RU2285182C2

RU2285182C2 - Electric drive

Info

Publication number: RU2285182C2
Application number: RU2003131069/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Егорович Брезгин (RU); Александр Егорович Брезгин; Виктор Николаевич Черемисин (RU); Виктор Николаевич Черемисин; Александр Сергеевич Каракулов (RU); Александр Сергеевич Каракулов; Антон Александрович Антропов (RU); Антон Александрович Антропов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "ТРАНСНЕФТЬ"; Открытое акционерное общество "Магистральные нефтепроводы Центральной Сибири"
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2003-10-22
Publication date: 2006-10-10
Also published as: RU2003131069A

Abstract

FIELD: pipeline engineering.

SUBSTANCE: electric drive comprises three-phase asynchronous motor with shortened rotor, transmitting mechanism, and optical-mechanical transducer for determining position of the output link of the transmitting mechanism. The electric drive has the torque unit made for permitting calculation of torque as a function of current in the stator of the asynchronous electric motor, speed of rotation of the rotor, and current frequency as well as for permitting control of limit torque. The first input of the unit is connected with the stator winding of the asynchronous electric motor through the current transducer. The second input of the unit is connected with the optical-mechanical pickup of position of the output link of the transmitting mechanism. The controller of the position of the outlet link has the first input for control of limit position, second input connected with the optical-mechanical pickup of position, and output. The electric drive is made for permitting determination of the speed of rotation of the asynchronous electric motor for torque unit from the readings of the optical-mechanical pickup of position.

EFFECT: simplified structure, reduced sizes, and enhanced reliability.

6 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электроприводам, в частности к комбинированным средствам управления запорной арматурой (задвижками, клапанами, кранами и т.п.) с помощью электродвигателя и вручную, и может быть использовано на трубопроводах при транспорте нефти, нефтепродуктов, в химической и нефтехимической отраслях.The invention relates to electric drives, in particular to combined controls for valves (valves, valves, taps, etc.) using an electric motor and manually, and can be used on pipelines for the transport of oil, oil products, in the chemical and petrochemical industries.

Известен электропривод (патент РФ на изобретение №2154219, F 16 K 31/05, опубликованный 10.08.2000, бюллетень №22), содержащий электродвигатель, редуктор, ручной дублер, кулачковую муфту ограничения крутящего момента, преобразователь и соединенное с ним регистрирующее устройство. Преобразователь кинематически связан с муфтой ограничения крутящего момента. Муфта ограничения крутящего момента выполнена в виде подпружиненной подвижной и неподвижной полумуфт. При возрастании величины крутящего момента на выходном валу электропривода осевое перемещение подвижной полумуфты передается преобразователю, который при соответствующей механически заданной в нем величине крутящего момента для данного направления вращения вала механически воздействует на регистрирующее устройство.A known electric drive (RF patent for the invention No. 2154219, F 16 K 31/05, published on 08/10/2000, Bulletin No. 22) containing an electric motor, gearbox, manual backup, cam clutch for torque limiting, a converter and a recording device connected to it. The converter is kinematically coupled to a torque limiting clutch. The torque limiting coupling is made in the form of a spring-loaded movable and fixed coupling halves. When the magnitude of the torque on the output shaft of the electric drive increases, the axial movement of the movable coupling half is transmitted to the converter, which, with the corresponding mechanically specified amount of torque for a given direction of rotation of the shaft, mechanically acts on the recording device.

Регистрирующее устройство срабатывает и отключает электрическое питание электродвигателя. Недостатком этого электропривода является неточность отключения электродвигателя муфтой по отношению к заданному крутящему моменту и непредусмотренное срабатывание муфты при запуске привода.The recording device activates and turns off the electrical power to the electric motor. The disadvantage of this electric drive is the inaccuracy of disconnecting the electric motor by the coupling in relation to a given torque and the unintended operation of the coupling when the drive starts.

Погрешность отключения составляет от 40 до 100%. Кроме того, после отключения электродвигателя от сети детали электропривода испытывают ударную нагрузку, что приводит к их сотрясению и износу и снижает надежность работы и срок службы электропривода. Муфта излишне нагружает шпиндель запорной арматуры за счет инерции вращающихся деталей и создает ударные нагрузки на деталях электропривода и на арматуре.The shutdown error is from 40 to 100%. In addition, after the motor is disconnected from the network, the parts of the electric drive experience an impact load, which leads to shock and wear and reduces the reliability and service life of the electric drive. The coupling unnecessarily loads the spindle of the shutoff valves due to the inertia of the rotating parts and creates shock loads on the parts of the actuator and on the valve.

Известен электропривод, описанный в Руководстве по хранению, установке и техническому обслуживанию «Приводы для трубопроводной арматуры и системы контроля» (фирма BIFFI, Италия, 1994 г.). Электропривод содержит электродвигатель, редуктор, ручной дублер, электромеханическую муфту ограничения крутящего момента и потенциометрический датчик положения выходного звена редуктора, при этом муфта и датчик снабжены механизмами настройки срабатывания выключателей электродвигателя соответственно при определенном моменте и при определенном положении.The electric drive is known, described in the Storage, Installation and Maintenance Manual “Actuators for Pipe Fittings and Control Systems” (BIFFI, Italy, 1994). The electric drive contains an electric motor, a gearbox, a handwheel, an electromechanical torque limiting clutch and a potentiometric position sensor of the gearbox output link, while the clutch and the sensor are equipped with mechanisms for adjusting the operation of the motor switches, respectively, at a certain moment and at a certain position.

Недостатками этого электропривода вследствие использования электромеханической муфты ограничения крутящего момента являются неточность отключения электродвигателя, наличие ударной нагрузки на детали электропривода и на арматуру при отключении электродвигателя от сети, что приводит к их износу, снижению надежности работы и срока службы. Задание предельного крутящего момента требует удаления кожуха с этого механизма, делая устройство неудобным в эксплуатации.The disadvantages of this electric drive due to the use of an electromechanical torque limiting clutch are the inaccuracy of disabling the electric motor, the presence of shock load on the electric motor parts and valves when the electric motor is disconnected from the mains, which leads to their wear and tear, reduced reliability and service life. Setting the maximum torque requires removing the casing from this mechanism, making the device inconvenient to operate.

Недостатком потенциометрического датчика положения выходного звена редуктора является переменная точность измерения, зависящая от пути, пройденного им. Так, точность измерения потенциометрического датчика падает при малом пути прохождения по гиперболической функции.The disadvantage of the potentiometric position sensor of the output link of the gearbox is the variable measurement accuracy, depending on the path traveled by it. So, the measurement accuracy of the potentiometric sensor decreases with a small path along the hyperbolic function.

Известен электропривод, описанный в Рекламном проспекте «Приводы Роторк класса IQ. Новое поколение интеллектуальных необслуживаемых трехфазных электрических приводов» (публикация 110 R, издание 12V2000 г., фирма Роторк, Великобритания, США). Электропривод содержит асинхронный электродвигатель, редуктор, ручной дублер, датчик положения затвора выходного звена редуктора, датчик крутящего момента. Датчиком положения является магнитоимпульсный счетчик, основанный на эффекте Холла. Датчик положения преобразует количество оборотов на валу электродвигателя в электрический сигнал, который сравнивается с заданными конечными положениями. Датчик положения питается от электрической сети. При отсутствии питания от сети архивацию данных и калибровку конечных положений выходного звена редуктора поддерживает электрическая батарея. Датчик крутящего момента выполнен как пьезодатчик. Осевая нагрузка вала червяка электродвигателя с помощью пьезодатчика преобразуется в электрический сигнал, прямо пропорциональный развиваемому крутящему моменту в электроприводе и сравниваемый с заданным сигналом предельного крутящего момента.A well-known electric drive described in the Prospectus "Rotork IQ Class Drives. A New Generation of Intelligent Maintenance-Free Three-Phase Electric Drives ”(Publication 110 R, Edition 12V2000, Rotork, UK, USA). The electric drive contains an asynchronous electric motor, a gearbox, a handwheel, a shutter position sensor for the gearbox output link, and a torque sensor. The position sensor is a magnetic pulse counter based on the Hall effect. The position sensor converts the number of revolutions on the motor shaft into an electrical signal, which is compared with the specified end positions. The position sensor is powered by the mains. In the absence of power from the network, an electric battery supports data archiving and calibration of the final positions of the output link of the gearbox. The torque sensor is designed as a piezoelectric sensor. The axial load of the worm shaft of the electric motor with the help of a piezoelectric transducer is converted into an electrical signal directly proportional to the developed torque in the electric drive and compared with a given signal of the limiting torque.

Недостатками этого электропривода являются следующие. При израсходовании ресурса электрической батареи и работе с ручным дублером утрачивается калибровка конечных положений, и требуется новая калибровка. Осевая нагрузка вала червяка электродвигателя может быть распределена неравномерно, что влияет на точность работы датчика крутящего момента.The disadvantages of this drive are as follows. When the resource of the electric battery is exhausted and when working with the manual backup, the calibration of the end positions is lost, and a new calibration is required. The axial load of the worm shaft of the electric motor can be distributed unevenly, which affects the accuracy of the torque sensor.

Известен электропривод, описанный в Рекламном проспекте «Защита, контроль и мониторинг электроприводов Accutronix MX» фирмы Limitorque Corporation, 2000 г. и выбранный в качестве наиболее близкого аналога (прототип). Электропривод содержит асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, передаточный механизм в виде редуктора, ручной дублер, оптомеханический датчик положения выходного звена передаточного механизма, датчик крутящего момента. Оптомеханический датчик положения является энкодером абсолютного положения (патент США №5640007, G 01 D 5/347). Сенсорный механизм энкодера включает светоизлучатель и светоприемник (фототранзисторы), которые определяют диапазон кодовых связей, обеспеченных между парой энкодерных колес, чье вращение согласуется с вращением вала (ротора) электродвигателя. Оптомеханический датчик положения энергонезависим от электропитания, то есть отсутствие какого-либо питания у датчика положения не влияет на определение им положения выходного звена передаточного механизма. Датчик крутящего момента определяет «работу на упор», то есть работает по принципу, например, тензодатчика или пьезодатчика. Этот электропривод обладает следующими недостатками. Наличие датчика крутящего момента является вмешательством в конструкцию передаточного механизма (редуктора) и приводит к усложнению, увеличению габаритов и снижению надежности передаточного механизма и электропривода в целом. Кроме того, требуется подбор датчика крутящего момента в зависимости от крутящего момента, на который рассчитан электропривод, а это усложняет сборку электропривода. При использовании подобных датчиков крутящего момента для некоторых типов передаточных механизмов, например, волновых редукторов с промежуточными звеньями, отсутствует линейность в определении крутящего момента в зависимости от нагрузки на электроприводе, что снижает точность и надежность отключения электродвигателя при превышении предельного крутящего момента.A known electric drive described in the brochure "Protection, control and monitoring of electric drives Accutronix MX" company Limitorque Corporation, 2000 and selected as the closest analogue (prototype). The electric drive contains an asynchronous squirrel-cage rotor motor, a gear mechanism in the form of a gearbox, a manual backup, an optomechanical position sensor of the output link of the gear mechanism, and a torque sensor. The optomechanical position sensor is an absolute position encoder (US Patent No. 5640007, G 01 D 5/347). The encoder's touch mechanism includes a light emitter and a light detector (phototransistors), which determine the range of code links provided between a pair of encoder wheels, whose rotation is consistent with the rotation of the shaft (rotor) of the electric motor. The optomechanical position sensor is non-volatile from power supply, that is, the absence of any power supply from the position sensor does not affect its determination of the position of the output link of the transmission mechanism. The torque sensor determines "stop operation", that is, it works on the principle of, for example, a strain gauge or a piezoelectric gauge. This drive has the following disadvantages. The presence of a torque sensor is an intervention in the design of the transmission mechanism (gear) and leads to complication, increase in size and lower reliability of the transmission mechanism and the electric drive as a whole. In addition, the selection of a torque sensor is required depending on the torque for which the electric drive is designed, and this complicates the assembly of the electric drive. When using similar torque sensors for some types of transmission mechanisms, for example, wave reducers with intermediate links, there is no linearity in determining the torque depending on the load on the electric drive, which reduces the accuracy and reliability of the motor shutdown when exceeding the maximum torque.

Задачами изобретения являются упрощение конструкции, уменьшение габаритов, повышение надежности работы электропривода.The objectives of the invention are to simplify the design, reduce the size, increase the reliability of the drive.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением по сравнению с прототипом, выражается в устранении механического вмешательства элемента, определяющего крутящий момент, в конструкцию передаточного механизма электропривода, а также в повышении точности определения крутящего момента этим элементом независимо от нагрузки, на которую рассчитан электропривод, и для любого типа передаточного механизма.The technical result provided by the invention in comparison with the prototype is expressed in eliminating the mechanical interference of the torque determining element in the design of the transmission mechanism of the electric drive, as well as in improving the accuracy of determining the torque by this element regardless of the load for which the electric drive is designed, and for any type gear mechanism.

Как и прототип, электропривод содержит трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, передаточный механизм, оптомеханический датчик положения выходного звена передаточного механизма.Like the prototype, the electric drive contains a three-phase asynchronous squirrel-cage rotor motor, a transmission mechanism, an optomechanical position sensor of the output link of the transmission mechanism.

В отличие от прототипа электропривод содержит блок крутящего момента, выполненный с возможностью вычисления крутящего момента как функции тока статора асинхронного электродвигателя, частоты вращения его ротора, частоты тока, а также с возможностью задания предельного крутящего момента и имеющий первый вход, соединенный со статорной обмоткой асинхронного электродвигателя через датчик тока, второй вход, соединенный с оптомеханическим датчиком положения выходного звена передаточного механизма, и выход, задатчик положения выходного звена передаточного механизма, имеющий первый вход задания положения, второй вход, соединенный с оптомеханическим датчиком положения, и выход, при этом электропривод выполнен с возможностью определения частоты вращения ротора асинхронного электродвигателя для блока крутящего момента по показанию оптомеханического датчика положения.In contrast to the prototype, the electric drive contains a torque unit configured to calculate the torque as a function of the stator current of the induction motor, the rotational speed of its rotor, current frequency, and also with the possibility of setting the maximum torque and having a first input connected to the stator winding of the asynchronous motor through a current sensor, a second input connected to the optomechanical sensor of the position of the output link of the transmission mechanism, and the output, the positioner of the output link on the transmission mechanism, having a first input position reference, a second input coupled to the opto-mechanical encoder and an output, wherein the actuator is configured to determine the rotor speed of the induction motor for the unit torque as indicated by an optomechanical position sensor.

Блок крутящего момента может быть выполнен с возможностью вычисления крутящего момента как функции, дополнительно зависящей от параметров передаточного механизма.The torque unit may be configured to calculate the torque as a function, further depending on the parameters of the transmission mechanism.

Выход блока крутящего момента может быть соединен с бесконтактным коммутатором напряжения. При этом блок крутящего момента может иметь третий вход для соединения с питающей асинхронный электродвигатель электрической сетью на участке до бесконтактного коммутатора напряжения.The output of the torque unit can be connected to a non-contact voltage switch. In this case, the torque unit may have a third input for connecting to the electric network supplying the asynchronous electric motor to the non-contact voltage switch.

Выход задатчика положения выходного звена передаточного механизма может быть также соединен с бесконтактным коммутатором напряжения.The output of the positioner of the output link of the transmission mechanism can also be connected to a non-contact voltage switch.

Блок крутящего момента может быть выполнен с возможностью вычисления крутящего момента как функции, дополнительно зависящей от напряжения питающей асинхронный электродвигатель сети.The torque unit can be configured to calculate the torque as a function, additionally depending on the voltage supplying the induction motor of the network.

Электропривод может быть выполнен с возможностью задания предельного крутящего момента для крайнего положения выходного звена передаточного механизма.The electric drive can be configured to set the maximum torque for the extreme position of the output link of the transmission mechanism.

Блок-схема электропривода изображена на фигурах 1-3 со следующими обозначениями: 1 - асинхронный электродвигатель, 2 - передаточный механизм, 3 - оптомеханический датчик положения выходного звена передаточного механизма, 4 - задатчик положения выходного звена передаточного механизма, 5 - блок крутящего момента, 6 - датчик тока, 7 - бесконтактный коммутатор напряжения, 8 - электрическая сеть.The block diagram of the electric drive is shown in figures 1-3 with the following notation: 1 - asynchronous electric motor, 2 - transmission gear, 3 - optomechanical position sensor of the output link of the transmission mechanism, 4 - positioner of the output link of the transmission mechanism, 5 - torque unit, 6 - current sensor, 7 - non-contact voltage switch, 8 - electric network.

Электропривод (фиг.1) содержит асинхронный электродвигатель 1 с короткозамкнутым ротором, приводящий в действие передаточный механизм 2. Передаточный механизм 2 может быть выполнен, например, в виде червячного, волнового редуктора, редуктора с промежуточными звеньями, кулисы.The electric drive (figure 1) contains an asynchronous squirrel-cage rotor motor 1, which drives the gear mechanism 2. The gear mechanism 2 can be made, for example, in the form of a worm, wave gear, gearbox with intermediate links, backstage.

Датчик положения 3 выполнен оптомеханическим. Под оптомеханическим понимается датчик, состоящий из ряда оптических дисков, связанных между собой механическими звеньями с различными коэффициентами передач, зависящими от способа кодирования и декодирования (например, код Грея, двоичный код и т.д.).The position sensor 3 is made optomechanical. Optomechanical refers to a sensor consisting of a number of optical disks interconnected by mechanical links with different gear ratios, depending on the encoding and decoding method (for example, Gray code, binary code, etc.).

Задатчик положения 4 выходного звена передаточного механизма 2 имеет первый вход задания положения и второй вход, соединенный с оптомеханическим датчиком положения 3, а также выход. Задатчик положения 4 выполнен в виде устройства, запоминающего сигналы положения, задающиеся через первый вход, и сравнивающего с ними сигнал, поступающий на второй вход задатчика положения 4 от оптомеханического датчика положения 3 о текущем положении выходного звена передаточного механизма 2. При достижении выходным звеном передаточного механизма 2 заданного положения на выходе задатчика положения 4 формируется сигнал об этом.The positioner 4 of the output link of the transmission mechanism 2 has a first input for positioning and a second input connected to the optomechanical position sensor 3, as well as an output. The position switch 4 is made in the form of a device that stores position signals that are set through the first input and compares with them the signal fed to the second input of the position switch 4 from the optomechanical position sensor 3 about the current position of the output link of the transmission mechanism 2. When the output link reaches the transmission mechanism 2 of a given position at the output of the positioner 4, a signal is generated about this.

Блок крутящего момента 5 выполнен с возможностью вычисления крутящего момента как функции тока статора асинхронного электродвигателя 1, частоты вращения ротора асинхронного электродвигателя 1, частоты тока.The torque unit 5 is configured to calculate the torque as a function of the stator current of the asynchronous electric motor 1, the rotational speed of the rotor of the asynchronous electric motor 1, and the current frequency.

В качестве сведений, подтверждающих возможность вычисления крутящего момента блоком 5, можно привести следующие. Из теории электропривода известно, что крутящий момент на валу асинхронного электродвигателя является функцией f(I², S) квадрата тока статора I² и скольжения S в асинхронном двигателе, причем скольжение вычисляют по формуле

где w_с - частота тока, w_p - частота вращения ротора асинхронного электродвигателя 1.As information confirming the possibility of calculating the torque by block 5, the following can be cited. From the theory of electric drive it is known that the torque on the shaft of an induction motor is a function of f (I ² , S) of the square of the stator current I ² and slip S in an induction motor, and the slip is calculated by the formula

where w _c is the current frequency, w _p is the rotational speed of the rotor of the induction motor 1.

Данные о величине тока I статора асинхронного электродвигателя 1 и частоте w_с тока поступают в блок крутящего момента 5 за счет соединения первого входа этого блока 5 через датчик тока 6 со статорной обмоткой асинхронного электродвигателя 1.Data on the magnitude of the current I of the stator of the induction motor 1 and the frequency w of _the current are supplied to the torque unit 5 by connecting the first input of this unit 5 through the current sensor 6 with the stator winding of the induction motor 1.

При этом электропривод выполнен с возможностью определения частоты вращения ротора асинхронного электродвигателя 1 w_p для блока крутящего момента 5 по показанию оптомеханического датчика положения 3, с которым блок крутящего момента 5 соединен вторым входом. Частота вращения ротора асинхронного электродвигателя 1 определяется по показанию оптомеханического датчика положения 3 согласно следующим зависимостям:In this case, the electric drive is configured to determine the rotational speed of the rotor of the asynchronous electric motor 1 w _p for the torque unit 5 according to the indication of the optomechanical position sensor 3, to which the torque unit 5 is connected to the second input. The rotational speed of the rotor of the induction motor 1 is determined by the reading of the optomechanical position sensor 3 according to the following relationships:

где w_д - частота импульсов оптомеханического датчика положения 3,where w _d - pulse frequency optomechanical position sensor 3,

f(w_д) - функция частоты импульсов оптомеханического датчика положения 3,f (w _d ) is a function of the pulse frequency of the optomechanical position sensor 3,

Т_и - интервал времени, за который измеряется частота импульсов оптомеханического датчика положения 3,T _and - the time interval for which the pulse frequency of the optomechanical position sensor 3 is measured,

N_w - количество импульсов оптомеханического датчика положения 3 за интервал времени Т_и, являющееся кодом и пропорциональное частоте вращения ротора w_p асинхронного электродвигателя 1,N _w - the number of pulses of the optomechanical position sensor 3 for the time interval T _and , which is a code and proportional to the rotor speed w _{p of the} induction motor 1,

w_p - частота вращения ротора асинхронного электродвигателя 1,w _p is the rotational speed of the rotor of the induction motor 1,

f(w_p) - функция частоты вращения ротора асинхронного электродвигателя 1.f (w _p ) is a function of the rotational speed of the rotor of an induction motor 1.

За интервал времени Т_и определяют функцию f f(w_д). По формуле (1) вычисляют код (количество импульсов оптомеханического датчика положения 3) N_w, пропорциональный по формуле (2) частоте вращения ротора асинхронного двигателя 1. Таким образом, код N_w, полученный по показанию оптомеханического датчика положения 3, пропорционален частоте вращения ротора w_p и учитывается блоком крутящего момента 5 при вычислении крутящего момента как величина, соответствующая частоте вращения ротора w_p асинхронного электродвигателя 1.For the time interval T _and determine the function ff (w _d ). By the formula (1), the code (number of pulses of the optomechanical position sensor 3) N _w proportional to by the formula (2) of the rotor speed of the induction motor 1 is calculated. Thus, the code N _w obtained from the optomechanical position sensor 3 is proportional to the rotor speed w _p and is taken into account by the torque unit 5 when calculating the torque as a value corresponding to the rotor speed w _{p of the} induction motor 1.

В электроприводе для реализации возможности определения частоты вращения ротора асинхронного электродвигателя 1 w_p по показанию оптомеханического датчика положения 3 имеются средство измерения интервала времени Т_и, за который измеряется частота импульсов оптомеханического датчика 3, например, таймер, а также счетчик импульсов оптомеханического датчика 3.To realize the possibility of determining the rotational speed of the rotor of an asynchronous electric motor 1 w _p according to the indication of the optomechanical position sensor 3, the electric drive has a means for measuring the time interval T _and for which the pulse frequency of the optomechanical sensor 3 is measured, for example, a timer, and also a pulse counter of the optomechanical sensor 3.

Блок крутящего момента 5 выполнен с возможностью задания предельного крутящего момента. Предельный крутящий момент задают программируемым способом.The torque unit 5 is configured to set the maximum torque. The maximum torque is set in a programmable way.

На выходе блока 5 формируется сигнал о превышении вычисленного текущего крутящего момента над заданным предельным крутящим моментом.At the output of block 5, a signal is generated about the excess of the calculated current torque over a predetermined limit torque.

Для более точного вычисления крутящего момента блок 5 может быть выполнен с возможностью вычисления крутящего момента как функции, дополнительно зависящей от параметров передаточного механизма 2. Под параметрами передаточного механизма 2 имеются в виду тип передачи (червячный или другой редуктор, кулиса и т.п.), коэффициент передачи, исполнение элементов передачи (качество, точность установки элементов относительно друг друга, наличие люфтов, размеры элементов с учетом нагрузки и т.п.). С передаточного механизма 2 снимают характеристику, зависящую от указанных выше параметров. Информация о параметрах в виде этой характеристики вносится в блок крутящего момента 5 программируемым способом.For a more accurate calculation of the torque, the block 5 can be configured to calculate the torque as a function, additionally depending on the parameters of the transmission mechanism 2. By the parameters of the transmission mechanism 2, we mean the type of transmission (worm or other gearbox, link, etc.) , transmission coefficient, performance of transmission elements (quality, accuracy of installation of elements relative to each other, the presence of backlash, dimensions of elements taking into account the load, etc.). From the transmission mechanism 2 remove the characteristic, depending on the above parameters. Information about the parameters in the form of this characteristic is entered into the torque unit 5 in a programmable way.

Выход блока крутящего момента 5 может быть соединен с бесконтактным коммутатором напряжения 7 (фиг.2, 3). Бесконтактный коммутатор напряжения 7 представляет собой тиристорный или любой другой регулятор напряжения. Бесконтактный коммутатор напряжения 7 служит для плавного торможения асинхронного электродвигателя 1 с последующим прерыванием его электрического питания при поступлении на бесконтактный коммутатор напряжения 7 сигнала с выхода блока крутящего момента 5 о превышении заданного предельного крутящего момента. Плавное торможение асинхронного двигателя 1 снижает износ элементов электропривода и дополнительно увеличивает надежность его работы.The output of the torque unit 5 can be connected to a non-contact voltage switch 7 (Fig.2, 3). Contactless voltage switch 7 is a thyristor or any other voltage regulator. Contactless voltage switch 7 is used for smooth braking of an induction motor 1 with subsequent interruption of its electrical power when voltage 7 arrives at the contactless switch from the output of the torque unit 5 about exceeding the specified torque limit. Smooth braking of the induction motor 1 reduces the wear of the drive elements and further increases the reliability of its operation.

Если выход блока крутящего момента 5 соединен с бесконтактным коммутатором напряжения 7, то блок 5 может иметь третий вход (фиг.3) для соединения с электрической сетью 8 на участке до бесконтактного коммутатора напряжения 7. Этот вход предназначен для поступления в блок 5 данных о частоте w_c тока питающей электродвигатель 1 сети. Соединение на этом участке исключает возможное искажение бесконтактным коммутатором напряжения 7 данных о частоте тока питающей сети (особенно за малый период времени снятия данных) и служит для повышения точности вычисления крутящего момента блоком 5.If the output of the torque unit 5 is connected to the contactless voltage switch 7, then the block 5 may have a third input (Fig. 3) for connecting to the electric network 8 in the area up to the contactless voltage switch 7. This input is intended for receiving frequency data in the block 5 w _{c the} current supplying the electric motor 1 of the network. The connection in this section eliminates possible distortion by the proximity switch voltage 7 of the data on the frequency of the current supply network (especially for a small period of time for taking data) and serves to improve the accuracy of the calculation of torque by block 5.

Выход задатчика положения 4 выходного звена передаточного механизма может быть соединен с бесконтактным коммутатором напряжения 7, который плавно тормозит и отключает электродвигатель 1 при поступлении сигнала с выхода задатчика положения 4 о достижении выходным звеном передаточного механизма 2 заданного положения.The output of the positioner 4 of the output link of the transmission mechanism can be connected to a non-contact voltage switch 7, which gradually slows down and turns off the electric motor 1 when a signal from the output of the positioner 4 reaches the output link of the transmission mechanism 2 of a predetermined position.

Если крутящий момент в блоке 5 вычисляется по алгоритму, учитывающему электродвижущую силу (э.д.с.) и частоту вращения ротора w_p асинхронного электродвигателя 1, то блок крутящего момента 5 может быть выполнен с возможностью вычисления крутящего момента, как функции, дополнительно зависящей от напряжения питающей асинхронный электродвигатель 1 электрической сети, так как э.д.с. является функцией напряжения этой сети, тока статора асинхронного электродвигателя 1 и параметров схемы замещения электродвигателя. Последние вносятся в блок крутящего момента 5 и используются им для вычисления крутящего момента. Данные о напряжении питающей асинхронный электродвигатель 1 сети поступают в блок крутящего момента 5 через первый (фиг.1) или третий (фиг.3) входы блока 5.If the torque in block 5 is calculated according to an algorithm that takes into account the electromotive force (emf) and the rotational speed of the rotor w _{p of the} asynchronous electric motor 1, then the torque block 5 can be configured to calculate the torque as a function, which additionally depends from the voltage supplying the asynchronous electric motor 1 of the electric network, since the emf is a function of the voltage of this network, the stator current of the induction motor 1 and the parameters of the equivalent circuit of the motor. The latter are entered in the torque unit 5 and are used by him to calculate the torque. Data on the voltage supplying the asynchronous electric motor 1 of the network enters the torque unit 5 through the first (Fig. 1) or third (Fig. 3) inputs of the block 5.

Электропривод может быть выполнен с возможностью задания предельного крутящего момента для крайнего положения («открыто» или «закрыто») выходного звена передаточного механизма 2. Эта возможность необходима, например, при таком управлении запорной арматурой, когда следует создать определенное усилие в конце хода затвора запорной арматуры. Возможность реализована в блоке крутящего момента 5 программируемым путем.The electric drive can be configured to set the maximum torque for the extreme position ("open" or "closed") of the output link of the transmission mechanism 2. This feature is necessary, for example, with such control of valves, when you need to create a certain force at the end of the valve fittings. The opportunity is implemented in the torque unit 5 in a programmable way.

Электропривод работает следующим образом.The electric drive operates as follows.

Поочередно устанавливают выходное звено передаточного механизма 2 в необходимые положения. При этом в задатчике положения 4 задают сигналы в виде кодов, соответствующие этим положениям.Alternately set the output link of the transmission mechanism 2 in the necessary positions. In this case, in the positioner 4, signals are set in the form of codes corresponding to these positions.

В блоке крутящего момента 5 задают предельный крутящий момент. Асинхронный электродвигатель 1 (фиг.1) приводит в движение передаточный механизм 2. Передаточный механизм 2 передвигает свое выходное звено. Оптомеханический датчик положения 3 определяет положение выходного звена передаточного механизма 2 на всем пути его движения и выдает информацию о положении в виде сигналов-кодов.In the torque unit 5, the ultimate torque is set. The asynchronous electric motor 1 (Fig. 1) drives the transmission mechanism 2. The transmission mechanism 2 moves its output link. The optomechanical position sensor 3 determines the position of the output link of the transmission mechanism 2 along the entire path of its movement and provides information about the position in the form of signal codes.

При достижении выходным звеном передаточного механизма 2 установленного положения сигнал от оптомеханического датчика положения 3 поступает к задатчику положения 4. Задатчик положения 4 сравнивает его с заданным в нем сигналом и передает сигнал на свой выход о достижении установленного положения. Задатчик положения 4 может передать сигнал со своего выхода на бесконтактный коммутатор напряжения 7 (фиг.2, 3). В этом случае бесконтактный коммутатор напряжения 7 плавно тормозит и отключает электродвигатель 1.When the output link of the transmission mechanism 2 reaches the set position, the signal from the optomechanical position sensor 3 is sent to the position switch 4. The position switch 4 compares it with the signal set in it and transmits a signal to its output when the set position is reached. The positioner 4 can transmit a signal from its output to the contactless voltage switch 7 (Fig.2, 3). In this case, the contactless voltage switch 7 smoothly brakes and turns off the motor 1.

Предельный крутящий момент, заданный в блоке крутящего момента 5 программируемым путем, сравнивается с вычисляемым в этом же блоке 5 текущим крутящим моментом. Сигнал о превышении предельного крутящего момента поступает на выход блока крутящего момента 5 (фиг.1). Сигнал о превышении предельного крутящего момента может поступить с выхода блока крутящего момента 5 на бесконтактный коммутатор напряжения 7 (фиг.2, 3). Бесконтактный коммутатор напряжения 7 плавно тормозит и отключает асинхронный электродвигатель 1 от питающей сети.The maximum torque specified in the torque block 5 in a programmable way is compared with the current torque calculated in the same block 5. The signal about exceeding the maximum torque is supplied to the output of the torque unit 5 (Fig. 1). The signal about exceeding the maximum torque can come from the output of the torque unit 5 to the contactless voltage switch 7 (Fig.2, 3). Contactless voltage switch 7 smoothly slows down and disconnects the asynchronous motor 1 from the mains.

Если электропривод выполнен с возможностью задания предельного крутящего момента для крайнего положения выходного звена передаточного механизма 2, то в блоке крутящего момента 5 задают программируемым путем значение предельного крутящего момента для этого положения. При достижении выходного звена передаточного механизма 2 крайнего положения на выходе блока крутящего момента 5 формируется сигнал в случае превышения заданного предельного крутящего момента.If the electric drive is configured to set the maximum torque for the extreme position of the output link of the transmission mechanism 2, then in the torque unit 5 set the value of the maximum torque for this position in a programmable way. Upon reaching the output link of the transmission mechanism 2 of the extreme position at the output of the torque unit 5, a signal is generated in case of exceeding the specified maximum torque.

Таким образом, по сравнению с прототипом в заявляемом изобретении происходит упрощение конструкции, уменьшение габаритов, повышение надежности работы электропривода, а также надежности и точности в определении крутящего момента в электроприводе независимо от нагрузки, на которую он рассчитан, и для любого типа передаточного механизма.Thus, in comparison with the prototype, the claimed invention simplifies the design, reduces the dimensions, increases the reliability of the electric drive, as well as the reliability and accuracy in determining the torque in the electric drive, regardless of the load for which it is designed, and for any type of transmission mechanism.

Claims

1. An electric drive comprising a three-phase asynchronous squirrel-cage rotor motor, a transmission mechanism, an optomechanical position sensor of the output link of the transmission mechanism, characterized in that the electric drive comprises a torque unit configured to calculate the torque as a function of the stator current of the induction motor, and the rotational speed of its rotor , current frequency, and also with the possibility of setting the maximum torque and having a first input connected to the stator winding an asynchronous electric motor through a current sensor, a second input connected to an optomechanical sensor of the position of the output link of the transmission mechanism, and an output, a position adjuster of the output link of the transmission mechanism, having a first input to set the end position, a second input connected to the optomechanical position sensor, and an output, the electric drive is configured to determine the rotational speed of the rotor of the asynchronous electric motor for the torque unit according to the indication of the optomechanical position sensor .

2. The drive according to claim 1, characterized in that the torque unit is configured to calculate the torque as a function, additionally depending on the parameters of the transmission mechanism.

3. The drive according to claim 1, characterized in that the output of the torque unit is connected to a contactless voltage switch.

4. The electric drive according to claim 3, characterized in that the torque unit has a third input for connecting to an electric network supplying an asynchronous electric motor to a non-contact voltage switch.

5. The drive according to claim 1, characterized in that the output of the positioner of the output link of the transmission mechanism is connected to a contactless voltage switch.

6. The drive according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the torque unit is configured to calculate the torque as a function, additionally depending on the voltage supplying the induction motor of the network.

7. The drive according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it is configured to set the maximum torque for the extreme position of the output link of the transmission mechanism.