Устройство для измерения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя

Полезная модель относится к силоизмерительной технике и может быть использована в нефтяной и газовой промышленности.

Задача полезной модели - повышение точности измерения.

Поставленная задача достигается за счет введения дополнительного трансформатора напряжения и блока умножения тока на напряжение.

Полезная модель относится к силоизмерительной технике и может быть использована в нефтяной и газовой промышленности при производстве буровых работ.

Известно устройство для измерения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя [1] содержащее трансформатор тока, включающий в себя первичную обмотку, подключенную к одной из фаз питания электродвигателя, и вторичную обмотку с подстроечным резистором, оптронную пару, выпрямитель, вход которого связал с движком подстроенного резистора, операционный усилитель, инверсный вход которого связан с выходом выпрямителя, в цепь обратной связи усилителя включен фоторезистор оптронной пары, а прямой вход усилителя соединен с общей шиной, тахогенератор переменного тока кинематически связанный с ротором двигателя, преобразователь частота-напряжение, вход которого подключен к тахогенератору переменного тока, широтно-импульсный модулятор, вход которого связан с выходом преобразователя частота-напряжение, а выход подключен к лампе накаливания оптронной пары.

Недостатком устройства является значительная погрешность измерения крутящего момента, что связано с погрешностями преобразования тракта тахогенератор-преобразователь частота-напряжение, широтно-импульсный модулятор и делитель напряжения на напряжение на операционном усилителе.

Известно устройство для измерения кутящего момента [3] на валу асинхронного электродвигателя содержащее измерительный трансформатор тока, нагрузочное сопротивление делитель, первый оптрон, логометр магнитоэлектрической системы, второй оптрон, тахогенератор, электродвигатель и вал привода буровой установки.

Недостатком устройства является малая точность измерения мощности двигателя, так как считается, что имеет место пропорциональность Р=kI, где Р - мощность электродвигателя, k - коэффициент пропорциональности, I - комплекс действующего значения тока фазы.

Задачей изобретения является повышение точности измерения за счет введения дополнительного трансформатора напряжения и блока умножения тока на напряжение.

Поставленная задача достигается тем, что одной из фаз напряжения питания электродвигателя дополнительно к трансформатору тока подключается трансформатор напряжения с преобразователем Холла, выходы датчиков тока и напряжения подключаются к входам блока умножения, а его выход подключается к одной из катушек магнитоэлектрического логометра, вторая катушка которого подключается к выходу датчика скорости.

Заявленное устройство отличается от прототипа тем, что оно снабжено блоком умножителя к входу которого подключен выход введенного датчика напряжения и датчика тока, а выход блока умножения подключен к первой катушке магнитоэлектрического логометра. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию новизна.

Сущность полезной модели заключается в следующем. Точность измерения крутящего момента определяется точностью измерения мощности электродвигателя и скорости вращения вала привода. Введенный блок умножения позволяет с большой точностью определить мощность, а это в свою очередь повышает точность измерения крутящего момента.

Полезная модель поясняется схемой подключения элементов для измерения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя.

Устройство для измерения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя содержит асинхронный электродвигатель 1, трансформатор тока 2, преобразователь тока с датчиком Холла 3, трансформатор напряжения 4, преобразователь напряжения на датчике Холла 5, блок умножения 6, датчик

скорости 7, например тахогенератор, логометр 8, оптрон первой токовой цепи логометра 9, оптрон второй токовой цепи логометра 10, блок питания 11.

Первичная обмотка трансформатора тока 2 включена в разрыв фазы цепи питания асинхронного электродвигателя 1 привода ротора буровой установки, а вторичная обмотка подключена к выходу преобразователя 3 на элементе Холла, выход преобразователя подключен к первому входу умножителя 6, ко второму входу которого подключен выход преобразователя напряжения 5, а к преобразователю напряжения 5 подключена вторичная обмотка трансформатора напряжения 4, первичная обмотка которого подключена к линейному напряжению питания двигателя. Выход умножителя 6 подключен к лампе накаливания оптрона 9, а фоторезистор этого оптрона включен в первую токовую цепь логометра 8, во вторую токовую цепь логометра 8 включен фоторезистор оптрона 10, лампа накаливания которого подключена к выходу датчика скорости 7, кинематически связанного с ротором. Логометр питается от источника 11.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом измерения при вращающемся роторе и отсутствии крутящего момента устанавливают показания логометра 8 на ноль. С появлением нагрузки возрастает ток питания двигателя 1 и соответственно выходное напряжение преобразователя 3. При постоянном напряжении питания двигателя мощность потребления двигателя с ростом тока возрастает, т.е. U_U·U ₁=P, где U_U - выходное напряжение преобразователя 5, U₁ - выходное напряжение преобразователя 3. Выходное напряжение преобразователя 6, также возрастает, что приводит к росту тока первой цепи логометра 8. Скорость вращения ротора при этом может уменьшиться, что приводит к уменьшению напряжения на выходе датчика скорости 7, уменьшению светового потока лампы накаливания оптрона 10 и росту сопротивления его фоторезистора, что приводит к уменьшению тока второй цепи логометра 8. Равновесие подвижной части логометра нарушается, в

результате чего получим показания, пропорциональные крутящему моменту

, где

с - постоянная логометра, Р - мощность потребления электропривода, - угловая скорость ротора.

Таким образом, получив действительное значение мощности потребления Р=kU _U·U₁, можно существенно повысить точность измерения крутящего момента.

Источники информации:

1. Авторское свидетельство №1747963 МКИ 5 G 01 L 3/10. Устройство для измерения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя. Опубликовано 15.07.92 Бюл №26

2. Низи А.Е., Антик И.К. Справочник по средствам автоматики, М; Автоэнергоиздат, 1985, с.121

3. Патент 1794243 МПК 5 G 01 L 3/10. Устройство для измерения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя. Опубликовано 07.02.93. Бюл. №5 (прототип)

Устройство для измерения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя, содержащее трансформатор тока, включающий в себя первичную обмотку, подключенную к одной из фаз электродвигателя, и вторичную обмотку, трансформатор напряжения, включающий в себя первичную обмотку, подключенную к линейному напряжению питания электродвигателя, и вторичную обмотку, тахогенератор, кинематически связанный с валом привода электродвигателя, оптронную пару, подключенную в первую токовую цепь логометра и оптронную пару, подключенную во вторую цепь логометра, отличающееся тем, что вторичная обмотка трансформатора тока подключена к преобразователю тока, выход которого подключен к первому входу введенного умножителя, а ко второму входу умножителя подключен выход преобразователя напряжения, к которому подключена вторичная обмотка трансформатора напряжения, а выход умножителя подключен к лампе накаливания первого оптрона.