Устройство для измерения скольженияасинхронного двигателя

Устройство для измерения скольженияасинхронного двигателя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е 11>817880 изоьеитиния

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Соцналистмческии

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 24.05.79 (21) 2769297/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.з

Н 02 К 15/00

G 01 Р 3/56

Гооудорстооиимй комитет

СССР ло делам изооретеиий и открытий (53) УДК 621.313..333 (088.8) Опубликовано 30.03.81. Бюллетень №12

Дата опубликования описания 05.04.81 (72) Автор изобретения

А . Р. Куделько

Комсомольский-на-Амуре политехническйй-ин еч игу . (7l ) Заявитель (54) УСТРОЛСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ

АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к информационноизмерительной технике и может быть использовано для контроля скольжения асинхронного двигателя, а также в качестве датчика обратной связи по скольжению в системах автоматического регулирования скорости асинхронных электродвигателей.

Известны устройства для измерения скольжения асинхронного двигателя, использующие в качестве датчика скорости асинхронного двигателя тахогенераторы, находящиеся на валу двигателя (1) и (2).

Применение тахогенератора в этих устройствах ухудшает общие характеристики системы в целом (точность, на которую существенное влияние оказывают пульсации выходного напряжения тахогенератора, надежность, особенно, если устройство работает в качестве датчика обратной связи по скольжению в электроприводе переменного тока с асинхронным двигателем).

Известно устройство для измерения скольжения асинхронного двигателя, основанное на измерении импеданса асинхронного двигателя, как величины, зависящей от скольжения. При этом используются трансформа2 торы тока и напряжения, включенные в статорной цепи двигателя и соединенные через пассивные элементы с фазометром (3).

Учитывая, что импеданс асинхронного двигателя не является величиной, пропорциональной скольжению, точность работы этого устройства очень мала.

Знание мгновенного значения скольжения позволяет осуществить управление в стационарных и переходных режимах, компенсировать изменение скорости при изменении нагрузки в регулируемых приводах переменного тока с асинхронными двигателями, которые в настоящее время находят все большее распространение. Наиболее существенно использование сигнала по скольжению для оптимального управления приводом, так как через величину скольжения определяются два важнейших параметра, характеризующих работу двигателя, — величина и знак развиваемого момента и уровень потока или степень насыщения двигателя. При этом желательно, чтобы датчик обладал возможно меньшей погрешностью измерений, достаточной степенью надежности, т.е. не требовал применения на валу двигателя дополнительных

817880

5 о

20 устройств, был бесконтактным, простым в изготовлении и настройке и имел возможно меньшие габариты, чему не отвечают известные устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения скольжения асинхронного двигателя, содержащее датчики тока в виде резисторов, включенных последовательно с фазами рабочей обмотки статора двигателя, интегратор, масштабные усилители, схему сравнения, фильтр, блоки перемножения, сумматор, блок деления, блок измерения мощности и регистрирующий блок (4J.

Недостатком устройства является его сложность, что снижает и точность работы и его надежность. Сложность устройства обусловлена наличием схемы измерения напряжений и токов двигателя в прямоугольной системе координат, которая содержит шесть операционных усилителей, два интегратора, и большое число вспомогательных элементов (резисторов, шунтов, трансформаторов). Схема требует значительных затрат времени на ее настройку для обеспечения даже сравнительно небольшой точности работы устройства в целом. Кроме того, в схеме измерений в качестве входных сигналов используются напряжения, подводимые к статору двигателя, которые в случае частотного управления скоростью асинхронного двигателя и применения автономных инверторов для этих целей содержат большой процент высших гармоник, что снижает точность.

Цель изобретения — повышение точности и надежности устройства.

Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено квадратором, а блок измерения мощности выполнен с трехфазными измерительными обмотками, соединенными в звезду, размещенными на статоре двигателя, при этом оси измерительных и рабочих обмоток статора совмещены, каждая из измерительных обмоток подключена к входу своего блока перемножения, вторые входы которых соединены с датчиками тока, а выходы — с входами сумматора, выход которого через масштабный усилитель подключен к входу блока деления, другой вход блока деления через фильтр соединен с выходом квадратора, вход которого связан с выходом схемы сравнения, суммирующий вход которой через масштабный усилитель подключен к выходу интегратора, вход которого соединен с одной из измерительных обмоток, а вычитающий вход схемы сравнения через масштабный усилитель соединен с датчиком тока, включенным вфазу рабочей обмотки, ось которой совпадает с осью фазы измерительной обмотки, подключенной к интегратору.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

25 зо

Устройство состоит из измерительных обмоток 1 — 3 в статоре асинхронного двигателя, оси которых совпадают с осями соответствующих рабочих обмоток 4 — б двигателя, последовательно с которыми включеньч датчики тока (резисторы) 7 — 9, интегратор 10, три масштабных усилителя 11—

13, схема 14 сравнения, квадратор 15, фильтр 16, три блока 17 — 19 перемножения, сумматор 20, блок 21 деления, регистрирующий блок 22.

С помощью устройства скольжение асинхронного двигателя определяется, исходя из выражения (i) где Р,„„— электромагнитная мощность асинхронного двигателя; (1 — ток ротора, приведенный к цепи статора; ㄠ— активное сопротивление ротора, приведенное к цепи статора;

m, — число фаз статора.

Прикладывая к входам блока 21 деления сигналы, пропорциональные 1< и Р„„ (при этом учитывают, что г = const, m, =

= const (на его выходе получают сигнал, пропорциональный скольжению) . Сигнал, пропорциональный току ротора получают с помощью схемы 14 сравнения как разность напряжений, отражающих величины и фазы намагничивающего тока и тока статора. Сигнал, пропорциональный потоку, получают путем интегрирования с помощью интегратора 10 сигнала, пропорционального ЭДС двигателя, снимаемого с измерительной обмотки 1-. Сигнал, пропорциональный току статора, имеют в виде падения напряжения на резисторе 7, включенном последовательно с рабочей обмоткой 4 асинхронного двигателя.

Для получения сигнала, пропорционального электромагнитной мощности, используются три блока перемножения 17 — 19, на каждую пару входов которых поступают сигналы, пропорциональные ЭДС, снимаемые с измерительных обмоток 1 — 3 и токам i<, g i, снимаемым с резисторов

7 — 9 соответствующих фаз двигателя. После суммирования полученных произведений в устройстве 20 в соответствии с выражением

Р,„= iaL+ ig4+ i.й (2) получают сигнал, пропорциональный электромагнитной мощности.

Устройство для измерения скольжения асинхронного двигателя работает следующим образом.

С измерительных обмоток 1 — 3, оси которых совпадают с осями рабочих обмоток

4 — 6 статора асинхронного двигателя, снимаются сигналы, пропорциональные фазным ЭДС двигателя, которые поступают каждый на один из входов трех блоков 17 — 19 перемножения. На вторые входы блоков 17—

19 пеоемножения поступают сигналы, про817880 резисторов 7 — 9, включенных последовательно с рабочими обмотками 4 — 6 двигателя. На выходах блоков 17 — 19 перемножения получаем напряжения, пропорциональные фазным электромагнитным мощностям. Все три напряжения содержат постоянную и переменную составляющие. Причем переменные составляющие мгновенных фаЗ1о

15 снимают сигнал, пропорциональный магнитному потоку в воздушном зазоре двигателя.

Здесь Е,— амплитуда ЭДС 8(t), Р „— амплитуда магнитного потока; (а — частота; W — число витков дополнительной обмотки. Учитывая, что магнитный поток пропорционален намагничивающему току 1ц,сигнал с выхода интегратора 10, пропущенный через масштабный усилитель 11, можно использовать в качестве сигнала, пропорционального току намагничивания. Он поступает на суммирующий вход схемы 14 сравнения. На вычитающий вход схемы 14 сравнения поступает сигнал, пропорциональный току статора, который снимается с резистора 7 и проходит через масштабный усилитель 12. В результате, на выходе схемы 14 сравнения получают сигнал, пропорциональный току ротора, приведенного к цепи статора. Этот сигнал проходит через квадратор 15 и фильтр.lб, необходимый для подавления переменной составляющей сигнала после возведения тока I в квадрат. Сигнал, пропорциональный квадрату тока ротора поступает в качестве делимого на блок 21 деления, с выхода которого в соответствии с (1) получают сигнал, пропорциональный скольжению асинхронного двигателя. С выхода блока 21 деления он поступает на вход регистрирующего блока 22.

Применение предлагаемого устройства для регистрации скольжения асинхронного двигателя позволяет повысить точность измерения скольжения, так как измерение производится непосредственно с использованием переменных в фазных координатах без пре40 образования их к прямоугольным. Устройство вследствие этого становится более простым, требующим меньших затрат времени на его настройку. Следствием упрощения устройства является повышение его надежности. Применение измерительных обмоток

1 — 3 в статоре асинхронного двигателя, которые выполняются тонким проводом (это может быть виток, наклеенный на зубец статора двигателя) и не влияют на работу машины, исключают необходимость применения трансформаторов, которые используются в известном устройстве для получения сигналов, пропорциональных фазным напряжениям и токам статора. Это позволяет одновременно уменьшить габариты самого устройства для измерения скольжения. Наи55 более эффективно применение предлагаемого устройства в. качестве датчика обратной связи по скольжению для оптимального управления в установившихся и переходных режимах, компенсации изменения скорости порциональные токам статора, снимаемые с ных мощностей сдвинуты друг относительно друга на угол 2Я/3. Учитывая симметрию обмоток статора 4 — 6 по фазам и выполняя измерительные обмотки 1 — 3 одинаковыми, имеют при суммировании этих трех сигналов в сумматоре 20 постоянный сигнал, уровень которого характеризует величину электромагнитной мощности, которая после преобразования (2) равна

P> = QQcos P +IgEgces Р +2сЕссов Рс, где Ia Ig, Ic, Ea Eg, Ec — действующие значения фазных токов и ЭДС; щ,, 4, Чр — углы между соответствующими векторами токов и ЭДС.

Этот сигнал через масштабный усилитель 13 в соответствии с (1) поступает в качестве делителя на блок 21 деления.

Одновременно сигнал, пропорциональный

ЭДС одной из фаз асинхронного двигателя и снимаемый с обмотки 1, поступает.на вход интегратора 10, с выхода которого в соответствии с выражением

t Е

Л(т)с(Ф =f E cosratdt = — „ Sie t = W p s cvt о о

М) гэъ

В качестве интегратора 10, масштабных усилителей 11 — 13, схемы 14 сравнения и сумматора 20 используются схемы, выполненные на операционных усилителях. Блоки 17 — 19 перемножения, квадратор 15, блок

21 деления выполнены также на операционных усилителях по известным схемам. На операционном усилителе выполнен и активный фильтр 16. В качестве регистрирующего блока 22 может быть использован прибор магнитоэлектрической системы, цифровой вольтметр и т.д., либо вход канала обратной связи, если устройство для измерения скольжения используется в системе автоматического регулирования скорости асинхронного двигателя в качестве датчика обратной связи.

Настройка масштабных усилителей 11—

13 производится с помощью постоянного или синусоидального эталонных напряжений. го

Входное напряжение масштабного усилителя 11 должно в К раз превышать его выходное напряжение, где Кq — — Юк /Сqf1„ (х ц — сопротивление намагничивающего контура двигателя, fq< —,номинальная частота питающего напряжения, С4 = 4 44W

12 должно в R» раз превышать его выходное напряжение, где R q — сопротивление каждого из резисторов 7 — 9. Входное напряжение масштабного усилителя 13 должно в

Зо К раз превышать его выходное напряжение, где К вЂ” — m1гzW<>

817880

Формула изобретения

Составитель В. Никаноров

Редактор Н. Кешеля Техред А. Бойкас Корректор М. Вигула

Заказ 933/73 Тир аж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

П 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4 при изменении нагрузки в частотнорегулируемых электроприводах переменного тока с асинхронными двигателями. Применение этого устройства позволит значительно увеличить диапазон регулирования скорости.

Точность работы электропривода в этом случае харак геризуется погрешностью уставки скорости, не превышающей 5о/ .

Устройство для измерения скольжения асинхронного двигателя, содержащее датчики тока в виде резисторов, включенных последовательно с фазами рабочей обмотки статора двигателя, интегратор, масштабные усилители, схему сравнения, фильтр, блоки пе- 15 ремножения, сумматор, блок деления, блок измерения мощности и регистрирующий блок, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности, оно снабжено квадратором, а блок измерения мощности выполнен с трехфазными измерительными обмотками, соединенными в звезду, размещенными на статоре двигателя, при этом оси измерительных и рабочих обмоток статора совмещены, каждая из измерительных обмоток подключена к входу своего блока 25 перемножения, вторые входы которых соединены с датчиками тока, а выходы — с входами сумматора, выход сумматора через масштабный усилитель подключен к входу блока деления, другой вход блока деления через фильтр соединен . с выходом квадратора, вход квадратора связан с выходом схемы сравнения, суммирующий вход которой через масштабный усилитель подключен к выходу интегратора, вход интегратора соединен с одной из измерительных обмоток, а вычитающий вход схемы сравнения через масштабный усилитель соединен с датчиком тока, включенным в фазу рабочей обмотки, ось которой совпадает с осью фазы измерительной обмотки, подключенной к интегратору.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Патент Франции № 1169422, кл. G 01 R, 1958.

2. Патент Швейцарии № 449770, кл. 21 е 36/03, 1968.

3. Патент Франции № 1566188, кл. G 01 R, 1969.

4. Conf. Rec. 9 — th Annu. Meet. IEEE

Ind. Арр!. Soc, Pittsburgh, Pa, 1974.

Меъ Yorz, 1974, р. 845 — 850.