Устройство для измерения внутреннего угла синхронной машины

4 581 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСГ 1 УБЛИН ц 4 С О 1 К 25/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ ние поогоН СССР1984. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЦТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельствоУ 1239625, кл. С 01 В 25/00,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВНУТРЕННЕГО УГЛА СИНХРОННОЙ МАШИНЫ(57) Изобретение относится к фазоиз"мерительной технике и может быть использовано в устройствах измеренияи контроля внутренних углов синхронных электрических машин. Цельизобретения - расширение функциональных возможностей устройствадостигается за счет измерения средних значений внутренних углов синхронных машин за несколько оборотов при работе электрической машины как в режиме двигателя, так и в режиме генератора. Устройство содержит датчикположения ротора, формирователи 2 и 4, блок 3 задержки, инвертор 5, коммутатор б, элемент ИЛИ 7, генератор 8 им;.ульсов, делитель 9 частоты, регистрирующий счетчик 1 О, содержащий : элементы И 11 и ИЛИ 12, счетчики 13, 15 и 16, дешифратор 14, регистры 18 и 7, блок 19 деления кодов, функциональные схемы коммутатора и блока задержки приводятся в описании изоб- с ретения. Настройку устройства проводят в режиме идеального холостого хода, устанавливая необходимое время задержки импульсов, сформированных формирователем 2. 5 ил.Изобретение относится к фазоизмерительнойтехнике и в частности,предназначено для измерения внутрен-.них углов синхронньп электрическихмашин,Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей устройства, что достигается за сет обеспечения возможности измерения средних 10значений Внутренних углов синхронныхмашин за несколько оборотов как вдвигательных, так и в генераторнихрежимах работы.На фиг.1 представлена структурная схема предложенного устройства;на фиг,2 - структурная схема коммутатора, входящего в состав устройства; на фиг,3 - структурная схема блока задержки; на фиг.4 - временные 20диаграммы, поясняющие работу устройства в двигательном режиме; нафиг.5 - временные диаграммы, поясняицие работу устройства в генераторном режиме,Устройство для измерения внутреннего угла синхронной машины содержит датчик 1 положения ротора, формирователь 2, блок 3 задержки, второй формирователь 4, инвертор 5, коммутатор б, элемент ИЛИ 7, генератор8 импульсов, делитель 9 частоты ирегистрирушщий счетчик 10, содержащий элемент И 11, второй элементИЛИ 12, счетчик 13, дешифратор 14,второй 15 и третий 16 счетчики, первый 17 и второй 18 регистры и блок19 деления кодов. При этом выходдатчика 1 положения ротора черезпервый формирователь 2 соединен с 40первым входом блока 3 задержки, перВый и Второй Выходы котОрого соединены с соответствушщими входами коммутатора 6, первый и второй выходыкоммутатора 6 через элемент ИЛИ 7 45соединены с первым входом регистрирующего .счетчика 10. Вход второгофо мирователя 4 является сигнальнымрвходом устройства а выход соединенс вторим входом блока 3 задержки, че рез инвертор 5 с третьим входом коммутатора б, непосредственно с чет. вертым входом коммутатора 6 и вторыма 10входом регистрирушщего счетчикатретий вход которого соединен Выходом делителя 9 частоты, Выход генератора 8 импульсов соединен с входом делителя 9 частоты и четвертымвходом регистрирушщего счетчик а 10. Первый вход счетчика 10 соединен спервым входом элемента ИЛИ 12, второй вход соединен с первым входомэлемента И 11 и счетным входом счетчика 13, третий вход счетчика 10соединен с вторым входом элементаИ 11, а четвертый его вход - с вторым входом элемента И 11, выход которого соединен со счетным входомвторого счетчика 15, информационныевыходи которого через первый регистр1 соединены с первыми входами блока 19 деления кодов, Выход элементаИЛИ 12 соединен с счетным входомсчетчика 16, информационные выходыкоторого через второй регистр 18соединены с вторыми входами блока19 деления кодов, выходы которогоявляится информационными выходами регистрирукичего счетчика 10 и устройства. Виходы счетчика 13 соединеныс входами дешифратора 14, первый выход которого соединен с разрешающимивходами счетчиков 15 и 16 и регистров 17 и 18, второй выход дешифратора 14 соединен с входами "Сброс"счетчиков 15 и 16.Коммутатор 6 содержит первый 20,второй 21, третий 22 и четвертый 23элементы 2 И-НЕ, второй 24 и третий25 элементы 2 И и переклвчатель 26.Первый вход элемента 2 И-НЕ 20 является первым входом коммутатора, второй вход первого элемента 2 И-НЕ 20соединен с первым входом третьегоэлемента 2 И-НЕ 22 и первым входомпереключателя 26, первый вход второго элемента 2 И-НЕ 21 соединен с первым входом четвертого элемента 2 И-НЕ23 и вторым входом переключателя 26,Второй вход второго элемента 2 И-НЕ 21является вторым входом коммутатора,второй вход третьего элемента 2 И-НЕ22 - третьим входом коммутатора,второй вход четвертого элемента2 И-НЕ - четвертым входом коммутатора. Выходы первого 20 и второго 221элементов 2 И-НЕ соединены с входамиэлемента 2 И 24, выход которого является первым выходом коммутатора, Выходи третьего 22 и четвертого 23 элементов 2 И-НЕ соединены соответственно с входами второго элемента 2 И 25,выход которого является вторым выходом коммутатора,Цифровой блок 3 задержки содержитпервый тК-триггер 27, пятый элемент10 15 20 25 40 45 50 55 3 14 2 И-НЕ 28, четвертый счетчик импульг сов 29, второй 1 К-триггер 30, шестой элемент 2 И-НЕ 31, пятый счетчик 32 импульсов, третий 1 К-триггер 33 и второй инвертор 34. Вход инвертора 34 является первым входом блока задержки, К-вход третьего триггера 33 является вторым входом блока задержки, прямой и инверсный выходы этого триггера являются прямым и инверсным выходами блока задержки, Выход второго инвертора 34 соединен с Т"входом первого триггера 27, выход которого .соединен с первым входом пятого элемента 2 И-НЕ 28 и вторым входом шестого элемента 2 И-НЕ 31, второй выход пятого элемента 2 И"НЕ 27, соединен с инверсным выходом второго триггера 30, выход пятого элемента 2 И-НЕ 28 соединен с входом сброса четвертого счетчика 29 импульсов, выход которого соединен с Т-входом второго триггера 30, прямой выход . которого соединен с первым входом, шестого элемента 2 И-НЕ 31, выход шестого элемента 2 И-НЕ 31 соединен с входом сброса пятого счетчика 32 им" пульсов, выход пятого счетчика соединен с Ъ-входом третьего триггера 33, К-входом второго триггера 30 иК-входом первого триггера 27. Счетные входы счетчиков 29 и 30 подключены к генератору 8 импульсов.Устройство работает следующим образом.Формирователь 2 Формирует из сигналов датчика 1 положения ротора импульсы прямоугольной формы, которые через блок 3 задержки поступают на первый вход коммутатора 6. С инверсного входа блока 3 задержки импульсы поступают на второй вход коммута тора. На третий и четвертый входы коммутатора поступают соответственно прямая и инверсная последовательности импульсов от второго формирователя 4При работе машины в двигательном режиме передние Фронты импульсов .на прямом выходе блока задержки (фиг,4 б) отстают от переднего Фронта импульсов, сформированных вторым формиро-вателем 4 (Фиг.4 а), С помощью переключателя 26 коммутатора 6 второйвход первого элемента 2 И-НЕ 20 и первый вход третьего элемента 2 ИНЕ 22 присоединяют к общей шине (переключатель находится в положении Д). 658144 Элементы 2 И-НЕ 20 и 22 закрываются,и на их выходе утанавливается уровень "1". В результате на выходахэлементов 2 И-НЕ 21 и 24 Фармнруггтсяимпульсы (Фиг.4 в), совпадающие поФронту и срезу с имлульсамп, сформированными на прямом выходе блока 3задержки. На выходах элементов 2 ИНЕ 23 и 2 И 25 Формируются импульсы(Фиг,4 г), инверсные по отношениюк импульсам, сформированньгм вторым Формирователем 4. В результате суммирования на выходе элемента ИЛИФормируются отрицательные импульсы(Фиг,4 д), длительность которых пропорггиональна внутреннему углу синхронной машины.Сформированные формирователем 4 импульсы поступают на счетный вход второго счетчика 15, которыйвырабатывает длительность. цикла , счета импульсов, поступающих на счетные входы счетчиков 15 и 16 импульсов. По окончании цикла счет импульсов счетчиками 15 и 16 прекращается, а их содержимое переписывается в регистры 7 и 18. Импульс запрецения счета и переписи в регистры 17 и 18 30 Формируется дешифратором 14, присоединенным входами к информационнггмвыходам счетчика 13. При нулевом состоянии счетчика 1 З.на выходе детпифратора 14, присоединенном к входам управления счетчиков 15 и 16 присутствует уровень "1", запрещающийсчет импульсов. После счета счетчиком 13 первого импульса уровень устанавливается на выходе дешифратора 14, присоединенном к входамсброса счетчиков 15 и 16. Этим производится установка счетчиков 15 и 16в исходное состояние, после чего начинается новый цикл счета Формирование импульса прекращения счета изаписи в запоминающие блоки отражено на диаграмме (Жиг.4 е), а формирование импульса сброса - на диаграмме (Фиг,4 ж), Во время цикла счетатретий сче гчик 16 считает импульсы,поступающие с выхода элемента ИПИ 12.Первый вход этого. элемента соединен с выходом элемента ИЛИ 7, на выходе которого, формируются отрицатель- .ные импульсы, длительность которыхпропорциональна внутреннему углумашины. В связи с тем, что на второйвход элемента 2 ИЛИ 12 поступают им"пульсы от генератора опорной часто".360 5 10 где (у - величина внутреннего угламашины;Г - частота импульсов генератора 8 опорной частоты, Гц;Г - частота импульсов на выхоцейвторого формирователя 4,Гц;ш - количество групп импульсов,поступающих на счетный входсчетчика 16,Количество групп .импульсов, поступающих эа цикл счета счетчика 16,отражено на диаграмме фиг.4 и (заштриховано),На первом входе элемента И 1 втечение каждого полупериода частотыимпульсов, сформированных формирователем 4, присутствует уровень "1",Так как длительность полупериода проопорциональна углу 180а на второйвход элемента И 11 поступают импульсы с частотой, в 180 раз меньшей час.тоты импульсов, поступающих на входтретьего счетчика 16, то количествососчитанных счетчиком 15.импульсоврави 15 20 25 30 о е Ег 180 180 Я щщ В ь ш 360 Г, 40 импульса на входе формирователя 2.45 Так как на втором входе элемента2 И 28, подключенном к инверсному выходу .триггера 30, присуствует уровень "1", то в момент переключениятриггера 27 счетчик 29 начинает счет 50 импульсов, поступающих на его счетный вход, Через интервал временигде К - коэффициент счетаКосчетчика 29, Уо, - частота опорных им 55 ты, количество импульсов, сосчитанных за цикл й третьим счетчиком16, равно Количество ш групп импульсов, сосчитанных за цикл й счетчиком 15 (фиг.4 и заштриховано) раьно количеству групп, сосчитанных счетчиком 16.В блоке деления кодов производится деление В, на Я . Результат деления равен величине внутреннего угла машины Ч Гг ш 360 йф, ог360 Е 180 8- шГ Когда угол нагрузки равен нулю (опыт идеального холостого хода) на выходе элемента ИПИ 7 устанавливается уровень "1" и импульсы на вход третьего счетчика 16 не поступают. В то же время счетчик 15 считает ш групп импульсов, Результат деления в этом случае равен нулю,При работе машины в генераторном режиме с помощью переключателя 26 коммутатора 6 .на первые входы элементов 2 И-НЕ 21 и 23 подается уровень "0" (переключатель находитсяв положении Г), Элементы 2 И-НЕ 21и 23 закрываются, а элементы 20 и22 открываются. Передний фронт импульсов на прямом выходе блока 3задержки (фиг.5 б) опережает передний фронт импульсов, сформированныхвторым формирователем,4 (фиг.5 а).На выходах элементов 2 И-НЕ 20 и 2 И 24 формируются импульсы (фиг,5 в),инверсные по отношению к импульсамна прямом выходе блока 3 задержки,На выходах элемента 2 И формируютсяимпульсы (фиг.5 г), совпадающие пофронту и сразу с импульсами на выходе формирователя 4. Как и при работе в двигательном режиме, на выходеэлемента ИЛИ 7 формируются импульсы,длительность которых пропорциональна углу сдвига фаэ (фиг.5 д). Формирование длительности цикла измеренияне отличается от описанного. Количество групп импульсов, сосчитанных счетчиками 15 и 16, также совпадают(фиг,5 з,и). Результат деления блоком 9 деления кодов, как и при работе машины в двигательном режиме,равен величине внутреннего угла машины.Блок 3 задержки импульсов работает следующим образом.В исходном состоянии на выходах счетчиков 29 и 32, а также прямых выходах триггеров 27,30 и 33 установлен уровень "0", Входной импульс,поступающий от формирователя 2, инвертируясь, устанавливает на выходетриггера 27 уровень "1"Момент переключения триггера 27 соответствуетмоменту появления переднего фронта пульсов, поступающих на счетный вход счетчика 29, Гц; происходит переполнение счетчика 29 и, следовательно, смена состояния триггера 30. В связи с этим на выходе элемента7 14658142 И-НЕ 28 устанавливается уровень "1",а на выходе элемента 2 И-НЕ 3 уро- свень нуля.сПосле этой смены состояний счет 5чик 29 удерживается в исходном сос- нтоянии, а счетчик 32 начинает счетимпульсов. гЧерез интервал времени й =Кго10 с где К - коэАФициент счета счетчика 32; Г - частота опорных импульсов, поступающих на счетный вход счетчика 32, происходит переполнение счетчика 32 и, следовательно, смена состояния триггеров 33, 27 и 30.Момент переключения триггера 33 соответствует моменту Формирования задержанного импульса. Таким образом, время задержки переднего фронта импульса формирователя 2 состав- ляет К Кс, =е, +е= - -+адй й й Вход К триггера 33 соединен с выходом формирователя 4, поэтому срезимпульса на выходе триггера 33 сов- .падает со срезом импульса, сФормированиого Аормирователем 4. Блок 3 за-,держки обеспечивает с высокой точностью задержку импульсов от 0 до360 . Угол задержки регулируется изменением коэАфициента счета счетчи-,ков 29 и 32 (или) частоты импульсов,поступающих на входы этих счетчиков.Например, при необходимости задержать импульсы на 11,52 , чтосоответствует задержке на 6 410 ф сУможно принять К, = 6, Е1 10 Гц,К= 4, Г= 1 10 Гц, тогда Сз= 6,410-фс,В устройстве могут использоватья и другие блоки задержки имцульов.Настройку устройства для иэмереия внутреннего угла синхронной малины производят цри опыте идеальноо холостого хода, устанавливая небходимое время задержки импульсов,Аормированных Аормирователем 2.Формула изобретенияУстройство для измерения внутреннего угла синхронной малины, содержащее последовательно соединенные дат" 15 чик положения ротора, Формировательимпульсов и блок задержки, генераторимпульсов, соединенный с делителемчастоты, регистрирующий счетчик,первый вход которого через второй 20 Аормирователь импульсов соединен свходом устройств,а, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью расщирения его Аункциональных возможностей при ее работе в генераторноми двигательном режимах, в него введены коммутатор, элемент ИЛИ и инвертор, при этом выход второго Формирователя импульсов соединен с вто"рым входом блока задержки, первый и 30 второй выходы которого соединеныс соответствующими входами коммута"тора, первый и второй выходы которого через элемент И соединены с вторым входом регистрирующего счетчика третий вход которого соединен свыходом делителя частоты, четвертый -с выходом генератора, кроме того, выход второго Аормирователя импульсачерез инвертор соединен с третьим 40 входом коммутатора, четвертый входкоторого непосредственно соединен свыходом второго Формирователя импульсов..146 5814Составитель Шубин Редактор Л,Пчолинская Техред А,Кравчук Корректор М.Макси иючиедЗаказ 941/46 Тираж 711 Подписное ВНИИПИ Государственного комитетапо изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва 3-35, Рауаская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10