ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Полезная модель относится к электромеханике, электротехнике, электроэнергетике и может быть использована в системах управления частотно-регулируемыми приводами с асинхронными двигателями, таких как приводы металлорежущих станков, натяжные, намоточно-размоточные механизмы и т.п.
Из уровня техники известно устройство для измерения крутящего момента асинхронного электродвигателя, содержащее в цепи питания асинхронного двигателя измерительные трансформаторы тока и напряжения [RU 57456, МПК G01L 3/10, опубл. 10.10.2006 г.].
Основным недостатком этого устройства является недостаточное быстродействие, обусловленное применением инерционного логометрического механизма индикации вращающего момента.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности является измерительное устройство для определения механического момента электрических машин [Об одном методе определения вращающего момента электрических машин / В.И.Смолин, Д.В.Топольский, Н.Н.Гудаев // Электричество. - 1999. - №7. - С.27-30], содержащее измерительные преобразователи тока, напряжения, частоты вращения и температуры, а также аналого-цифровую систему сбора данных и однокристальную микроЭВМ.
Недостатком прототипа является невозможность использования для измерения момента асинхронных двигателей в составе частотно-регулируемого привода.
В основу полезной модели положена техническая задача, заключающаяся в возможности определения мгновенного вращающего момента асинхронных двигателей в составе частотно-регулируемого привода за счет многоканального синхронного измерения входных параметров.
Поставленная техническая задача решается тем, что цифровой измеритель вращающего момента асинхронных двигателей содержит электрически соединенные блок первичных преобразователей, датчик угловой скорости вращения ротора двигателя, датчик температуры и электронный блок измерителя вращающего момента, выход которого соединен с устройством вывода информации, причем блок первичных преобразователей содержит измерительные преобразователи линейного тока и измерительные преобразователи линейного напряжения, а электронный блок измерителя вращающего момента содержит аналого-цифровую систему сбора данных (АЦССД) и микроконтроллер, согласно полезной модели устройство дополнительно содержит трехфазный преобразователь частоты и датчик угловой скорости вращения магнитного поля двигателя.
Введение в устройство трехфазного преобразователя частоты и датчика угловой скорости вращения магнитного поля двигателя позволяет обеспечить определение мгновенного вращающего момента асинхронных двигателей в составе частотно-регулируемого привода за счет многоканального синхронного измерения входных параметров.
Многоканальное синхронное измерение входных параметров асинхронных двигателей, позволяет оказать воздействие на определение вращающего момента асинхронных двигателей в частотно-регулируемом электроприводе и обеспечить вычисление мгновенного вращающего момента асинхронных двигателей по их собственным электрическим параметрам и регулируемым координатам в реальном масштабе времени.
Принцип работы цифрового измерителя вращающего момента асинхронных двигателей базируется на контроле за энергетическими преобразованиями, происходящими в асинхронных двигателях, в реальном масштабе времени и ориентирован на применение аналого-цифровой и вычислительной техники.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена функциональная схема цифрового измерителя вращающего момента асинхронных двигателей.
Цифровой измеритель вращающего момента асинхронных двигателей содержит трехфазный частотный преобразователь 1, блок первичных преобразователей 2, который содержит два измерительных преобразователя линейного тока 3 и 4 (далее по тексту датчики тока 3 и 4 соответственно), а также два измерительных преобразователя линейного напряжения 5 и 6 (далее по тексту датчики напряжения 5 и 6 соответственно), асинхронный двигатель 7, датчик температуры 8, датчик угловой скорости вращения ротора двигателя 9, датчик угловой скорости вращения магнитного поля двигателя 10, электронный блок измерителя вращающего момента 11, который содержит аналого-цифровую систему сбора данных 12 (далее по тексту АЦССД 12) и микроконтроллер 13, устройство вывода информации 14.
Устройство работает следующим образом.
A
C
AB
BC
0
Сигналы питания асинхронного двигателя 7 поступают в него из трехфазного частотного преобразователя 1 через блок первичных преобразователей 2. Блок первичных преобразователей 2 измеряет мгновенные значения токов i и i посредством датчиков тока 3 и 4 соответственно и напряжений u и u посредством датчиков напряжения 5 и 6 соответственно, преобразует и передает их в электронный блок измерителя вращающего момента 11. Кроме того, в электронный блок измерителя вращающего момента 11 поступают сигналы мгновенной угловой скорости вращения магнитного поля ω с датчика угловой скорости вращения магнитного поля двигателя 10 и мгновенной угловой скорости вращения ротора ω с датчика угловой скорости вращения ротора двигателя 9, а также сигнал температуры θ асинхронного двигателя с датчика температуры 8.
Электронный блок измерителя вращающего момента 11 содержит АЦССД 12 и микроконтроллер. 13, необходимые для приема, обработки, хранения и передачи информации в реальном масштабе времени.
Через аналоговый мультиплексор, входящий в состав АЦССД 12, сигналы с датчиков тока 3 и 4, датчиков напряжения 5 и 6, датчика температуры 8, датчика угловой скорости вращения ротора двигателя 9, датчика угловой скорости вращения магнитного поля двигателя 10, преобразованные к уровню диапазона входных сигналов АЦССД 12, поступают для аналого-цифровой обработки в АЦССД 12. АЦССД 12 синхронно опрашивает сигналы датчиков тока 3 и 4, датчиков напряжения 5 и 6, датчика температуры 8, датчика угловой скорости вращения ротора двигателя 9, датчика угловой скорости вращения магнитного поля двигателя 10, преобразует их в цифровой код и передает их для дальнейшей обработки в микроконтроллер. На основе поступившей информации вычисляется мгновенная мощность, потребляемая асинхронным двигателем, электрические, механические и магнитные потери мощности, полезная мощность на валу асинхронного двигателя. По вычисленным значениям полезной мощности и информации о мгновенной угловой скорости вычисляется мгновенный вращающий момент.
Информация о мгновенном значении вращающего момента асинхронного двигателя по его собственным электрическим параметрам и регулируемым координатам из электронного блока измерителя вращающего момента 11 выводится на устройство вывода информации 14 (например, дисплей).
Таким образом, заявляемое устройство позволяет определять мгновенное значение вращающего момента асинхронного двигателя. Данное устройство было апробировано на кафедре электротехники Южно-Уральского государственного университета.