ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С УСТРОЙСТВОМ ВСТРОЕННОГО КОНТРОЛЯ

Полезная модель относится к электромашиностроению, а именно к устройствам с встроенным контролем мертвых ходов механических передач
электроприводов переменного тока в ходе их эксплуатации без демонтажа механических передач и электродвигателей.
=
Известен аналог - «Электропривод постоянного тока» (авторское свидетельство SU 1277301 А1, МПК Н02К 11/00, 7/10 Бюл. 46 от 15.12.86), содержащий: механическую передачу с рабочей нагрузкой; приводной электродвигатель постоянного тока, в якорную обмотку которого последовательно включен датчик - активное сопротивление с величиной на два-три порядка меньше сопротивления обмотки якоря электродвигателя; формирователь импульсов, электронный коммутатор, логическую схему «И» на два входа, генератор импульсов и счетную схему. В аналоге измеряется время выбора мертвого хода, а формула для расчета вручную мертвого хода механической передачи электропривода постоянного тока α имеет вид
н=
где  Ω - номинальная скорость вращения электродвигателя постоянного тока [об/мин];
n - число импульсов подсчитанное счетной схемой;
и
Т - период повторения импульсов генератора импульсов [с];
дв=
Т - электромеханическая постоянная времени электродвигателя постоянного тока [с].
Недостатками аналога являются:
1) большие затраты времени (десятки секунд) на вычисления мертвого хода механической передачи по формуле (1) вручную, что увеличивает вероятность получения ошибки вычислений;
2) высокая сложность конструкции устройства контроля мертвого хода механической передачи - это построенные на дискретных радиоэлементах: формирователь импульсов, электронный коммутатор, логическая схема «И» на два входа, генератор импульсов и счетная схема;
3) низкая надежность, определяемая высокой сложностью конструкции устройства встроенного контроля мертвого хода механической передачи электропривода постоянного тока.
=
Наиболее близким техническим решением - прототипом, является устройство: «Электропривод постоянного тока с устройством встроенного контроля мертвого хода механической передачи» (патент на полезную модель RU 66869 U1, МПК Н02K 7/10, Н02Р 5/00, Бюл. №27 от 27.09.2007), содержащий: электродвигатель постоянного тока, который через контролируемую механическую передачу подсоединен к нагрузке; в якорную обмотку электродвигателя постоянного тока последовательно включен датчик - активное сопротивление с величиной на два-три порядка меньше сопротивления обмотки якоря, что исключает влияние датчика на режим работы электродвигателя постоянного тока; датчик подключен к формирователю импульсов, состоящему из дифференцирующей цепи и усилителя - ограничителя; формирователь импульсов подключен к микроконтроллеру фирмы Atmel серии ATtiny28L, который производит расчет мертвого хода α по заданному алгоритму и индицирует его значение на четырехразрядном знаковом индикаторе серии АЛС329Б с точностью до тысячной доли градуса.
=
Прототип лишен всех трех недостатков, присущих аналогу, а расчет мертвого хода механической передачи электропривода постоянного тока α осуществляется микроконтроллером за время не превышающее десяти миллисекунд из соотношения
н=
где  Ω - номинальная скорость вращения электродвигателя постоянного тока [об/мин] (берется из технической документации и записывается в FLASH память микроконтроллера);
мх
Т - время выбора мертвого хода механической передачи [с] (оно подсчитывается микроконтроллером и заносится в его SRAM память);
дв=
Т - электромеханическая постоянная времени электродвигателя постоянного тока [с] (берется из технической документации и записывается в FLASH память микроконтроллера).
=
Прототипом решена задача уменьшения времен вычисления мертвого хода механической передачи электропривода постоянного тока α в тысячи раз, упрощения конструкции и повышение надежности устройства.
~
Существенным недостатком прототипа является невозможность его использования для измерения мертвых ходов механических передач электроприводов переменного тока α.
~
=
Предлагаемой полезной моделью решается задача обеспечения возможности измерения мертвого хода механической передачи электропривода переменного тока α с теми же высокими техническими характеристиками измерения, что и в прототипе, где измеряется мертвый ход механической передачи электроприводов постоянного тока α.
Поставленная задача достигается тем, что в электропривод переменного тока с устройством встроенного контроля, содержащий электродвигатель, соединенный с нагрузкой через контролируемую механическую передачу, датчик контроля мертвого хода механической передачи, формирователь импульсов, выход которого подключен к линии порта микроконтроллера настроенной на вход, а линии портов микроконтроллера, настроенные на выход, подключены к четырехразрядному знаковому индикатору, введен пиковый амплитудный детектор, выход которого подключен ко входу формирователя импульсов, а вход соединен с датчиком контроля мертвого хода механической передачи, который встроен в статорную обмотку введенного в устройство электродвигателя переменного тока.
~
Датчик контроля мертвого хода механической передачи в электроприводе переменного тока α включен последовательно в цепь
дв~
статорной обмотки электродвигателя переменного тока и представляет собой активное сопротивление с величиной на два-три порядка меньше омического сопротивления статора (токовый шунт), что исключает влияние датчика на работу электропривода переменного тока. В момент запуска электропривода переменного тока на датчике выделяется бросок пускового переменного напряжения с частотой питающей электропривод сети. Электродвигатель переменного тока приходит во вращение и огибающая броска пускового переменного напряжения на датчике уменьшается по экспоненциальному закону с постоянной времени, равной электромеханической постоянной времени электродвигателя переменного тока Т. Кроме того в устройство введен пиковый амплитудный детектор, на который и подается сигнал с датчика мертвого хода механической передачи. Параметры пикового амплитудного детектора рассчитаны таким образом, что он является инерционным по частоте питающего электропривод переменного напряжения и безннерционным по огибающей сигнала с датчика.
Таким образом, включение датчика в статорную обмотку входящего в устройство электродвигателя переменного тока и введение в устройство пикового амплитудного детектора обеспечило возможность измерения мертвого хода механической передачи электропривода переменного тока.
На фиг.1 изображена блок - схема электропривода переменного тока с устройством встроенного контроля; на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства.
Электропривод переменного тока с устройством встроенного контроля (фиг.1) содержит: электродвигатель переменного тока 1, который через контролируемую механическую передачу 2 подсоединен к нагрузке 3; в статорную обмотку электродвигателя переменного тока 1 последовательно включен датчик 4 - активное сопротивление с величиной на два-три порядка меньше сопротивления обмотки статора, что исключает влияние датчика 4 на режим работы электродвигателя 3; датчик 4 подключен к пиковому
амплитудному детектору 5, собранному по типовой схеме и параметры которого рассчитаны из условия обеспечения инерционности детектора по несущей (частоте питающего электродвигатель напряжения) и безинерционности по огибающей сигнала с датчика 4; выход пикового амплитудного детектора 5 подключен к формирователю импульсов 6, состоящему из дифференцирующей цепи и усилителя - ограничителя;
формирователь импульсов 6 подключен к микроконтроллеру 7 фирмы Atmel серии ATtiny28L, который производит расчет мертвого хода по заданному алгоритму и индицирует его значение на четырехразрядном знаковом индикаторе 8 серии АЛС329Б с точностью до тысячной доли градуса.
1
4
1
4max
5
1
5max
6
1
6max
мx
1
2
Электропривод переменного тока с устройством встроенного контроля (фиг.1) работает следующим образом. Перед включением устройства в работу мертвый ход механической передачи 2 устанавливается в максимальное положение (как и в прототипе). Подается питание на пиковый амплитудный детектор 5, формирователь импульсов 6 и микроконтроллер 7 (четырехразрядный знаковый индикатор 8 питается от микроконтроллера 7). В момент времени t (Фиг.2) происходят следующие процессы: запускается в работу электродвигатель переменного тока 1 и в его обмотке статора возникает импульс переменного пускового тока, который создает импульс переменного напряжения на датчике 4 с амплитудой u(t)=U, поступающий на пиковый амплитудный детектор 5, который детектирует фронт сигнала с датчика 4 и подает выходной сигнал пикового амплитудного детектора u(t)=U на формирователь импульсов 6, который вырабатывает короткий импульс u(t)=U, поступающий на микроконтроллер 7; микроконтроллер 7 включается в работу и начинает отсчет времени выбора мертвого хода механической передачи Т и запись его текущего значения в свою память данных SRAM. В интервале времени от t до t(Фиг.2) протекают следующие физические процессы: электродвигатель переменного тока 1 приходит во вращение, переменный
4
5
6
мх
2
4
2
4max
5
2
5max
6
2
6max
мх
~
пусковой ток обмотки статора и переменное напряжение на датчике 4 u(t) уменьшаются по экспоненте; тихоходный вал механической передачи 2 остается неподвижным, так как происходит выбор мертвого хода, но он еще не выбран; напряжение на выходе пикового амплитудного детектора 5 u(t) уменьшается по экспоненте, а напряжение на выходе формирователя 6 равно нулю u(t)=0, микроконтроллер 7 продолжает отсчет времени выбора мертвого хода Т, и запоминает его значение в своей памяти данных SRAM. В момент времени t(фиг.2) происходят следующие процессы: закончен выбор мертвого хода механической передачи 2 и приходит во вращение тихоходный вал механической передачи 2 и нагрузка 3; нагрузка на электродвигатель переменного тока 1 скачкообразно возрастает и в его обмотке статора вновь возникает импульс переменного пускового тока, который создает импульс переменного напряжения на датчике 4 u(t)=U, поступающий на пиковый амплитудный детектор 5, который детектирует фронт сигнала с датчика и подает сигнал u(t)=U на формирователь импульсов 6, который вырабатывает короткий импульс u(t)=U, поступающий на микроконтроллер 7; микроконтроллер 7 заканчивает отсчет времени выбора мертвого хода механической передачи Т и запоминает его значение в своей памяти данных SRAM в размерности [с]; с учетом формулы (2) выражение для расчета мертвого хода механической передачи электропривода переменного тока αмикроконтроллером 7 принимает вид
н~
где  Ω - номинальная скорость вращения электродвигателя переменного тока [об/мин] (берется из технической документации и записывается заранее в FLASH память программ микроконтроллера 7);
мх
~
Т - время выбора мертвого хода механической передачи α [с] (оно подсчитывается в ходе выбора мертвого хода и записывается в память данных SRAM микроконтроллера 7);
дв~
Т - электромеханическая постоянная времени электродвигателя переменного тока [с] (берется из технической документации и записывается заранее в FLASH память программ микроконтроллера 7).
~
Микроконтроллер 7 по алгоритму, реализующему выражение (3), производит расчет мертвого хода механической передачи α за время не превышающее десяти миллисекунд и высвечивает его на четырехразрядном знаковом индикаторе 8, где старший разряд показывает единицы, а младший - тысячные доли градусов мертвого хода.
~
Введение в устройство пикового амплитудного детектора и установка датчика мертвого хода в цепь статорной обмотки введенного в устройство электродвигателя переменного тока обеспечило возможность измерения мертвого хода механической передачи электропривода переменного тока α с высокими техническими характеристиками:
~
мх
1) время измерения мертвого хода механической передачи α электропривода переменного тока складывается из времени выбора мертвого хода Т и времени расчета микроконтроллером его значения по выражению (3), что не превышает десяти миллисекунд;
~
2) точность измерения мертвого хода механической передачи α электропривода переменного тока составляет тысячные доли градуса.