ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА С УСТРОЙСТВОМ ВСТРОЕННОГО КОНТРОЛЯ МЕРТВОГО ХОДА МЕХАНИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ

Полезная модель относится к электромашиностроению, а именно к устройствам с встроенным контролем мертвых ходов механических
передач электроприводов постоянного тока в ходе их эксплуатации без демонтажа механических передач и электродвигателей.
Известны аналоги - устройства контроля мертвых ходов механических передач (а.с. СССР №386234, МПК G01В 7/30; а.с. СССР №652434, МПК G01В 7/28; а.с. СССР №896390, МПК G01В 7/30), содержащие датчики на тихоходном и быстроходном валах механической передачи и различные электронные схемы.
Недостатками указанных аналогов, при всей оригинальности технических решений, являются:
1) сложность конструкции датчиков контроля мертвых ходов механических передач;
2) отсутствие возможности безразборного контроля мертвых ходов механических передач электроприводов постоянного тока в процессе их эксплуатации по прямому назначению.
Наиболее близким техническим решением - прототипом, является «Электропривод постоянного тока» (а.с. СССР №1277301, МПК Н02К 11/00, 7/10), содержащий: механическую передачу с рабочей нагрузкой; приводной электродвигатель постоянного тока, в якорную обмотку которого последовательно включен датчик - активное сопротивление с величиной на два порядка меньше сопротивления обмотки якоря электродвигателя; формирователь импульсов, электронный коммутатор, логическую схему «И» на два входа, генератор импульсов и счетную схему. В прототипе измеряется время выбора мертвого хода, а формула для расчета вручную мертвого хода механической передачи имеет вид
н
где  Ω - номинальная скорость вращения электродвигателя [об/мин];
n - число импульсов подсчитанное счетной схемой;
и
Т - период повторения импульсов генератора импульсов [с];
дв
Т - электромеханическая постоянная времени электродвигателя [с].
Прототип лишен обоих недостатков, присущих аналогам, но при современном уровне развития микропроцессорной схемотехники прототипу присущи следующие основные недостатки:
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.
Предлагаемой полезной моделью решается задача уменьшения времен вычисления мертвого хода в тысячи раз, упрощения конструкции и повышение надежности устройства.
Поставленная задача достигается тем, что в электропривод постоянного тока с устройством встроенного контроля мертвого хода механической передачи, содержащий электродвигатель, соединенный с нагрузкой через механическую передачу, датчик контроля мертвого хода механической передачи, встроенный в электродвигатель, формирователь импульсов, вход которого подключен к датчику контроля мертвого хода, введены микроконтроллер и четырехразрядный знаковый индикатор, линия порта микроконтроллера, настроенная как вход, подключена к выходу
формирователя импульсов, а линии портов, настроенные как выход, подключены к четырехразрядному знаковому индикатору.
За счет включения в устройство микроконтроллера и четырехразрядного знакового индикатора отпала необходимость расчета мертвого мода вручную по формуле (1), что требовало временных затрат в десятки секунд, микроконтроллер выполняет расчет измеряемой величины мертвого хода по заданному алгоритму в конце процесса его измерения и высвечивает его значение на четырехзначном знаковом индикаторе с точностью тысячной доли градуса, затрачивая на это до десяти миллисекунд. Кроме того из устройства исключены четыре блока: электронный коммутатор, логическая схема «И», генератор импульсов и счетная схема, выполненные на дискретных радиоэлементах, что уменьшило сложность и увеличило надежность устройства измерения мертвого хода.
На фиг.1 изображена блок-схема электропривода постоянного тока с устройством встроенного контроля мертвого хода механической передачи; на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства.
Электропривод постоянного тока с устройством встроенного контроля мертвого хода механической передачи (фиг.1) содержит: электродвигатель постоянного тока 1, который через контролируемую механическую передачу 2 подсоединен к нагрузке 3; в якорную обмотку электродвигателя 1 последовательно включен датчик 4 - активное сопротивление с величиной на два порядка меньше сопротивления обмотки якоря, что исключает влияние датчика 4 на режим работы электродвигателя 3; датчик 4 подключен к формирователю импульсов 5, состоящему из дифференцирующей цепи и усилителя - ограничителя; формирователь импульсов 5 подключен к микроконтроллеру 6 фирмы Atmel серии ATtiny28L, который производит расчет мертвого хода по заданному алгоритму и индицирует его значение на четырехразрядном
знаковом индикаторе 7 серии АЛС329Б с точностью до тысячной доли градуса.
1
4
1
4 max
5
1
5 max
МХ
1
2
4
5
МХ
2
4
2
4 max
Электропривод постоянного тока с устройством встроенного контроля мертвого хода механической передачи (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 формирователь импульсов 5 и микроконтроллер 6 (четырехразрядный знаковый индикатор 7 питается от микроконтроллера 6). В момент времени t (фиг.2) происходят следующие процессы: запускается в работу электродвигатель 1 и в его обмотке якоря возникает импульс пускового тока, который создает импульс напряжения на датчике 4 u(t)=U, поступающий на формирователь 5; формирователь импульсов 5 вырабатывает короткий импульс u(t)=U, поступающий на микроконтроллер 6; микроконтроллер 6 включается в работу и начинает отсчет времени выбора мертвого хода механической передачи Т. В интервале времени от t до t (фиг.2) протекают следующие физические процессы: электродвигатель 1 приходит во вращение, пусковой ток якоря и 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 формирователя 5 равно нулю u(t)=0; микроконтроллер 6 производит отсчет времени выбора мертвого хода Т. В момент времени t (фиг.2) происходят следующие процессы: закончен выбор мертвого хода механической передачи 2, приходит во вращение тихоходный вал механической передачи 2 и нагрузка 3; нагрузка на электродвигатель 1 скачкообразно возрастает и в его обмотке якоря возникает импульс пускового тока, который создает импульс напряжения на датчике 4 u(t)=U, поступающий на
5
2
5 max
мх
формирователь 5; формирователь импульсов 5 вырабатывает второй короткий импульс u(t)=U, поступающий на микроконтроллер 6; микроконтроллер 6 прекращает отсчет времени выбора мертвого хода Т и запоминает его значение в своей памяти данных SRAM в размерности [с]; с учетом формулы (1) выражение для расчета мертвого хода механической передачи α микроконтроллером 6 принимает вид
н
дв
мх
в формуле (2) для электродвигателя 1 величины номинальной скорости вращения  Ω, имеющей размерность [об/мин], электромеханической постоянной времени Т - [с] величины известные, они берутся из технической документации на электродвигатель 1 и записываются заранее в FLASH память программ, а величина Т находится в памяти данных SRAM микроконтроллера 6; микроконтроллер 6 по алгоритму, реализующему выражение (2), производит расчет мертвого хода механической передачи α за время не превышающее десяти миллисекунд и высвечивает его на четырехразрядном знаковом индикаторе 7, где старший разряд показывает единицы, а младший - тысячные доли градусов мертвого хода.
Применение в устройстве восьмиразрядного микроконтроллера 6 фирмы Atmel серии ATtiny28L с FLASH памятью программ в 2 Кбайта, SRAM памятью данных в 32 байта и четырехразрядного знакового индикатора 7 серии АЛС329Б обеспечило:
1) сокращение времени вычисления мертвого хода в тысячи раз, так как микроконтроллер все вычисления производит автоматически в конце процесса измерения мертвого хода за время не превышающее десяти миллисекунд (в прототипе на эту процедуру требуются десятки секунд) и сразу же выдает результат в градусах с точностью до одной тысячной доли градуса на четырехзначном знаковом индикаторе.
2) уменьшение сложности конструкции, так как блок-схема предлагаемой полезной модели не содержит четыре блока прототипа (электронный коммутатор, логическую схему «И», генератор импульсов и счетную схему, выполненные на дискретных радиоэлементах), но выполняет более сложные функции;
3) увеличение надежности работы предлагаемой полезной модели за счет уменьшения сложности конструкции и исключения необходимости производить расчеты вручную.