспечивает сдвиг во времени работы ключа 9 - 6 передачи информации (т 1 ) и ключей 9 - 3 и 9 - 4 сброса (г), запаздывание на время т) т 1 необходимо длятого, чтобы при замыкании ключа передачи информации 9 - 6 устройство 9 - 7 выборки-хранения точно запомнило переданный с интегратора 9 - 2 сигнал Ои 2 (фиг.2, и).Конечное значение напряжения на входе устройства выборки-хранения будет1789887 Ои 2 к = КиО ЬГТ,ггде Ки = 1/Ти 2 Тиз:О Д = Огс - Оос,ОЛТ = КО 1 ср - период выходных импульсов. Устройство выборки-хранения запоминает и хранит значение сигнала Ои 2 и на выходе формируется сигнал Ом, пропорциональный полному моменту двигателя согласно (6).Выходной сигнал датчика полного момента двигателя Ом поступает совместно с сигналом Омс через второй сумматор 10 на вход модели 11 электромеханической части ротора, в виде напряжения, определяющего динамический момент двигателяОмд = Ом Омс.На выходе модели 11 получаем сигнал Ом, пропорциональный угловой скорости двигателяОам =,Г Омдс)С.оДля определения сигнала Омс, пропорционального статическому моменту, найдем разность сигналовО и, = Ом - Од.Сигнал О , с выхода сумматора 12 поступает на вход ПИ-регулятора 13, имеющего следующую передаточную функциюОвьх Тр + 1Ол у(р) Т 1 Р=тогдаОвых(Р) = О (Р)тр+1т 1 рпосле преобразований Формула изобретения Устройство для определения статического момента двигателя, содержащее датчик частоты вращения, выход которого связан с первым входом первого сумматора, к вторбму входу которого подключен выход модели двигателя, выход первого сумматора соединен через регулятор с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока выборки-хранения, отличающееся тем,что, с целью повышения эффективности за счет возможности определения статического момента асинхронного двигателя с коротко- замкнутым ротором и увеличения точности, в него введены трансформатор напряжения, блок выпрямления, датчик частоты сети, два преобразователя напряжения в частоту, блок преобразования разности частот, блок вычисления момента, состоящий 1ТОвых(Р) = 1 Хо О Ла с)т+ - О Ьа,где Т, Т 1 - постоянные времени.Для приводов, имеющих линейную механическую характеристику, момент будетравенМ(0 = Д - И 1),где р - коэффициент жесткости,10Преобразуя уравнения приводаМ(Ю) - М(И) =,3получимТ, +чч=яоМ.,бЮ 1б 1где Тм - электромеханическая постояннаявремени,В установившемся режиме = 0бЮот тогда20 М. = ф(йо - И,т,е, Мс пропорционален ЫИ,Таким образом сигнал Овых, формируемый на выходе регулятора 13, пропорционален статическому моменту двигателя251ТОвых = Омс = Т,( О Дд С)1 + - О ,щТ 1 о ф Т 1Эффективность данного устройства определяется обеспечением возможности измерения статического моментаасинхронного двигателя и повышением точности измерения в системах адаптивногоуправления металлорежущими станками.Это позволяет рационально нагрузитьметаллорежущий инструмент и повыситьпроизводительность металлообработки. из двух последовательно соединенных интеграторов с ключами сброса, блока задержки, ключа передачи информации и блока выборки-хранения, а также источник постоянного напряжения, при этом вторичная обмотка трансформатора напряжения подключена к входам блока выпрямления и датчика частоты сети, выход блока выпрямления подключен к одному входу первого преобразователя напряжения в частоту, к другому входу которого подключен источник постоянного напряжения, выход датчика частоты сети соединен с первым входом блока преобразования разности частот, второй вход которого соединен с выходом второго преобразователя напряжения в частоту, связанного с датчиком частоты вращения, выход блока преобразования разности частот подключен к входу блока вычисления момента, выход первого преоб10 1789887 оставительА,Кулаковаехред М,Моргентал Корректор Н,Гунько Редактор Т.Иванова аказ 345 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 разователя напряжения в частоту соединен через блок задержки с ключами сброса интеграторов и непосредственно - с ключом передачи информации, который включенмежду выходом второго интегратора и входом блока выборки-хранения,