устройство для контроля крутящего момента на валу электродвигателя

Формула изобретения

Устройство для контроля крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя, содержащее трансформатор напряжения и трансформатор тока, включенные в статорную цепь электродвигателя, и измерительную схему с пороговым устройством, отличающееся тем, что в измерительную схему введены источник постоянного тока, два согласующих устройства, мост постоянного тока, в первое и третье противоположные плечи которого включены первый и второй образцовые резисторы соответственно, а во второе и четвертое противоположные плечи - опторезисторы первой и второй резисторных оптопар соответственно, выход трансформатора тока через первое согласующее устройство подсоединен к фотодиоду первой резисторной оптопары, выход трансформатора напряжения через второе согласующее устройство подключен к фотодиоду второй резисторной оптопары, выход источника постоянного напряжения подсоединен к диагонали питания моста постоянного тока, выходная диагональ которого подключена к входу усилителя, выход которого подсоединен к входу порогового устройства, при этом контроль крутящего момента производят с помощью моста постоянного тока и использования уравнения равновесия моста постоянного тока сравнением сигнала действительного и заданного значения крутящего момента в пороговом устройстве.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя.

Известно устройство для контроля крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя, содержащее трансформатор напряжения, трансформатор тока, фазовращатель, два ограничителя, схему сравнения и усилитель [1].

К недостаткам известного устройства относятся низкая точность и низкая надежность, обусловленные его сложностью, и низкая помехозащищенность.

Известно устройство для контроля крутящего момента на валу электродвигателя, содержащее включенные в статорную цепь электродвигателя трансформатор напряжения и трансформатор тока, связанный с фазовращателем, и измерительную схему, причем измерительная схема выполнена в виде фазовременного преобразователя, один вход которого связан с выходом трансформатора напряжения, а другой - с выходом фазовращателя, формирователя временного интервала, первый вход которого связан с выходом трансформатора напряжения, интегратора, формирователя импульсов, схемы И, порогового устройства и задатчика уровня, связанного с вторым входом формирователя временного интервала, при этом первый вход интегратора, выход которого соединен с первым входом порогового устройства, связан с одним выходом формирователя временного интервала, второй - с выходом схемы И, а управляющий вход - с одним выходом формирователя импульсов, другой выход которого соединен с вторым входом порогового устройства, первый вход схемы И и вход формирователя импульсов связаны с выходом фазовременного преобразователя, а второй вход И - с другим выходом формирователя временного интервала [2].

К недостаткам указанного устройства относятся низкая точность и низкая надежность, обусловленные его сложностью, и низкая помехозащищенность.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является устройство для контроля крутящего момента на валу электродвигателя, содержащее трансформатор напряжения и трансформатор тока, включенные в статорную цепь электродвигателя, и измерительную схему с пороговым устройством, причем измерительная схема выполнена в виде выпрямителя, а вторичные обмотки трансформаторов соединены последовательно и подключены на вход выпрямителя, выход которого связан с пороговым устройством [3].

Однако указанное устройство имеет низкую точность измерения и низкую надежность. Это обусловлено тем, что произведение потребляемой электродвигателем силы тока на напряжение питания, входящее в выражение крутящего момента, в указанном устройстве заменено их суммированием, и низкую помехозащищенность.

Заявляемое устройство решает задачу создания устройства, лишенного вышеперечисленных недостатков. Техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого изобретения, является повышение надежности и точности измерения заданного значения крутящего момента на валу электродвигателя путем измерения потребляемой электродвигателем активной мощности, прямо пропорциональной крутящему моменту, с помощью моста постоянного тока и использования уравнения равновесия моста для сравнения действительного и заданного значений крутящего момента, а также повышение помехозащищенности устройства благодаря введению оптических связей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для контроля крутящего момента на валу электродвигателя, содержащее трансформатор напряжения и трансформатор тока, включенные в статорную цепь электродвигателя, и измерительную схему с пороговым устройством, измерительная схема выполнена в виде источника постоянного напряжения, двух согласующих устройств, моста постоянного тока, в первое и третье противоположные плечи которого включены первый и второй образцовые резисторы соответственно, а во второе и четвертое противоположные плечи - опторезисторы первой и второй резисторных оптопар соответственно, выход трансформатора тока через первое согласующее устройство подсоединен к фотодиоду первой резисторной оптопары, выход трансформатора напряжения через второе согласующее устройство подключен к фотодиоду второй резисторной оптопары, выход источника постоянного напряжения подсоединен к диагонали питания моста постоянного тока, выходная диагональ которого подключена к входу усилителя, выход которого подсоединен к входу порогового устройства.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство для контроля крутящего момента на валу электродвигателя отличается тем, что в нем в измерительную схему введены источник постоянного напряжения, два согласующих устройства, мост постоянного тока, в первое и третье противоположные плечи которого включены первый и второй образцовые резисторы соответственно, а во второе и четвертое противоположные плечи - опторезисторы первой и второй резисторных оптопар соответственно, выход трансформатора тока через первое согласующее устройство подсоединен к фотодиоду первой резисторной оптопары, выход трансформатора напряжения через второе согласующее устройство подключен к фотодиоду второй резисторной оптопары, выход источника постоянного напряжения подсоединен к диагонали питания моста постоянного тока, выходная диагональ которого подключена к входу усилителя, выход которого подсоединен к входу порогового устройства.

Таким образом, заявляемое устройство для контроля крутящего момента на валу электродвигателя соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа. Это позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема устройства для контроля крутящего момента на валу электродвигателя.

Устройство для контроля крутящего момента на валу электродвигателя содержит электродвигатель 1, трансформатор 2 тока, трансформатор 3 напряжения, источник постоянного напряжения 4, мост постоянного тока 5, два постоянных резистора 6, 7, две резисторные оптопары 8, 9, два согласующих устройства 10, 11, усилитель 12 и пороговое устройство 13.

Электродвигатель 1 через трансформатор тока 2 подсоединен в трехфазную сеть, к двум фазам которой подключен трансформатор 3 напряжения. Выход источника постоянного напряжения 4 подсоединен к диагонали питания моста постоянного тока 5. В первое и третье противоположные плечи моста постоянного тока 5 включены первый и второй образцовые резисторы 6 и 7 соответственно. Во второе и четвертое противоположные плечи моста постоянного тока 5 включены фоторезисторы первой и второй резисторных оптопар 8 и 9 соответственно. Выход трансформатора 2 тока через первое согласующее устройство 10 подсоединен к фотодиоду первой резисторной оптопары 8. Выход трансформатора напряжения 3 через второе согласующее устройство 11 подключен к фотодиоду второй резисторной оптопары 9. Выходная диагональ моста постоянного тока 5 подключена к входу усилителя 12, выход которого подсоединен к входу порогового устройства 13.

Устройство для контроля крутящего момента на валу электродвигателя работает следующим образом. На выходах трансформатора 2 тока и трансформатора 3 напряжения снимаются сигналы, значения которых зависят от величины потребляемого электродвигателем 1 тока и напряжения соответственно. Сигнал с выхода трансформатора 2 тока подается на вход согласующего устройства 10. На фиг.2 приведена схема электрическая принципиальная согласующих устройств 10 и 11. Согласующие устройства 10 и 11 обеспечивают работу резисторных оптопар 8 и 9 соответственно на линейном участке характеристики. От источника питания через светодиоды резисторных оптопар задается некоторый начальный ток, благодаря чему рабочие точки характеристик оптопар выводятся на линейный участок [4]. Выходной сигнал согласующего устройства 10 поступает на фотодиод оптопары 8, изменения светового потока которого изменяют сопротивление фоторезистора R2 оптопары согласно выражению

где К₂, К₈, К₁₀ - коэффициенты передачи трансформатора 2 тока, резисторной оптопары 8 и согласующего устройства 10 соответственно; I_m - амплитуда потребляемого электродвигателем тока.

Сигнал с выхода трансформатора 3 напряжения поступает на вход согласующего устройства 11, выходной сигнал которого подается на фотодиод оптопары 9, изменения светового потока которого изменяют сопротивление фоторезистора R4 оптопары согласно выражению

где К₃, К₉, К₁₁ - коэффициенты передачи трансформатора 3 напряжения, резисторной оптопары 9 и согласующего устройства 11 соответственно; U_m - амплитуда питаемого напряжения.

Источник постоянного напряжения 4 предназначен для питания моста постоянного тока 5, с помощью которого выполняется сравнение действительного значения крутящего момента М_D с его заданным значением М₃.

Уравнение равновесия моста постоянного тока имеет вид [5]

Левая и правая части выражения (3) определяют соответственно заданное и действительное значения крутящего момента на валу электродвигателя. Используя (1) и (2) выражение (3) запишем в следующем виде:

где

С выходной диагонали моста постоянного тока 5 сигнал подается на вход усилителя 12, выходной сигнал которого поступает на вход порогового устройства 13.

Если М₃>М_D или М₃=M_D (мост постоянного тока 5 уравновешен), на выходе порогового устройства 13 снимается нулевой уровень сигнала. Если М₃<М_D, на выходе порогового устройства снимается положительный уровень сигнала.

Введение новой совокупности признаков позволяет повысить точность и надежность контроля крутящего момента на валу электродвигателя благодаря использованию сигнала о величине потребляемой электродвигателем мощности, прямо пропорциональной крутящему моменту, а также благодаря использованию уравнения (4) равновесия моста постоянного тока 5 для сравнения действительного значения крутящего момента на валу электродвигателя с его заданным значением, а введение в устройство оптических связей позволяет повысить помехозащищенность устройства.

Источники информации

1. Патент Швеции №376128, H 02 H 7/085, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР №781623, G 01 L 3/10, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР №834418, G 01 L 3/10, 1981.

4. Иванов В.И., Аксенов А.И., Юшин А.М. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы. Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1984.

5. Байда Л.И., Фремке А.В. Электрические измерения. Ленинград, Государственное энергетическое издательство, 1950.