устройство для контроля крутящего момента на валу электродвигателя

Формула изобретения

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 и выпрямителем, отличающееся тем, что в измерительную схему введены дополнительный выпрямитель, согласующее устройство, масштабный резистор, резисторная оптопара и операционный усилитель, в цепь обратной связи которого включен фоторезистор оптопары, при этом выход трансформатора тока через выпрямитель подсоединен к входу согласующего устройства, выход которого подключен к выводам светодиода оптопары, выход трансформатора напряжения подсоединен к входу дополнительного выпрямителя, выход которого через масштабный резистор подключен к входу операционного усилителя, выход которого подсоединен к входу порогового устройства.

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 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 со вторьм 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 со вторым входом порогового устройства, первый вход схемы И и вход формирователя импульсов связаны с выходом фазовременного преобразователя, а второй вход схемы 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 для крутящего момента, в указанном устройстве заменено их суммированием, и низкую помехозащищенность.

Заявляемое изобретение 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 определения значения крутящего момента, измерив активную мощность, потребляемую электродвигателем, а также повышается помехозащищенность устройства благодаря введению в измерительную схему резисторной оптопары.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для контроля крутящего момента на валу электродвигателя, содержащем трансформатор напряжения и трансформатор тока, включенные в статорную цепь электродвигателя, и измерительную схему с пороговым устройством и выпрямителем, измерительная схема выполнена в виде дополнительного выпрямителя, согласующего устройства, масштабного резистора, резисторной оптопары и операционного усилителя, в цепь обратной связи которого включен фоторезистор оптопары, выход трансформатора тока через выпрямитель подсоединен к входу согласующего устройства, выход которого подключен к выводам светодиода оптопары, выход трансформатора напряжения подсоединен к входу дополнительного выпрямителя, выход которого через масштабный резистор подключен к входу операционного 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 измерительная схема выполнена в виде дополнительного выпрямителя, согласующего устройства, масштабного резистора, резисторной оптопары и операционного усилителя, в цепь обратной связи которого включен фоторезистор оптопары, выход трансформатора тока через выпрямитель подсоединен к входу согласующего устройства, выход которого подключен к выводам светодиода оптопары, выход трансформатора напряжения подсоединен к входу дополнительного выпрямителя, выход которого через масштабный резистор подключен к входу операционного 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 испытуемый асинхронный электродвигатель 1, трансформатор напряжения 2, трансформатор тока 3, выпрямители 4, 7, согласующее устройство 5, резисторную оптопару 6, масштабный резистор 8, операционный усилитель 9 и пороговое устройство 10.

Электродвигатель 1 через трансформатор тока 3 включен в трехфазную сеть, к двум фазам которой подключен трансформатор напряжения 2. Выход трансформатора тока 3 через выпрямитель 4 подсоединен к входу согласующего устройства 5. Выход согласующего устройства 5 подсоединен к выводам светодиода оптопары 6. Выход трансформатора напряжения 2 подключен к входу дополнительного выпрямителя 7. Выход дополнительного выпрямителя 7 через масштабный резистор 8 подсоединен к входу операционного усилителя 9, в цепь обратной связи которого подключен опторезистор оптопары 6. Выход операционного усилителя 9 подсоединен к входу порогового устройства 10.

Устройство для контроля крутящего момента на валу электродвигателя работает следующим образом. На выходах выпрямителей 4 и 7 снимаются выпрямленные напряжения постоянного тока, значения которых зависят от величины потребляемого электродвигателем тока и питающего напряжения. Напряжение с выхода выпрямителя 4 подается на вход согласующего устройства 5. На фиг. 2 приведена схема электрическая принципиальная согласующего устройства 5. Согласующее устройство обеспечивает работу резисторной оптопары 6 на линейном участке характеристики. От источника питания через светодиод резисторной оптопары 6 задается некоторый начальный ток, благодаря чему рабочая точка характеристики оптопары выводится на линейный участок. Выходное напряжение согласующего устройства 5 поступает на светодиод оптопары 6, изменения светового потока которого изменяют сопротивление фоторезистора оптопары R_on согласно выражению

где К₃, К₄, K₅ и К₆ - коэффициенты передачи трансформатора тока 3, выпрямителя 4, согласующего устройства 5 и резисторной оптопары 6 соответственно, I_m - амплитуда потребляемого электродвигателем тока.

Выпрямленное напряжение постоянного тока с выхода выпрямителя 7 через масштабный резистор 8 поступает на вход операционного усилителя 9, выходное напряжение которого изменяется согласно выражению

где К₂, К₇ и K₉ - коэффициенты передачи трансформатора напряжения 2, выпрямителя 7 и операционного усилителя 9 соответственно, U_m - амплитуда напряжения питания электродвигателя,

С учетом (1) и (3) выражение (2) имеет вид

где

Выражение (4) показывает, что на выходе усилителя постоянного тока 9 снимается напряжение, пропорциональное среднему за период значению мощности. С выхода усилителя постоянного тока 9 напряжение подается на вход порогового устройства. Если крутящий момент на валу асинхронного электродвигателя 1 меньше величины заданного момента, на выходе порогового устройства формируется нулевой уровень сигнала. Если крутящий момент на валу асинхронного электродвигателя 1 больше величины заданного значения крутящего момента, на выходе порогового устройства снимается положительный уровень сигнала.

Введение новой совокупности признаков позволяет повысить надежность и точность измерения активной мощности, которая прямо пропорциональна крутящему моменту, а введение в измерительную схему резисторной оптопары позволяет повысить помехозащищенность устройства.

Источники информации

1. Патент Швеции №376128, кл. Н 02 h 7/085, 1976.

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

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

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