SU794527A1 - Device for measuring induction motor rotational speed - Google Patents

Description

1one

Изобретение относитс  к измерительной и преобразовательной технике н может быть использовано дл  преобразовани  скорости вращени  асинхронного электродвигател  в пропорциональную ей частоту следовани  импульсов и дл  цифрового измерени  скорости вращени  электродвигател  в системах контрол  и управлени  автоматизированным электроприводом.The invention relates to measurement and conversion technology and can be used to convert the speed of rotation of an induction motor into its proportional pulse frequency and to digitally measure the speed of rotation of an electric motor in control systems of an automated electric drive.

Известны цифровые измерители скорости, содержащие датчики скорости, сопр гаемые с валом, формирователи импульсов, генератор опорной частоты, счетчики и логические блоки 1.Digital speed meters are known that contain speed sensors associated with a shaft, pulse shapers, a reference frequency generator, counters, and logic blocks 1.

Недостатками известных измерителей  вл ютс  ограниченное быстродействие и необходимость установки на валу двигател  специального датчика скорости, что снижает надежность системы.The disadvantages of the known gauges are the limited speed and the need to install a special speed sensor on the motor shaft, which reduces the reliability of the system.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и решаемым задачам  вл етс  цифровой измеритель скорости вращени  асинхронного электродвигател , содержащий два формировател  импульсов, входы которых подключены к фазовым обмоткам соответственно статора и ротора электродвигател , генератора опорной частоты , три делител  частоты, два управл емых делител  частоты, два управл ющих счетчика, счетчик результата, блок вычитани  импульсов, два блока управлени  и два блока переноса кода, причем сбросовый вход счетчика результата подключен к выходу первого делител  частоты, подключенного входом к входам управл ющих счетчиков и выходу третьего делител  частоты, подключенного входом к выходу генератора опорной частоты и входу второго делител  частоты, выход которого подключен кThe closest to the invention in technical essence and solvable problems is a digital meter of rotational speed of an asynchronous electric motor containing two pulse shapers, the inputs of which are connected to the phase windings of the stator and rotor of the electric motor, the reference frequency generator, three frequency dividers, two controlled frequency dividers, two control counters, a result counter, a pulse subtraction unit, two control units and two code transfer units, the reset input of the result counter according to Keys to the output of the first frequency divider connected to the inputs of input steering counter and the output of the third frequency divider connected to the output of the input of the reference oscillator and the input of the second frequency divider, the output of which is connected to

информационным входам управл емых делителей частоты, выходы которых подключены к первым входам блоков управлени  и к двум входам блока вычитани  импульсов, выход которого подключен к счетному входу счетчика результата, управл ющие входы управл емых делителей частоты подключены через блоки переноса кода к выходам соответствующих управл ющих счетчиков , вторые входы блоков управлени information inputs of controlled frequency dividers, the outputs of which are connected to the first inputs of the control units and to two inputs of the pulse subtraction unit, the output of which is connected to the counting input of the result counter, the control inputs of the controlled frequency dividers are connected via code transfer blocks to the outputs of the corresponding control counters , second inputs of control units

подключены к выходам соответствующих формирователей импульсов, а выходы - ко входам сброса и управлени  управл емых делителей частоты, к управл ющим входам блоков переноса кода и к входам сбросаconnected to the outputs of the corresponding pulse formers, and outputs to the reset and control inputs of the controlled frequency dividers, to the control inputs of the code transfer units and to the reset inputs

соответствующих управл ющих счетчиков 2.relevant control counters 2.

Однако это устройство имеет сложную схему и ограниченную область применени , поскольку может быть использовано толькоHowever, this device has a complex scheme and limited scope, since it can only be used

дл  измерени  скорости асинхронных электродвигателей , имеющих фазную обмотку. В промышленности же наиболее широко используютс  короткозамкнутые асинхронные электродвигатели. . ;for measuring the speed of asynchronous motors having a phase winding. In industry, the most widely used short-circuited asynchronous electric motors. . ;

Целью изобретени   вл етс  расширение области применени  и упрош,ение устройстваThe aim of the invention is to expand the scope and simplification of the device.

Это достигаетс  тем, что в устройство, содержаш .ее формирователь импульсов, подключенный к вычислительному блоку, состо щему из генератора опорной частоты, блока вычитани  импульсов, трех делителей частоты, управл ющего счетчика, управл емого делител  частоты, блока переноса кода и счетчика результата, введены датчик электромагнитного пол  и четвертый делитель частоты, при этом датчик электромагнитного пол  выполнен в виде магниточувствительного элемента, установленного нормально к потоку рассе ни  ротора , вход четвертого делител  частоты подключен к входу второго делител  частоты , выход его подключен к второму входу блока вычитани  импульсов и к входу третьего делител  частоты, причем входы обнулени  делителей частоты объединены с входом обн5лени  управл ющего счетчика.This is achieved in that the device containing a pulse shaper connected to a computing unit consisting of a reference frequency generator, a pulse subtraction unit, three frequency dividers, a control counter, a controlled frequency divider, a code transfer unit and a result counter, An electromagnetic field sensor and a fourth frequency divider are introduced, while the electromagnetic field sensor is designed as a magnetically sensitive element, installed normally to the rotor scatter flow, the fourth input divides The frequency is connected to the input of the second frequency divider, its output is connected to the second input of the pulse reading unit and to the input of the third frequency divider, and the zero inputs of the frequency dividers are combined with the update input of the control counter.

На чертеже изображена структурна  схема устройства.The drawing shows a block diagram of the device.

Устройство содержит датчик электромагнитного пол  1, установленный у вала асинхронного электродвигател  нормально к потоку рассе ни  ротора и подключенного ко входу формировател  импзльсов 2, генератор опорной частоты 3, делител  частоты 4-7, управл емый делитель частоты 8, включающий счетчик-делитель 9, регистр пам ти 10 и блок переноса кода 11, управл ющий счетчик 12, счетчик результата 13, блок вычитани  импульсов 14, блок переноса кода 15 и блок управлени  16. Выход 17 формировател  импульсов 2 подключен к первому входу блока управлени  16. Выход генератора 3 подключен к счетным входам делителей частоты 4 и 5. Выход делител  4 подключен к счетным входам делител  частоты 6 и управл емого делител  частоты 8. Выход делител  6 подключен к второму входу блока вычитани  импульсов 14 и счетному входу делител  частоты 7, выход которого подключен к сбросовому входу счетчика результата 13, счетный вход которого подключен к выходу блока вычитани  импульсов, первый вход которого подключен к выходу управл емого делител  частоты 8 и ко второму входу блока управлени  16, выходы которого подключены к входам сброса счетчика 12, регистра пам ти 10 и делителей 4 и 5, а также к управл ющим входам блоков переноса кода 11 и 15. Выход делител  5 подключен к счетному входу управл ющего счетчика 12, выходы разр дов которого подключены через блок переноса кода 15 к входам разр дов регистра пам ти 10, выходы разр дов которого через блок переноса кода 11 подключены к входам разр дов счетчика-делител  9.The device contains an electromagnetic field sensor 1 installed at the shaft of the induction motor normally to the rotor scatter flow and connected to the impuls generator 2, the reference frequency generator 3, frequency divider 4-7, controlled frequency divider 8, including counter-divider 9, register memory 10 and a code 11 transfer unit, a control counter 12, a result counter 13, a pulse subtraction unit 14, a code transfer unit 15 and a control unit 16. Pulse driver output 17 is connected to the first input of the control unit 16. Output The generator 3 is connected to the counting inputs of frequency dividers 4 and 5. The output of divider 4 is connected to the counting inputs of frequency divider 6 and controlled frequency divider 8. The output of divider 6 is connected to the second input of the pulse reading unit 14 and the counting input of frequency divider 7, the output of which connected to the reset input of the result counter 13, the counting input of which is connected to the output of the pulse readout unit, the first input of which is connected to the output of the controlled frequency divider 8 and to the second input of the control unit 16, the outputs of which are connected to the reset inputs of the counter 12, the memory register 10 and dividers 4 and 5, as well as to the control inputs of the code transfer blocks 11 and 15. The output of the divider 5 is connected to the count input of the control counter 12, the bit outputs of which are connected through the code transfer block 15 to the inputs of the bits of the memory register 10, the outputs of the bits of which are connected via the transfer unit of code 11 to the inputs of the bits of the counter-divider 9.

. Pa6otaet устройство следующим образом .. Pa6otaet device as follows.

Частота изменени  потока рассе ни  ротора асинхронного электродвигател , как фазного, так и короткозамкнутого, имеющего наибольщую величину у вала электродвигател , равна частоте тока ротора, пропорциональной скольжению электродвигател . Если у вала электродвигател  нормально потоку рассе ни  ротора установить датчик электромагнитно1о пол , то наThe frequency of scattering of the rotor of an asynchronous electric motor, both phase and short-circuited, having the greatest magnitude at the motor shaft, is equal to the frequency of the rotor current proportional to the slip of the electric motor. If the motor shaft is normally dispersed by the rotor to install an electromagnetic-field sensor, then

его вы.ходе можно получать периодически измен ющийс  сигнал, частота которого будет пропорциональна частоте тока ротора. В качестве датчика электромагнитного пол  может быть использована катущка индуктивности с больщим числом витков и ферромагнитным сердечником. В формирователе импулъ,сов 2 в моменты перехода сигнала датчика 1 через нуль будут формироватьс  импульсы с удвоенной частотойits output can receive a periodically varying signal whose frequency will be proportional to the frequency of the rotor current. As an electromagnetic field sensor, an inductor with a large number of turns and a ferromagnetic core can be used. In the impulse shaper, cos 2 at the moments when the signal from the sensor 1 crosses zero, pulses with double frequency will be generated

тока ротора fi 2f-p. В качестве датчика электромагнитного пол  может быть использован также гальваномагнитный элемент , например датчик Холла, магниторезистор , магнитодиод, магнитотранзистор,rotor current fi 2f-p. As the electromagnetic field sensor, a galvanomagnetic element can also be used, for example, a Hall sensor, a magnetoresistor, a magnetic diode, a magnetotransistor,

магнитотиристор или комбинированный магнитоприбор. Причем датчик может быть установлен у вала как вне, так и внутри корпуса электродвигател , что просто рещает проблему взрывозащиты датчика. Какmagnetothyristor or combined magnetopribor. Moreover, the sensor can be installed at the shaft, both outside and inside the motor housing, which simply solves the problem of the explosion protection of the sensor. how

известно, скорость вращени  асинхронного электродвигател  можно представить в виде частоты сигнала, численно равной скорости вращени  двигател  в единицах оборотов в минуту, с помощью зависимостиIt is known that the speed of rotation of an asynchronous electric motor can be represented as a signal frequency, numerically equal to the speed of rotation of the engine in units of revolutions per minute, using the dependence

6060

-(/с-/р),(1)  - (/ s- / r), (1)

гда /с и /р - частота тока статора и ротора; р - число пар полюсов.gda / s and / p is the current frequency of the stator and rotor; p is the number of pairs of poles.

Частота сети fc в современных объединенных энергосистемах поддерживаетс  с точностью ±0,2%, поэтому погрешность, вносима  изменением частоты сети, дл  измерени  скорости многих механизмов оказываетс  малой. Принима  /с const, можно сформировать первый член выражени  (1) с помощью частоты опорного генератора , приравн вThe network frequency fc in modern integrated power systems is maintained with an accuracy of ± 0.2%, so the error introduced by changing the network frequency to measure the speed of many mechanisms is small. Accepting / with const, it is possible to form the first term of expression (1) using the frequency of the reference oscillator,

/c(ДЛЯfe 50Гц).  / c (for 50Hz).

откуда коэффициент делени  делител  частоты на выходе генератора будет равенwhere the division ratio of the frequency divider at the generator output will be equal to

Claims (2)

Дл  измерени  скорости вращени  электродвигателей с разным числом полюсов р удобнее иметь делитель частоты 4 с перестраиваемым коэффициентом делени  р. Тогда коэффициент делени  делител  частоты 6, на вход которого поступают импульсы с частотой -- , будет равен i - 300 При этом на выходе делител  частоты 6 будет образовыватьс  частота Р 300/0 60 , ч - Т -/С Р/оР т. е. равна  первому члену в зависимости (1). Второй член выражени  (1) образуетс  с помощью умножител  частоты, образованного генератором 3, делител ми частоты 4 и 5, управл ющим счетчиком 12, управл емым делителем частоты 8 и блоком управлени  - распределителем импульсов 16. Импульсы высокой опорной частоты /о с выхода генератора 3 поступают через делитель частоты 5 на счетный вход управл ющего счетчика 12, где они суммируютс  на временных интервалах, равных периодам частоты с выхода формировател  2, т. е. 1ГЭти интервалы формируютс  подачей на сбросовый вход счетчика 12 импульсов управлени  с блока 16, на вход 17 которого поступают импульсы с выхода формировател  2. За врем  Т в счетчике 12 образуетс  код , , где /С2 - коэффициент делени  делител  5. Перед каждым сбросом счетчика 12 код из него переноситс  через блок 15 в предварительно очищенный регистр пам ти 10 управл емого делител  частоты 8. Код Лт  вл етс  переменным коэффициентом делени  частоты fo/P, поступающей на вход делител  8 с выхода делител  4. На выходе управл емого делител  частоты 8 образуетс  последовательность импульсов с частотой того, чтобы частота F была численно равна второму члену зависимости (1), необходимо выполнение равенства 60 f 2К, г f р откуда коэффициент делени  делител  5 будет равен 7(. Последовательности импульсов с частотами f i и 2 с выходов делителей 6 и 8 поступают на входы блока вычитани  импульсов 14, на выходе которого формируетс  последовательность импульсов с частотой Лых -(/с-Л-«). численно равной скорости вращени  электродвигател  в единицах оборотов в минуту . Частота /вых может быть использована в качестве сигнала обратной св зи по скорости в системах автоматизированного электропривода. Импульсы этой частоты, суммиру сь в счетчике результата 13 за эталонный временной интервал Гизм, образуют на выходах разр дов счетчика код вых у вых ИЗМ1 численно равный при 7изм 1 скорости вращени  электродвигател  в об/мин. Эталонный интервал образуетс  подачей на вход сброса счетчика 13 импульсов с выхода делител  7, подключенного к выходу делител  6. Коэффициент делени  делител  7 находитс  из выражени  F 300 Кг р-Кг И равен г 300 -v Дл  повыщени  точности измерени  и дискретности выходной частоты необходимо увеличить коэффициенты делени  Ki и /Сз делителей 5 и 7 в 10 раз, уменьшив во столько же раз коэффициент делени  /d делител  6. Тогда выходна  частота будет равна /аых lO/Z. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  скорости вращени  асинхронного двигател , содержащее формирователь импульсов, подключенный к вычислительному блоку, состо щему из генератора опорной частоты, блока вычитани  импульсов, трех делителей частоты , управл ющего счетчика, управл емого делител  частоты, блока переноса кода и счетчика результата, отличающийс  тем, что, с целью расщирени  области применени  и упрощени  вычислительного блока , в него введены датчик электромагнитного пол  и четвертый делитель частоты, при этом датчик электромагнитного пол  выполнен в виде магниточувствительного элемента, установленного нормально к потоку рассе ни  ротора, а вход четвертого делител  частоты подключен к входу второго делител  частоты, выход его подключен ко второму входу блока вычитани  импульсов и к входу третьего делител  частоты , причем входы обнулени  делителей частоты объединены с входом обнулени  управл ющего счетчика. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Богорад Г. 3., Киблицкий В. А. Цифровые регул торы и измерители скорости.- М., 1967, с. 8-40.   To measure the rotational speed of electric motors with different numbers of poles p, it is more convenient to have a frequency divider 4 with a tunable division factor of p. Then the division factor of frequency divider 6, to the input of which pulses are received with frequency -, will be equal to i - 300. At the output of frequency divider 6, a frequency P 300/0 60 will be formed, h - T - / C P / oP. is equal to the first term in the dependence (1). The second term of expression (1) is formed using a frequency multiplier formed by generator 3, frequency dividers 4 and 5, a control counter 12, controlled by frequency divider 8, and a control unit — a pulse distributor 16. Pulses of a high frequency / o from the generator output 3 are fed through a frequency divider 5 to the counting input of the control counter 12, where they are summed up at time intervals equal to the periods of the frequency from the output of the driver 2, i.e. 1G These intervals are formed by applying control pulses 12 to the reset input of the counter From block 16, input 17 of which receives pulses from the output of generator 2. During time T, counter 12 forms a code, where / C2 is the division factor of divider 5. Before each reset of counter 12, the code is transferred from it through block 15 to the previously cleared memory register 10 controlled frequency divider 8. Lt code is a variable frequency division factor fo / P, inputted to divider 8 output from divider 4. At the output of controlled frequency divider 8, a sequence of pulses is formed with the frequency of frequency F number about equal to the second term of relation (1) is necessary to satisfy the equality 60 2K f, g f p where dividing ratio of the divider 5 is equal to 7 (. The pulse sequences with frequencies f i and 2 from the outputs of dividers 6 and 8 are fed to the inputs of the pulse subtraction unit 14, at the output of which a sequence of pulses is formed with a frequency L of - (/ s-L-). numerically equal to the speed of rotation of the motor in units of revolutions per minute. Frequency / output can be used as a speed feedback signal in automated drive systems. The pulses of this frequency, summed up in the counter of result 13 for the reference time interval Gizm, form at the outputs of the counter bits the code of the output OUT IZM1 is numerically equal to 7 and 1 of the speed of rotation of the electric motor in rpm. The reference interval is formed by applying to the reset input of the counter 13 pulses from the output of divider 7 connected to the output of divider 6. The division factor of divider 7 is found from the expression F 300 Kg p-Kg And is equal to g 300 -v To increase the accuracy of measurement and discreteness of the output frequency it is necessary to increase the division factors Ki and / Sz dividers are 5 and 7 10 times, decreasing the division factor / d divider by six times. Then the output frequency will be equal to lO / Z. Apparatus of the Invention A device for measuring the rotational speed of an asynchronous motor, comprising a pulse driver connected to a computing unit consisting of a reference frequency generator, a pulse subtraction unit, three frequency dividers, a control counter, a controlled frequency divider, a code transfer unit and a result counter, characterized in that, in order to expand the application area and simplify the computing unit, an electromagnetic field sensor and a fourth frequency divider are inserted into it, while sensors The electromagnetic field is made of a magnetically sensitive element installed normally to the rotor scattered flow, and the fourth frequency divider input is connected to the second frequency divider input, its output is connected to the second input of the pulse subtractor and the third frequency divider inputs combined with the zeroing input of the control counter. Sources of information taken into account in the examination 1. Bogorad G. 3., Kiblitsky V. A. Digital controllers and speed meters .- M., 1967, p. 8-40. 2.Авторское свидетельство СССР № 632956, кл. G 01 Р 3/48, 02.07.76 (прототип ).2. USSR author's certificate number 632956, cl. G 01 R 3/48, 07/02/76 (prototype).