Устройство для контроля частоты вращения вала двигателя

Союз СоветскикСоциалистическихРесттублик ОП ИКАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет да делам изооретеиий и открытий(72) Авторы изобретения В,. В, Минеев, И. Д. Бухтияров, Е. И. Павлов, А, М. Зазнобин, А, А, Орлов, В, 3, Ройк и А, А, Призенцов Специальное опытное проектно-конструкторско-технологическоебюро Сибирского отделения Всесоюзной ордена Ленина академиисельскохозяйственных наук им. В. И. Ленина(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА ДВИГАТЕЛЯИзобретение относится к области автс- матики и предназначено для использования в системах автоматического контроля и управления пуском мощных дизель-генераторов.Известно устройство для контроля час 5 тоты вращения с частотным датчиком на входе, содержащее частотнсь.измерительную схему, выполненную в виде последовательного ),С-контура, выпрямитель,10 делитель напряжения и пороговую схему в виде одновибратора. В этом устройстве используется зависимость коэффициента передачи ,С-контура от частоты Ц.Недостатком устройства является высокая трудоемкость его отладки, так как требуется настройка контура и пороговых напряжений. Кроме того, точность его низка, так как уровень сигнала, прошедшего через колебательный контур, зависит не только от частоты вращения, но и от колебаний амплитуды сигнала с датчика и температурных, изменений параметров индуктивности и емкости. Быстродействие устройства ограничено полосой пропускания 1 С-контура.Известно также устройство для контроля частОты вращения, в котором уставки задаются в виде постоянных эталонных напряжений на входах операционных усилителей, с которыми сравнивается пилообразное напряжение, подаваемое на вторые входы операционных усилителей, причем нарастание пилообразного напряжения продолжается в течение времени, равного периоду сигнала с частотного датчика. В конце периода происходит сброс пилообразного напряжения и через период снова повторяется нарастание напряжения, которое, как и в предыдущем периоде, сопровождается последовательным переключением операционных усилителей после превышения уровня соответствующего эталонного напряжения 21,В этом устройстве также необходиманастройки пороговых напряжений, крутиз734622 3ны пилы и т.д. Точность ограничена дрейфом параметров операционного усилителя, генератора пилообразного напряжения.Большей точностью и лучшей техно,логичностью обладает устройство контроля частоты вращения с цифровой обработкой сигналов частотного датчика 3. Устройство содержит генератор импульсов цикла, частота которых пропорциональна частоте вращения, генератор счет ных импульсов, счетчик с дешифратором, Информация о значении частоты вращения содержится в числе импульсов от генератора счетных импульсов, прошедших на счетный вход счетчика за время между двумя импульсами от генератора импульсов цикла, которые сбрасывают показания счетчика. Достоинством такого устройства является также и то, что счетчик заполняется и анализируется 2 е одновременно, Анализ состояния счетчика осуществляется цифровыми схемами, которые не требуют настройки.К недостаткам устройства относятся невозможность регулировки уставок, 25 поскольку она осуществляется путем перестройки частоты генератора счетньх импульсов", и кроме того, сложность сочетания стабильности частоты генератора счетных импульсов, которой опре О деляется точность устройства, с требованием перестройки в широком диапазоне (лучшей стабильностью обладают кварцевые генераторы, имеющие небольшой диапазон перестройки) . 35 Наиболее близким техническим решением к предложенному является устройство для контроля частоты вращения, например, вела двигателя, содержащеео элемент задержки, триггер.д, диск с метками, установленный на валу двигателя, и последовательно соединенные датчик меток, формирователь импульсов, соединенный с обнуляюшим входом счетчика,45 счетный вход которого подключен к выходу генератора импульсов, и элемент И, выход которого подсоединен к первому входу первого триггере Выход счетчикасоединен со входами дешифратора,5 О выход которого соединен с первым входом второго элемента И и первым входом второго триггера. Второй вход второго триггера подключен к выходу формирователя имйульсов е выходы сое 1 55 динены через элементы задержки со вторььв входами элементов И, причем выход второго эпемента И соединен со вгорым входом первого триггера 4. Возможность применения цифровых интегральных схем повышает надежность устройства и улучшает его технологичность за счет сокрашения регулировочных работ при изготовлении и эксплуатации устройства. Отладка устройства сводится лишь к установке необходимой частоты генератора импульсов и ее периодической проверке, Высокая стабильность генератора импулв:ов обеспечивает высокую точность устройства. Цифровая обработка в течение цикла, равного периоду контролируемой частоты, обеспечивает максимально возможное быстродействие устройства.Недостатком описанного устройства является непригодность его для одновременного контроля нескольких значений частоты вращения с независимой регулировкой гистерезиса разности между значением частоты вращения, при котором происходит срабатывание устройства, и значением, при котором происходит возврат устройства), что сужает область его применения, в частности делает невозможным его использование в системах контроля и управления пуском мощных дизель-генераторов.Цель изобретения - расширение области применения и упрощение устройстве.Эта цель достигается тем, что в устройство введен коммутатор, входы которого соединены с выходами дешифратора, а выходы - со вторым входом первого триггера и с первым входом второго триггера. Второй вход второго триггера через элемент задержки подключен к выходу формирователя импульсов а второй вход элемента И соединен с выходом второго триггера. На фиг. 1 показана функциональная схема предложенного устройстве для контроля частоты вращения: на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства.Устройство дпя контроля частоты вращения состоит из диска 1 со 180 метками в виде зубцов 2, жестко связанного с контролируемым валом индукционного датчика меток 3, формирователя 4 импульсов, генераторе 5 импульсов со стабильной частотой 100 мГц, счетчика 6, дешифреторе 7, первого и второго триггеров 8,9, элементе И 10, элемента задержки 11, коммутатора 12. Дешифратор 7 имеет выходные шипы 13, соответствующие частотам вращения с шагом 50 об/мин.5 734На фиг. 2 обозначены; ю- частота вратцения:Ш,2 сд - заданная частота вращения (уставка): дЮ - гистерезис (разность между уставкой и частотой вращения, при которой происходит возврат устройства: 1 - моменты времени, соответствующие прохождению меток мимо датчика, где 1= 1,2,3,- номер цикла: М- число импульсов (сумма импульсов): Й дд - число импульсов, соответ ствующее уставке; ЬМ - разность между числом импульсов, соответствующих уставке, и числом импульсов, соответствующих частоте враш.ения, при которой происходит возврат устройства;- моменты времени, соответствующие достижению суммы импульсов Н р.од ,ИГ - моменты времени, соответствующие1достижению суммы импульсов Исаа+ ф рвГ, - моменты времени, соответствующие появлению задержанных импульсов формирователя импульсов, где 1 = 1,2,3, номер цикла. Устройство для контроля частоты вра 25 щения вала двигателя работает следующим образом С выхода индукционного датчика меток 3 сигнал, близкий по фотр- . ме к синусоидальному (фиг. 2,б), частот которого пропорпнональна частоте е ам ния, поступает на вход формирователя импульсов 4, который из синусоидального .сигнала формирует импульсный сигнал той же частоты или кратной ей (фиг. 2,), Рассмотрим работу устройства, когда вал начинает )вращаться от неподвижного состояния, затем достигает максимальной частоты вращения и останавливается (фиг. 2,а), Вначале, когда частота вра 40 щения мата, счетчик 6 заполняется им- пульсами с генератора 5 (фиг. 2,г) до такой суммы й (фиг. 2,д, промежуток до х.1), что до прихода следующего импульса с формирователя 4 появляются45 перепады напряжения на шине 13 дешифратора 7, соединенной со входом второ 1 го триггера 9 (фиг. 2,е, момент Г; ), и на шине 13 дешифратора 7, соедийенной со входом первого триггера 8 (фиг. 2,ж,Имомент). Перепад напряжения с шины 13 возвращает второй триггер 9 в исходное состояние (фиг. 2, и, моментГ), в,. котором он находился до прихода задержанного импульса с формирователя 4 (фиг. 2, 55 з, момент С" ). Импульс с формирователя 4 не возбуждает элемент совпадения И 10 (фиг, 2, к). Период напряжения с шипы 13 не изменяет состояния перво 622 6го триггера 8, который индицирует навыходе низкую чартоту вращения (фиг.2,л).С приходом очередного импульса с формирователя 4 (фиг. 2,в, момент (1 ), счетчик сбрасывается в нуль (фиг. 2,д, момент) и цикл анализа повторяется.Как только частота вращения превыситзаданное значение (уставку), то счетчик6 не заполняется до заданной суммы К усоответствующей уставке (фиг. 2,д, про.межуток с, - ;), и перепад напряжения не возникает ни на одной из шик 12,подключенных через коммутатор 12 квходам триггеров 8,9 (фиг. 2,е,ж, промежуток Ь -.), в результате чеговторой триггер 9 остается в состоянии(фиг. 2,и, промежуток Ь - Ь), в которое его установил задержанный импульс формирователя 4 (фиг. 2,з, момент),а импульс формирователя 4 проходит череп элемент И.0 дафне. 2,е,н,к, моментфи изменяет состояние первого триггера8 (фиг. 2,л, момент Ь), который индицирует, что частота вращения превысила заданную. Если частота вращения затем снизится настолько, что будет меньше уставки на величину, меньшую гистерезиса, то перепад напряжения на шине 13 (фиг. 2,е, моментт ) изменит состояыие второго триггера 9 (фиг. 2,и, момент Г) ) и импульс формирователя 4 не пройдет через элемент И 10 (фиг,2,к, момент Ьд ), но первый триггер 8 останется в том же состоянии (фиг.2,л, момент т 9 ). Если же частота вращения уменьшится настолько, что будет меньше уставки на величину, равную или бопьшую гистерезиса, то счетчик 6 заполнится до такой суммы, что перепады напряжения возникнут на обеих шинах 13, соединенных со входами триггеров 8 и 9 (фиг. 2 дре,ж, промежуток т,) - , ,тр ). Перепад напряжения на шине 13 выключит первыйЦ триггер 8 (фиг. 2 л, моментС р ), который индицирует, что частота вращения меньше уставки на величину, равную или большую гистерезиса Таким образом, устройство срабатывает при значении частоты вращения, большем уставки, и возвращается в исходное состояние при значении частсргы вращения, меньшем уставки, на величину, равную или большую гистерезиса. , Уставка и гистерезис могут регулироваться независимо друг от друга и в широком диапазоне путем подключения входов триггеров 8 и 9 к соответствующим шинам посредством коммутатора 3.2. В частности, если4 входы триггеров будут подключены к одной и той же шине, то гистерезис будет равен нулю, т.е. устройство будет срабатывать и возвращаться при одном и том же значении частоты вращения. Копичество одновременно контролируемых точек можно увеличить до любого значения путем увеличения количества триггеров, элементов И и выходов коммутатора.При использовании устройства для контроля частоты вращения вала в системе автоматического упраъпения пуском мощного дизель-генератора при аварийном выходе из строя промышленной электрической сети две уставки используются для изменения форсажа путем уменьшения подачи топлива. Кроме того, одна из них используется для включения тока ротора, подготовки автомата включения сети и частоты вращения. Третья уставка слу- р жит для защиты дизель-генераторе от разноса. Величина гистерезиса для каждой уставки подбирается в процессе эксплуатации дизель-генератора.формула изобретенияУстройство для контропя частоты вра щения вала двигателя, содержащее элемент задержки, триггеры, диск с метками, установленный на валу двигателя, и последовательно соединенные датчик меток9 формирователь импульсов, соединенный с входом сброс" счетчика, счетный вход которого подключен к выходу генератора импульсов, и элемент И, выход которого подсоединен к первому входу первого триггера, а выход счетчика соединен со входами дешифратора, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения области применения и упрощения устройства, в него введен коммутатор, входы которого соединены с выходами дешифратора, а выходы - со вторым входом первого триггера и с первым входом второго триггера, второй вход которого через элемент задержки подключен к выходу формирователя импульсов, а второй вход элемента И соединен с выходом второго триггера.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР339862, м,Кл01 Р 3/46, 1972.2.5 ипобо Ь,Ч, ЖдЛо 1 е Эгеи ааЖъеаэегцг КгоГЦаЬггеоре, фйоЖеГ егоъеЬ ео - Е ЙеЫгопЪ",1974, 23,76, р, 534-536,3, Патент Великобритании1309711, кл. (3 Й, 1971.4. Патент Великобритании1362740, кл, 6 1 К, 1974,734622 Вь)х Составитель В. ДиаОрловская Техред С, Мигай К едакто ректо акае исноеССР Фнчиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 60/ 51ИИПИ Гпо дел13035,Тираж 956 Под дарственного комитета С м изобретений и открытий -35, Раушская набд. 4