Устройство для определения и контроля постоянных времени

О П И С А Н И Е 289396ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сбаз Соеетакил Социалиотичеокил РеспубликЗависимое от авт. свидетельстваЗаявлено 17.Ч 11.1969 ( 1350282/18-24)с присоединением заявкиПриоритет Комитет по делам изобретений и открытий ори Совете Миниотрое СССРОпубликовано 08,Х 11,1970, Бюллетень1за 1971 Дата опубликования описания 2.11.1971 Авторыизобретения В. В. Злакоманов, Е. Н. Любин и Б, С, Яковлев Заявитель Челябинский политехнический институт УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ПОСТОЯННЫХ ВРЕМЕНИт (Р)пр:1+ рт, + р-т где25 Изобретение относится к технике экспериментального определения и контроля динамических параметров электромеханпческих элементов систеи автоматического управления и регулирования (электродвигателей постоянного тока, электромашинных преобразователей, генераторов и т. д,).Известно устройство для определения и контроля динамических свойсгв промышленных объектов, содержащее управляемый источник питания обмотки возбуждения двигателя преобразователя, блок преобразования выходной частоты преобразователя в электрический сшнал, усилитель, релейный элемент и измерительные блоки.11 редлагаемое устройство отличается тем, что в нем в выходную цепь управляемого источника питания включены последовательно соединенные диоды, шунтнрованные ключом, управляющий Вход когорого связан с выходом релейного элемента, а между усилителем и релейным элементом установлен интегратор и через ключ между интегратором и релейным элементом подключено форсирующее звено.Такое выполнение устройства позволяет получать постоянные времени (коэффпцпенты передаточной функции) объектов, описываемых дифференциальными уравнениями второго порядка (например, электромашиппых преобразователей частоты, двигателей постоянного тока), по результатам измерений с использованием аналитических выражений плп номограммы.В устройстве используется симметричный 5 автоколебательный режим работы нелинейнойсистемы с идеальным релейным элемсппом.При выполнении симметричности режима явтоколебанпй динамические парямегры преобразователя просто выряжаются через парямет ры автоколебянпй нелпейной спсгсмы (амплитуду и время определенного числя колеояний).Динамика электромашипного преобразователя, состоящего пз двигателя постоянного то ка и генератора переменного тока, выполненных на одном валу, с достаточной для практических целей точнопью описывается дпффс.ренцпяльньм уравнением вгорого порядка.11 ередаточная функция преобразователя прп 20 таком описании имеет вид: Кр - статический коэффициент усиления преобразователя;Т, и Т., - постоянные времени преобразователя:р - оператор дифференцирования.Расчет параметров автоколебанпй методом 30 гармонической лпнсарпзацпи даст слсдующп(б) 50 55 60 65 1; 1 2 2Т,= - = Тф Тф 4 пги аналитические зависимости частоты и амплитуды автоколебаннй от динамических парамегров преобразователя:(1)Л - , (2)4 ЛбгвКпККгКзТгигде ог - частота автоколебаний с:стемы безфорсирующего звена;А, - амплитуда автоколебаний системына входе релейного элемента безфорсирующего звена; Л l в - а мплитуда прямоугольных и и пульсов в обмотке возбуждения;К, - статический коэффициент передачичастотного датчика;Кг - коэффициент усиления предварительного усиштеля;Кз - статический коэффициент усиленияинтегрирующего звена.При включенном в систему форсиру ющем звене частота автоколебаний определяется выражением где Тф - постоянная времени форсирующего звена.Совместное решение уравнений (1), (2) и (3) дает аналитические выражения для динамических параметров преобразователя в зависимости от времени (гг - 12) определенного числа периодов и амплитуды автоколебаний2 22(4) где и - число периодов автоколебаний, отсчитываемое измерителем времени определенного числа колебаний (и=- сопз(при всех измерениях).Численные значения Т, и Тг могут быть также получены графическим методом. Если по 1строить кривую 7= й, то, откладывая по4 пглгоси абсцисс 1 ь по оси ординат сразу получаем1значение Т 2= 1 г; откладывая по оси абс 4 пглгцисс 1 г и 12 и на."(одя с помощью кривой 7=- - 22 2Р разность У= , получаем зна 4-,гиг 42 ггггчение Т,: 5 10 15 20 25 30 На фиг, 1 приведена номограмма для определения постоянных времени Т, и Т,; на фиг. 2 - схема устройства.Устройство содержит блок преобразования 1, предназначенный для преобразования отклонения частоты генератора переменного тока преобразователя 2 от частоты настройки в сиигал постоянного тока; предварительный усилитель 3, выполненный на операционном усилителе; интегратор 4, выполненный на операционном усилителе; причем для получении рорсирующего звена параллельно входному сопротивлению операционного усилителя включена емкость Сф, подключаемая при измере нпях с помощью переключателя ЙЗ, Идеаль ный релейный элемент б выполнен по тпповои схеме на операционном усилителе, причем для ликвидации динамической петли гистерезиса применены уменьшенные относительно номинальных значений сопротивление Рв, включаемое на входе операционного усилителя, и сопротивления делителя опорного напряжения 7( включаемые в обратную связь операционного усилителя. Кроме того, в обратной связи операционного усилителя применены диоды Д, Д 2 с большой крутизной вольт-амперной характеристики. Транзисторный ключ б, включенный параллельно диодной цепочке Дз - Л 7, вместе с диодной цепочкой предназначен для создания прямоугольных импульсов в обмотке возбуждения двигателя преобразователя. Он выполнен по схеме составного транзистора и состоит из маломощного входного транзистора Т, и мощного выходного транзистора Т Длявыведения преобразователя в рабочую точку, а также для обеспечения симметричности режима автоколебаний применен транзисторный управляемый стабилизированный источник питания 7. Стабилизация напряжения питанияобмотки возбуждения нужна для предотвращения влияния колебаний сети на результаты измерений.,Для контроля симметричности режима авто- колебаний могут быть применены различные устройства, Известно, что если на выходе релейного элемента отсутствует постоянная составляющая, то колебания в системе симметричны, а скважность импульсов на выходе релейного элемента равна 0,5. В соответствии с этим, могут применяться устроиства, измерякнцие постоянную составляющую, на входе или на выходе релейного элемента, или устройство, измеряющее скважность импульсов на выходе релейного элемента. В предлагаемом устройстве применен блок 8, измеряющий постоянную составляющую на входе релейного элемента.Блоки, измеряющие постоянную составляющую, могут быть выполнены по различнымсхемам, например на диодно-емкостных цепочках, включенных по мостовой схеме, гдедиоды в соответствующих плечах включены встречно. Сигналы, снимаемые со второй диагонали моста, подаются на соответствующий вход суммирующего усилителя, и их разность, равная постоянной составляющей на входе релейного элемента, подается с усилитечя на стрелочный прибор 9, Измерители амплитуды явтоколебаний 10 также могут быть вынолнены по различным схемам, например по типовой схеме двойного пикового вольтметра ня операционном усилителе. Так как измеритель амплитуды и измеритель постоянной составляющей могут работать поочередно, то для сокращения числа операционных усилитечеи опп могут быть выполнены на одном операционном усилителе. Коммутация измерителей производится с помощью схемы управления прибором, Для измерения времени определенногс числа колебаний может быть применен электромеханический измеритель, выполненный иа базе шагового двигателя 11 и электромеханического секундомера 12. Для повышения точности измерений времени применено сиихронизирующее устройство 13, выполненное пя базе электро- механических реле и управляемое схемой управления прибора. Перекл.очатели П 1 и П 2 могут быть сделаны нд электромеханических реле. Переключатель П 1 управляется с помо. щью кнопок Пуск и Останов, д переключатель П 2 - с помощью кнопок Измерение и Сброс,При контроле и определении динамических параметров различных типов электромашинных преобразователей, ток обмотки возбуждения двигателя преобразователя меняется в существенном диапазоне. Амплитуда импульсов в обмотке возбуждения двигателя определяется из выражения ЬУде ЛУек1 Уо. в:2где ЛУо,в - амплитуда импульсов в обмоткевозбуждения двигателя преобразователя;Лг,гл. - - суммарное падение напряженияна диодной цепочке при определенном токе обмотки возбуждения;ЛУ падение напряжения на транзисторе в открытом состоянии при насыщении и том же токе обмотки возбуждения.При изменении тока обмотки возбуждения двигателя диодная цепочка Д, - Д, работает на различных участках вольт-амперной характеристики, при этом изменяется амплитуда импульсов, причем прп работе с малыми токами это изменение существенно, Для стабилизации амплитуды импульсов рабочая точка диодной цепочки Д - Д; с помощью вспомогательного источника питания выводится на линейный участок вольт-амперной характеристики. Кроме того, за счет подбора величины настройки релейного элемента 5 - ЛУр,в и величины сопротивления в цепи базы транзистора Т, выбирается такой ток базы транзистора Т что вольт-амперная характеристика эмиттер-коллектор транзистора Т, получается подобной вольт-амперной характеристике диод. 1 О 15 2 О 25 зо 35 1 О 45 5 О 55 60 б 5 ной цепочки. При этих условиях величина амплитуды прямоугольных импульсов в обмотке возбуждения осоянна и не зависит от величины тока обмотки возбуждения,Система работает следующим образом.После включения источника питания операционных усилителей и их прогрева поочередно включается источник питания обмотки возбуждения двигателя преобразователя и источник питания якорной цепи двигателя, устанавливается необходимое напряжение цепи якоря, и с помощью регулируемого источника питания 7 преобразователь выводится в заданную рабочую точку, при этом переключатель П 1 находится в положении 1, а диоды Дэ, Д., диодной цепочки зашунтированы соответствующими контактами переключателя П 1. Сигнал с выхода предварительного усилителя 3 подается на стрелочный прибор 9 и при нулевом его показании преобразователь выведен в рабочую точку. Напряжение, поступающее ид обмотку возбуждения двигателя преобразователя 1, при этом приближешго раьно номинальному напряжению в данной рабочей точке, При нажатии кнопки Пуск;переключатель П переходит в положение П, переключатель П 2 ставится в положение 1, подключая на вход релейного элемента блок 8, С помощью регулируемого источникд питания 7 обмотки возбуждения и блока 8 система выводится в симметричный автоколебательный режим (при нулевом показании стрелочного прибора авто- колебания в системе симметричны). Среднее значение напряжения, поступающего на обмотку возбуждения двигателя преобразователясг -г- уО.вво О.евво.еср2 равно номинальному напряженшо в данной рабочеи точке. В системе устанавливаются симметричные устойчивые явтоколебания, частота и амплитуда которых определяются ее динамическими свойствами.При нажатии кнопки Измерение переключатель П 1 находится в положении П, переключатель П 2 переводится в положение П, подключая ко входу релейного элемента измеритель амплитуды автоколебаний 10 и подключая к выходу релейного элемента измеритель и периодов автоколебдний (11, 12, 13) . По стрелочиому прибору определяется численное значение амплитуды автоколебаний А а по секундомеру 12 - время и периодов автоколебаний 1,. При нажатии кнопки Сброс измерители параметров автоколебанпй отключаются от системы, а нд вход релейного элемента снова подключается блок 8 (переключатель П 2 переводится в положение 1). Переключателем П 3 (ставится в положение П) в систему вводится форсирующее звено. После контроля симметричности режима автоколебаний по блоку 8 нажимают кнопку Измерение и по электромеханическому секундомеру 12 определяют время и периодов автоколебаний 1При нажатии кнопки Останов. системаразмыкается при любом состоянии схемы, и прибор приводится в исходное состояние, При этом выход предварительного усилителя 3 подключается на стрелочнь 1 й прибор 9 (переключатель П 1 переводится в положение У, переключатель П 2 - в положение 1), По измеренным значениям параметров автоколебаний А по аналитическим выражениям (4), (5) и (6) определяются числешые значения динамических параметров электромашинного преобразователя Кр, Т, и Т,. Значения Т 1 н Т. могут быть определены по номограмме на фиг, 1.Предмет из обретенияУстройство для определения и контроля постоянных времени, например, электромашинных преобразователей частоты, содержа ц 1 ее управляемый источник питания обмотки возбуждения двигателя преобразователя, блок преобразования выходной частоты преобразователя в электрический сигнал, усилитель, релейный элемент и измерительные блоки, отличающееся тем, что, с целью упрощения измерений, в нем в выходную цепь управляемого источника питания включены последовательно 10 соединенные диоды, шунтированные ключом,управляющий вход которого связан с выходом релейного элемента, а между усилителем и релейным элементом установлен интегратор, и через ключ между интегратором и релейным 15 элементом подключено форсирующее звено.289396 ставнтепь 3. В. Марко Редан А. Утехина 1 оррсктор В. 11. Жолудс ипография, пр. Сапунова, 2 зд. М 15НИИПИ Есиитета Заказ 3/17 Тираж 480 де.чаня изобретений и открытий прп Совете Москва, Ж, Раушская наб., д. 45 Подписноеннистров СССР