RU2251188C1

RU2251188C1 - Device for limiting induction motor shaft torque

Info

Publication number: RU2251188C1
Application number: RU2003132710/09A
Authority: RU
Inventors: В.П. Тукмаков (RU); В.П. Тукмаков; А.К. Алексеев (RU); А.К. Алексеев; Г.Н. Дмитриев (RU); Г.Н. Дмитриев; шов Ю.П. Кудр (RU); Ю.П. Кудряшов; Н.В. Титова (RU); Н.В. Титова; П.К. Тукмаков (RU); П.К. Тукмаков; А.Д. Титов (RU); А.Д. Титов; С.К. Дмитриева (RU); С.К. Дмитриева; Е.Г. Михайлова (RU); Е.Г. Михайлова; Д.С. Гоник (RU); Д.С. Гоник
Priority date: 2003-11-10
Filing date: 2003-11-10
Publication date: 2005-04-27
Also published as: RU2003132710A

Abstract

FIELD: electrical engineering; electric drives.

SUBSTANCE: proposed device designed for limiting induction motor shaft torque depends for its operation on using information about active input power directly proportional to torque and has switch, current transformer and potential transformer inserted in motor stator circuit, as well as amplifier, two rectifiers, matching unit, scaled resistor, and resistor optocoupler. Current transformer output is connected to input of first rectifier whose output is connected through matching device to photodiode of resistor optocoupler. Potential transformer output is connected to input of second rectifier whose output is connected through scaled resistor to amplifier input; connected to amplifier feedback circuit is photoresistor of resistor optocoupler. Amplifier output is connected through threshold unit to switch input.

EFFECT: enhanced reliability and precision of motor shaft torque limiting, enhanced noise immunity of device.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводу, и может быть использовано для ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя.The invention relates to electrical engineering, in particular to an electric drive, and can be used to limit the torque on the shaft of an induction motor.

Известно устройство для ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя, содержащее коммутатор, трансформатор напряжения и трансформатор тока, включенные в статорную цепь электродвигателя, фазовращатель, соединенный с трансформатором тока, причем выход трансформатора напряжения подключен к первым входам формирователя временного интервала, фазовременного преобразователя и к входу задатчика уровня, выход которого подсоединен ко второму входу формирователя временного интервала, выход фазовращателя соединен со вторым входом фазовременного преобразователя, выход которого соединен с первым входом схемы “И”, второй вход которой подключен к выходу формирователя временного интервала, а выход схемы “И” подключен к входу триггера, выход которого соединен с входом коммутатора [1].A device is known for limiting the torque on the shaft of an asynchronous electric motor, comprising a commutator, a voltage transformer and a current transformer included in the stator circuit of the electric motor, a phase shifter connected to a current transformer, the voltage transformer output being connected to the first inputs of a time interval shaper, a phase-time converter, and an input level adjuster, the output of which is connected to the second input of the shaper of the time interval, the output of the phase shifter is connected to orym fazovremennogo input inverter, the output of which is connected to a first input of the circuit "AND", the second input of which is connected to the output of the time slot generator, and an output circuit "I" is connected to the input of the flip-flop, whose output is connected to the input of switch [1].

Недостатками указанного устройства являются низкая надежность и невысокая точность, обусловленные его сложностью.The disadvantages of this device are low reliability and low accuracy due to its complexity.

Известно устройство для ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя, содержащее коммутатор, трансформатор напряжения и трансформатор тока, включенные в статорную цепь электродвигателя, три формирователя импульсов, преобразователь переменного напряжения в постоянное, два интегратора, элемент ИЛИ-НЕ, два RS-триггера и пороговый элемент, причем выход фазовращатель через первый формирователь импульсов соединен с S-входом первого RS-триггера и с первым входом элемента ИЛИ-НЕ, выход трансформатора напряжения соединен с входом второго формирователя импульсов и через преобразователь переменного напряжения в постоянное - с первым входом третьего формирователя импульсов, выход второго формирователя импульсов через первый интегратор подключен ко второму входу третьего формирователя импульсов, выход которого соединен с S-входом второго RS-триггера и со вторым входом элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с R-входами первого и второго RS-триггеров, выходы которых соединены с первым и вторым входами второго интегратора, выход которого через пороговый элемент соединен с входом коммутатора [2].A device is known for limiting the torque on the shaft of an asynchronous electric motor, comprising a commutator, a voltage transformer and a current transformer included in the stator circuit of the electric motor, three pulse shapers, an AC / DC converter, two integrators, an OR-NOT element, two RS-flip-flops and a threshold element, and the output of the phase shifter through the first pulse shaper is connected to the S-input of the first RS-trigger and to the first input of the element OR NOT, the output of the voltage transformer is connected with the input of the second pulse shaper and through the AC to DC converter with the first input of the third pulse shaper, the output of the second pulse shaper through the first integrator is connected to the second input of the third pulse shaper, the output of which is connected to the S-input of the second RS-trigger and to the second input element OR NOT, whose output is connected to the R-inputs of the first and second RS-flip-flops, the outputs of which are connected to the first and second inputs of the second integrator, the output of which is through the threshold element nt connected to the input switch [2].

Недостатками указанного устройства являются низкая надежность и невысокая точность ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя, обусловленные его сложностью.The disadvantages of this device are low reliability and low accuracy of limiting the torque on the shaft of an induction motor, due to its complexity.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является устройство для ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя, содержащее коммутатор, трансформатор тока и трансформатор напряжения, включенные в статорную цепь электродвигателя, фазовращатель, соединенный с трансформатором тока, два ограничителя, схему сравнения и усилитель, причем выходы трансформатора напряжения и фазовращателя подключены соответственно к входам первого и второго ограничителей, выходы которых подсоединены к первому и второму входам схемы сравнения соответственно, выход которой через усилитель подключен к входу коммутатора [3].The closest in technical essence and the achieved result to the claimed invention is a device for limiting the torque on the shaft of an induction motor, comprising a switch, a current transformer and a voltage transformer included in the stator circuit of the electric motor, a phase shifter connected to a current transformer, two limiters, a comparison circuit and an amplifier, the outputs of the voltage transformer and phase shifter connected respectively to the inputs of the first and second limiters, the outputs of the cat They are connected to the first and second inputs of the comparison circuit, respectively, the output of which through the amplifier is connected to the input of the switch [3].

Однако указанное устройство имеет низкую помехозащищенность и невысокую точность, которые определяются формой и амплитудой сигналов на выходе фазовращателя и трансформатора напряжения, параметрами ограничителей, колебанием напряжения питания электродвигателя.However, this device has low noise immunity and low accuracy, which are determined by the shape and amplitude of the signals at the output of the phase shifter and voltage transformer, the parameters of the limiters, the voltage fluctuation of the electric motor.

Заявляемое изобретение решает задачу создания устройства, лишенного вышеперечисленных недостатков. Техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого изобретения, является повышение точности и надежности ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя путем использования информации о потребляемой активной мощности, прямо пропорциональной крутящему моменту на валу электродвигателя, а также повышение помехозащищенности устройства благодаря введению оптической связи (резисторной оптопары).The claimed invention solves the problem of creating a device devoid of the above disadvantages. The technical result achieved by using the claimed invention is to increase the accuracy and reliability of limiting the torque on the shaft of an induction motor by using information about the consumed active power, which is directly proportional to the torque on the shaft of the motor, as well as increasing the noise immunity of the device due to the introduction of optical communication (resistor optocoupler) .

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя, содержащее коммутатор, трансформатор тока и трансформатор напряжения, включенные в статорную цепь электродвигателя, и усилитель, введены два выпрямителя, согласующее устройство, масштабный резистор и резисторная оптопара, причем выход трансформатора тока подключен к входу первого выпрямителя, выход которого через согласующее устройство подключен к фотодиоду резисторной оптопары, выход трансформатора напряжения подключен к входу второго выпрямителя, выход которого через масштабный резистор подсоединен к входу усилителя, в цепь обратной связи которого подключен фотодиод резисторной оптопары, выход усилителя через пороговое устройство подсоединен к входу коммутатора.This goal is achieved by the fact that in the device for limiting the torque on the shaft of an induction motor, comprising a switch, a current transformer and a voltage transformer included in the stator circuit of the electric motor, and an amplifier, two rectifiers, a matching device, a large-scale resistor and a resistor optocouple are introduced, and the output a current transformer is connected to the input of the first rectifier, the output of which through a matching device is connected to the photodiode of the resistor optocoupler, the transformer output is voltage Ia is connected to the input of a second rectifier, the output of which is connected through a scaling resistor to the input of the amplifier, a feedback circuit which is connected a photodiode resistor optocoupler, the amplifier output through a threshold device connected to the input of the switch.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство для ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя отличается тем, что в него введены два выпрямителя, согласующее устройство, масштабный резистор и резисторная оптопара, причем выход трансформатора тока подключен к входу первого выпрямителя, выход которого через согласующее устройство подсоединен к фотодиоду резисторной оптопары, выход трансформатора напряжения подключен к входу второго выпрямителя, выход которого через масштабный резистор подсоединен к входу усилителя, в цепь обратной связи которого подключен фотодиод резисторной оптопары, выход усилителя через пороговое устройство подключен к входу коммутатора.Comparative analysis with the prototype shows that the inventive device for limiting the torque on the shaft of an induction motor differs in that two rectifiers, a matching device, a scale resistor and a resistor optocouple are introduced into it, and the output of the current transformer is connected to the input of the first rectifier, the output of which is through the matching the device is connected to the photodiode of the resistor optocoupler, the output of the voltage transformer is connected to the input of the second rectifier, the output of which is through a large-scale cut the source is connected to the input of the amplifier, in the feedback circuit of which a photodiode of the resistor optocoupler is connected, the output of the amplifier through a threshold device is connected to the input of the switch.

Таким образом, заявляемое устройство для ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя соответствует критерию “новизна”.Thus, the inventive device for limiting the torque on the shaft of an induction motor meets the criterion of "novelty."

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”.Comparison of the claimed technical solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in this technical field did not allow to reveal in them the signs that distinguish the claimed technical solution from the prototype. This allows us to conclude that the criterion of "inventive step".

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема устройства для ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя.Figure 1 shows the structural electrical diagram of a device for limiting the torque on the shaft of an induction motor.

Устройство для ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя содержит асинхронный электродвигатель 1, трансформатор напряжения 2, трансформатор тока 3, выпрямители 4, 7, согласующее устройство 5, резисторную оптопару 6, масштабный резистор 8, усилитель 9, пороговое устройство 10 и коммутатор 11.A device for limiting the torque on the shaft of an induction motor contains an asynchronous motor 1, a voltage transformer 2, a current transformer 3, rectifiers 4, 7, a matching device 5, a resistor optocouple 6, a scale resistor 8, an amplifier 9, a threshold device 10, and a switch 11.

Электродвигатель 1 через трансформатор тока 3 и коммутатор 11 включен в трехфазную питающую сеть, к двум фазам которой подключен трансформатор напряжения 2. Выход трансформатора тока 3 через первый выпрямитель 4 подсоединен к входу согласующего устройства 5. Выход согласующего устройства 5 подключен к выводам фотодиода оптопары 6. Выход трансформатора напряжения 2 подсоединен к входу второго выпрямителя 7. Выход второго выпрямителя 7 через масштабный резистор 8 подключен к входу усилителя 9, в цепь обратной связи которого подсоединен фоторезистор оптопары 6. Выход усилителя 9 через пороговое устройство 10 подсоединен к входу коммутатора 11.The electric motor 1 through a current transformer 3 and a switch 11 is connected to a three-phase supply network, the voltage transformer 2 is connected to two phases of it. The output of the current transformer 3 through the first rectifier 4 is connected to the input of the matching device 5. The output of the matching device 5 is connected to the terminals of the photodiode of the optocoupler 6. The output of voltage transformer 2 is connected to the input of the second rectifier 7. The output of the second rectifier 7 through a scale resistor 8 is connected to the input of the amplifier 9, in the feedback circuit of which photo cuts are connected side optocouplers 6. The output of the amplifier 9 through a threshold device 10 is connected to the input of the switch 11.

Устройство для ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя работает следующим образом. На выходах выпрямителей 4 и 7 снимаются выпрямленные напряжения, значения которых зависят от величины потребляемого электродвигателем тока и напряжения питания соответственно. Напряжение с выхода выпрямителя 4 подается на вход согласующего устройства 5. На фиг.2 приведена схема электрическая принципиальная согласующего устройства 5. Согласующее устройство 5 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 фотодиод оптопары 6, изменения светого потока которого изменяют сопротивление фоторезистора оптопары R_on согласно выражениюA device for limiting the torque on the shaft of an induction motor operates as follows. At the outputs of rectifiers 4 and 7, rectified voltages are removed, the values of which depend on the magnitude of the current consumed by the electric motor and the supply voltage, respectively. The voltage from the output of the rectifier 4 is supplied to the input of the matching device 5. Figure 2 shows the electrical circuit diagram of the matching device 5. The matching device 5 provides the operation of the resistive optocoupler 6 in a linear section of the characteristic. From the power source through the LED of the resistor optocoupler 6, a certain initial current is set, so that the operating point of the characteristics of the optocoupler is displayed on a linear section. The output voltage of the matching device 5 is supplied to the photodiode of the optocoupler 6, changes in the light flux of which change the resistance of the photoconductor optocoupler R _on according to the expression

где К₃, К₄, К₅, К₆ - коэффициенты передачи трансформатора тока 3, выпрямителя 4, согласующего устройства 5, 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 усилителя 9 (используется операционный усилитель), выходное напряжение которого изменяется согласно выражениюwhere K ₃ , K ₄ , K ₅ , K ₆ are the transmission coefficients of the current transformer 3, rectifier 4, matching device 5, resistor optocoupler 6, respectively; I _m - the amplitude of the current consumed by the electric motor. The rectified DC voltage from the output of the rectifier 7 through a scale resistor 8 is fed to the input of the amplifier 9 (an operational amplifier is used), the output voltage of which changes according to the expression

где К₂, К₇, K₉ - коэффициенты передачи трансформатора напряжения 2, выпрямителя 7, операционного усилителя 9 соответственно; U_m - амплитуда напряжения питания электродвигателя,where K ₂ , K ₇ , K ₉ are the transmission coefficients of the voltage transformer 2, rectifier 7, operational amplifier 9, respectively; U _m - the amplitude of the voltage of the electric motor,

С учетом (1) и (3) выражение (2) имеет видIn view of (1) and (3), expression (2) has the form

где

Where

Выражение (4) показывает, что на выходе усилителя 9 снимется напряжение, пропорциональное среднему за период значению потребляемой мощности, прямо пропорциональной крутящему моменту на валу электродвигателя. С выхода операционного усилителя 9 напряжение подается через пороговое устройство 10 на вход коммутатора 11. Если крутящий момент на валу электродвигателя больше момента заданного, то на выходе порогового устройства 10 появляется сигнал, который подается на коммутатор 11 на отключение электродвигателя.Expression (4) shows that the output of the amplifier 9 is removed voltage proportional to the average over the period the value of power consumption, directly proportional to the torque on the motor shaft. From the output of the operational amplifier 9, the voltage is supplied through the threshold device 10 to the input of the switch 11. If the torque on the motor shaft is greater than the moment specified, then a signal appears on the output of the threshold device 10, which is sent to the switch 11 to turn off the electric motor.

Введение новой совокупности признаков позволяет повысить точность и надежность ограничения крутящего момента на валу электродвигателя, благодаря использованию сигнала о потребляемой активной мощности, прямо пропорциональной крутящему моменту на валу электродвигателя, а введение в устройство оптической связи (резисторной оптопары) позволяет повысить помехозащищенность устройства.The introduction of a new set of features makes it possible to increase the accuracy and reliability of limiting the torque on the motor shaft, thanks to the use of a signal about the active power consumed, which is directly proportional to the torque on the motor shaft, and the introduction of optical communication (resistor optocouplers) into the device allows to increase the noise immunity of the device.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описанияSources of information taken into account when compiling the description

1. Авторское свидетельство СССР №817955, Кл. Н 02 Р 5/28, 1978.1. USSR Copyright Certificate No. 817955, Cl. H 02 P 5/28, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР №1056351, Кл. Н 02 Р 5/28, 1982.2. Copyright certificate of the USSR No. 1056351, Cl. H 02 P 5/28, 1982.

3. Патент Швеции №376128, Кл. H 02 h 7/085, 1976 (прототип).3. Swedish patent No. 376128, Cl. H 02 h 7/085, 1976 (prototype).

4. Иванов В.И., Аксенов А.И., Юшин А.М. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы. Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1984.4. Ivanov V.I., Aksenov A.I., Yushin A.M. Semiconductor optoelectronic devices. Directory. M .: Energoatomizdat, 1984.

Claims

A device for limiting the torque on the shaft of an asynchronous electric motor, comprising a switch, a current transformer and a voltage transformer included in the stator circuit of the asynchronous electric motor, and an amplifier, characterized in that two rectifiers, a matching device, a large-scale resistor and a resistor optocouple are introduced into it, and the output a current transformer is connected to the input of the first rectifier, the output of which through the matching device is connected to the photodiode of the resistor optocoupler, the output of the transformer is voltage voltage is connected to the input of the second rectifier, the output of which through a large-scale resistor is connected to the input of the amplifier, the feedback circuit of which is connected to a resistor optocouple photoresistor, the output of the amplifier through a threshold device is connected to the input of the switch.