專利名稱:一種測量異步電動機轉(zhuǎn)速的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及電動機測速裝置,特別是測量異步電動機轉(zhuǎn)速的裝置。
背景技術(shù):
本發(fā)明未出現(xiàn)之前,異步電動機的轉(zhuǎn)速測量都需要借助于異步電動機內(nèi)部或外部安裝某種測速器件,在使異步電動機有所改動的情況下才有可能實現(xiàn)。例如在異步電動機的軸上安裝旋轉(zhuǎn)編碼器或測速發(fā)電機等等。然而這種額外的安裝非常不方便,也不能得到用戶和安裝施工方的歡迎。于是出現(xiàn)了某種新的方法來間接地測算異步電動機的轉(zhuǎn)速。在變頻器控制技術(shù)中,有一種所謂“無速度傳感器的矢量控制技術(shù)”這是采用事先設定的電動機參數(shù),測得電動機的電流、電壓、頻率、相位后經(jīng)過單片機計算而推算出異步電動機的轉(zhuǎn)速值。這種方式的準確度不高、不直觀、不能在所有場合使用,而且從根本上說這是矢量控制技術(shù)中一種輔助技術(shù),而不是真正意義上的測速。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種不需要在異步電動機內(nèi)外部安裝任何部件,不對異步電動機作任何改動的情況下,簡單、快速地測出異步電動機轉(zhuǎn)速的裝置。
為了達到上述目的,本發(fā)明的方案是一種測量異步電動機轉(zhuǎn)速的裝置,它由扼流圈RFU、扼流圈RFV、扼流圈RFW、振蕩器OSC、變壓器B1、變壓器B2、電容C1、電容C2、電容C3、電容C4、電阻R1、電位器R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、晶體管T1、晶體管T2和轉(zhuǎn)速表ZS組成;變壓器B1由原邊繞組L11、對稱的付邊繞組L12和L13以及付邊繞組L14組成;變壓器B2由原邊繞組L21、對稱的付邊繞組L22和L23組成;扼流圈RFU的一端接三相交流電源的U相輸入端,另一端接電容C1的一端后形成U相輸出端U1,扼流圈RFV的一端接三相交流電源的V相輸入端,另一端接電容C3的一端后形成V相輸出端V1,扼流圈RFW的一端接三相交流電源的W相輸入端,另一端接電容C2的一端后形成W相輸出端W1;U相輸出端U1、V相輸出端V1和W相輸出端W1分別接被測異步電動機的三個接線端子A、B和C;電容C1的另一端接繞組L12的一端,電容C2的另一端接繞組L13的一端,繞組L12的另一端和繞組L13的另一端相接形成中點O1接繞組L21的一端,繞組L21的另一端接電容C3的另一端;繞組L11的兩端接振蕩器OSC的兩輸出端1、2,振蕩器OSC的兩電源端R、N接市電;繞組L22和繞組L23串聯(lián)的結(jié)點接公共端E,繞組L22的另一端接電阻R3的一端和晶體管T2的集電極,繞組L23的另一端接電阻R1的一端和晶體管T1的集電極,電阻R1的另一端接電位器R2的固定端和晶體管T1的基極,電阻R3的另一端接電位器R2的另一固定端和晶體管T2的基極,電位器R2的滑動端接電阻R4的一端,電阻R4的另一端接繞組L14的一端,繞組L14的另一端接晶體管T1的發(fā)射極、晶體管T2的發(fā)射極、電阻R5和電阻R6,電阻R5的另一端接電容C4和轉(zhuǎn)速表ZS的一端,電阻R6的另一端接電容C4的另一端后接公共端E再接轉(zhuǎn)速表ZS的另一端。
由于該裝置只接在三根輸入電源線和異步電動機之間就能測出異步電動機的實際轉(zhuǎn)速,因此,該裝置改變了常規(guī)的測量異步電動機轉(zhuǎn)速的方法,能夠簡單、方便、可靠的隨時監(jiān)控異步電動機的轉(zhuǎn)速。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明圖1為本發(fā)明的電路原理2為本裝置輸出直流電壓與轉(zhuǎn)速的關(guān)系圖。
具體實施例方式
如圖1所示,一種測量異步電動機轉(zhuǎn)速的裝置,它由扼流圈RFU、扼流圈RFV、扼流圈RFW、振蕩器OSC、變壓器B1、變壓器B2、電容C1、電容C2、電容C3、電容C4、電阻R1、電位器R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、晶體管T1、晶體管T2和轉(zhuǎn)速表ZS組成;變壓器B1由原邊繞組L11、對稱的付邊繞組L12和L13以及付邊繞組L14組成;變壓器B2由原邊繞組L21、對稱的付邊繞組L22和L23組成;扼流圈RFU的一端接三相交流電源的U相輸入端,另一端接電容C1的一端后形成U相輸出端U1,扼流圈RFV的一端接三相交流電源的V相輸入端,另一端接電容C3的一端后形成V相輸出端V1,扼流圈RFW的一端接三相交流電源的W相輸入端,另一端接電容C2的一端后形成W相輸出端W1;U相輸出端U1、V相輸出端V1和W相輸出端W1分別接被測異步電動機的三個接線端子A、B和C;電容C1的另一端接繞組L12的一端,電容C2的另一端接繞組L13的一端,繞組L12的另一端和繞組L13的另一端相接形成中點O1接繞組L21的一端,繞組L21的另一端接電容C3的另一端;繞組L11的兩端接振蕩器OSC的兩輸出端1、2,振蕩器OSC的兩電源端R、N接市電;繞組L22和繞組L23串聯(lián)的結(jié)點接公共端E,繞組L22的另一端接電阻R3的一端和晶體管T2的集電極,繞組L23的另一端接電阻R1的一端和晶體管T11的集電極,電阻R1的另一端接電位器R2的固定端和晶體管T1的基極,電阻R3的另一端接電位器R2的另一固定端和晶體管T2的基極,電位器R2的滑動端接電阻R4的一端,電阻R4的另一端接繞組L14的一端,繞組L14的另一端接晶體管T1的發(fā)射極、晶體管T2的發(fā)射極、電阻R5和電阻R6,電阻R5的另一端接電容C4和轉(zhuǎn)速表ZS的一端,電阻R6的另一端接電容C4的另一端后接公共端E再接轉(zhuǎn)速表ZS的另一端。
本發(fā)明的原理如下(見圖1)眾所周知,三相異步電動機的三個繞組LAO、LBO、LCO在空間互成120°電角度,如果繞組LAO、LCO通以單相交流電,因繞組LAO、LCO合成的空間磁場與繞組LBO垂直,不會在繞組LBO中感應出電勢。然而,當轉(zhuǎn)子的導體因轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而受繞組LAO、LCO合成磁場切割時,這個切割電流形成的磁通與繞組LAO、LCO合成的空間磁通垂直,正好耦合到繞組LBO,于是在繞組LBO上感應出與電動機轉(zhuǎn)速大小相對應的測速電勢,這在本質(zhì)上就是異步測速發(fā)電機的原理。
然而,被研究的異步電動機是通以正常三相交流電的異步電動機,而不是測速機。本發(fā)明的要點在于讓這個異步電動機饋以較低頻率f1的三相交流電作電動機運轉(zhuǎn)使用,同時饋以頻率較高的f2的單相交流電作測速機使用,兩者在電路上巧妙地又結(jié)合、又不相干擾,從而達到測速的目的。這也就是一種載頻方式測定異步電動機動態(tài)轉(zhuǎn)速的方法。它是實時的,不是抽樣的,因此可應用于各種場合。
本發(fā)明的基本組成為I、II、III三部分(如圖1中虛線),第I部分是三個完全相同的扼流圈RFU、RFV、RFW,安置在三相驅(qū)動電源線U、V、W與電動機接線端子A、B、C之間,扼流圈的阻抗對驅(qū)動電源頻率f1的阻抗小,使供給電動機M的電壓降落很?。蝗欢鴮φ袷幤鱋SC饋入的載頻f2有很大的阻抗,因為載頻f2比驅(qū)動用電源頻率f1高很多,例如高10~100倍,這樣載波頻率f2的電流被隔離,幾乎不能進入U、V、W電源側(cè)。
第II部分是載頻電源及輸出變壓器,一個振蕩器OSC產(chǎn)生頻率為f2的正弦振蕩信號,加到輸出變壓器B1原邊繞組L11上,該振蕩器的電源由R、N端子接到市電上;變壓器B1的付邊有繞組L14和兩組完全相同并對稱的繞組L12和L13,繞組L12和L13的中心抽頭為O1,付邊繞組L12和L13的電壓經(jīng)過兩個完全相同的小容量電容C1、C2,接到電動機接線端子A和C上。這樣,振蕩器OSC產(chǎn)生的信號頻率f2的電壓被加在電動機繞組LAO和LCO之間。繞組L12、L13對稱相同,電容C1與電容C2也相等,電動機繞組LAO和LCO也是阻抗相同的,這時電機M的繞組中點O與變壓器B1的付邊繞組中點O1沒有電位差,即可認為O1點就是O點的虛擬電位點。這樣就可推導出電動機繞組B點和變壓器B1的付邊繞組L12和L13中間抽頭O1之間的電壓,等于電動機繞組LBO之間的電壓。當電動機不轉(zhuǎn)動時,雖然繞組LAO、LCO互成120°,但它們合成磁通與繞組LBO垂直,所以繞組LBO上沒有感應電勢。當電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時,轉(zhuǎn)子導體切割繞組LAO、LCO的合成磁通,產(chǎn)生感生電流,這個感生電流構(gòu)成的磁通正好與繞組LBO耦合,于是繞組LBO就有電勢輸出。繞組LBO上電勢大小與電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成正比,頻率同電動機繞組LAO,LCO中流過的電流頻率f2一致,相位同轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相對應。即轉(zhuǎn)向相反時,繞組LBO的輸出電壓相位相反,這樣繞組LBO電壓實時地反應了電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。
第III部分是一個相敏檢波電路,其中變壓器B2的繞組L21通過一個小電容C3接到電動機繞組B端頭和變壓器B1的付邊繞組中心抽頭O1上。由于繞組L21上的電壓等于繞組LBO上的電壓,而繞組LBO的電壓是反應了電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的值,因此流過變壓器繞組L21的電流反應電動機M的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。
變壓器B2的付邊繞組L22、L23和互補晶體管T1、T2,電位器R2,電阻R1、R3、R4、R5和R6,電容C4構(gòu)成相敏檢波電路。一個基準相位電壓從變壓器B1的另外一個付邊繞組L14上引出接到電阻R4,再通過電位器R2加到互補晶體管對T1、T2的基極上,電阻R1、R3阻值相同,它們和電位器R2的阻值使晶體管T1、T2工作點合理化。變壓器B2的付邊繞組L22和L23完全對稱相同,其連接點為中點接公共端E。
當某一瞬間,繞組L14的電壓使晶體管T1基極導通時,如果此瞬間T1集電極為正,即發(fā)射極就會有輸出,最終經(jīng)電阻R5、電容C4濾波就有直流電壓正向輸出,其幅值與電動機轉(zhuǎn)速成正比。
當電動機反轉(zhuǎn)時,某一瞬間L14的電壓使T1基極導通,但此時晶體管T1集電極的電壓為負,其發(fā)射極就沒有輸出。接下去下半周繞組L14的電壓變負,使晶體管T2基極導通,而此時繞組L22輸出使晶體管T2集電極為負電壓;使晶體管T2的發(fā)射極有負輸出,最終經(jīng)電阻R5、電容C4濾波就有直流負電壓輸出,其幅值與電動機轉(zhuǎn)速成正比,其極性負反應電動機反轉(zhuǎn)。
互補晶體管T1和T2應對稱,當晶體管T1為NPN管時,晶體管T2必為PNP管;當晶體管T1為PNP管時,晶體管T2必為NPN管,如圖1所示T1為NPN管,T2為PNP管。
此相敏檢波嚴格服從基準頻率f2的控制,任何不是f2頻率的信號都不會被檢出;任何干擾即使某瞬間被檢出,但另一瞬間檢出的極性可能相反,最終因電阻R5、電容C4的作用干擾的交流成分性質(zhì)被平滑,在測速輸出端得到是直流電壓。而這個直流電壓是真正f2頻率的才被相敏檢波的直流電壓,該直流電壓與被測電動機M的轉(zhuǎn)速成正比,其極性與電動機轉(zhuǎn)向有關(guān)(見圖2)。
相敏檢波的另一優(yōu)點是克服了本電路中存在的f1頻率信號的干擾。電路中f1頻率信號十分強大,繞組LBO上f1頻率的電壓因不能與f2頻率信號同步而不能被相敏檢波檢出,也即相敏檢波只檢出f2頻率的信號,這個f2頻率信號與電動機M轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向相關(guān)。
為了進一步減小f1頻率信號成份對f2頻率信號成份的影響,本電路中的電容C1、C2、C3都是容量較小的電容,使得對f2頻率信號的阻抗小,對f1頻率信號的阻抗大,有效地衰減f1頻率電壓,減少f1頻率信號對被測值的影響。
通常振蕩器OSC饋入的f2頻率信號至少為驅(qū)動電源f1頻率信號的10倍至100倍,因頻率相差越遠越能有效地減弱兩者之間的影響。f2頻率信號送到電動機繞組LAO、LCO上要有足夠的幅度,以提高本檢測方案的信噪比。
電位器R2可以精確地調(diào)整到靜態(tài)測速輸出為零,以減少零位誤差,這對本電路的應用十分重要。同樣振蕩器OSC饋入的f2頻率信號的輸出要有很好的幅度穩(wěn)定性,因為任何f2頻率信號的電壓幅度變化都將影響到測速的輸出值。扼流圈RFU、RFV、RFW不可省略,而且要求對振蕩器OSC饋入的頻率f2信號形成足夠衰減,否則頻率f2信號的電流會進入頻率f1的驅(qū)動電源中去。
使用本測速裝置測得的輸出直流電壓與轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)換讀數(shù)值可在裝置完成后作校準,校準的方法可以是調(diào)整振蕩器OSC輸出幅度大小,或者在測速輸出端用電位器調(diào)整,使得被測電動機轉(zhuǎn)速與直流輸出電壓成正比例關(guān)系。
本裝置使用的轉(zhuǎn)速表ZS,可以用直流電壓表改裝,表盤中央為0,右邊為正值,左邊為負值,其正負值表示電動機旋轉(zhuǎn)方向,幅值表示轉(zhuǎn)速。當被測異步電動機在額定轉(zhuǎn)速時,直流電壓表的指示應為最大值,當被測異步電動機停轉(zhuǎn)時,直流電壓表的指示應為0。
當本測速裝置作為轉(zhuǎn)速測量輸出使用時,在電容C4兩端不必接轉(zhuǎn)速表ZS,把接轉(zhuǎn)速表ZS的兩端F、G作為輸出,用作測速反饋電壓使用。
本發(fā)明的最大優(yōu)點是不必在異步電動機內(nèi)部或外部安裝任何轉(zhuǎn)動部件,對這一點的要求是任何一個用戶和自動控制測速人員所希望的,這會對實現(xiàn)異步電動機的自動控制,特別是變頻調(diào)速控制帶來極大的方便。
權(quán)利要求
1.一種測量異步電動機轉(zhuǎn)速的裝置,它由轉(zhuǎn)速表ZS組成,其特征在于它還有扼流圈RFU、扼流圈RFV、扼流圈RFW、振蕩器OSC、變壓器B1、變壓器B2、電容C1、電容C2、電容C3、電容C4、電阻R1、電位器R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、晶體管T1和晶體管T2組成;變壓器B1由原邊繞組L11、對稱的付邊繞組L12和L13以及付邊繞組L14組成;變壓器B2由原邊繞組L21、對稱的付邊繞組L22和L23組成;扼流圈RFU的一端接三相交流電源的U相輸入端,另一端接電容C1的一端后形成U相輸出端U1,扼流圈RFV的一端接三相交流電源的V相輸入端,另一端接電容C3的一端后形成V相輸出端V1,扼流圈RFW的一端接三相交流電源的W相輸入端,另一端接電容C2的一端后形成W相輸出端W1;U相輸出端U1、V相輸出端V1和W相輸出端W1分別接被測異步電動機的三個接線端子A、B和C;電容C1的另一端接繞組L12的一端,電容C2的另一端接繞組L13的一端,繞組L12的另一端和繞組L13的另一端相接形成中點O1接繞組L21的一端,繞組L21的另一端接電容C3的另一端;繞組L11的兩端接振蕩器OSC的兩輸出端(1)、(2),振蕩器OSC的兩電源端R、N接市電;繞組L22和繞組L23串聯(lián)的結(jié)點接公共端E,繞組L22的另一端接電阻R3的一端和晶體管T2的集電極,繞組L23的另一端接電阻R1的一端和晶體管T1的集電極,電阻R1的另一端接電位器R2的固定端和晶體管T1的基極,電阻R3的另一端接電位器R2的另一固定端和晶體管T2的基極,電位器R2的滑動端接電阻R4的一端,電阻R4的另一端接繞組L14的一端,繞組L14的另一端接晶體管T1的發(fā)射極、晶體管T2的發(fā)射極、電阻R5和電阻R6,電阻R5的另一端接電容C4和轉(zhuǎn)速表ZS的一端,電阻R6的另一端接電容C4的另一端后接公共端E再接轉(zhuǎn)速表ZS的另一端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量異步電動機轉(zhuǎn)速的裝置,其特征在于所述振蕩器OSC的振蕩頻率為U、V、W端驅(qū)動電源頻率的10-100倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量異步電動機轉(zhuǎn)速的裝置,其特征在于所述轉(zhuǎn)速表ZS為直流電壓表,其極性表示電動機轉(zhuǎn)向,幅值表示轉(zhuǎn)速。當不用轉(zhuǎn)速表ZS作觀察時,該接轉(zhuǎn)速表ZS的兩端G、F可用作測速反饋電壓使用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量異步電動機轉(zhuǎn)速的裝置,其特征在于所述晶體管T1和晶體管T2為NPN-PNP互補晶體管對。即當晶體管T1為NPN管時,晶體管T2必為PNP管;當晶體管T1為PNP管時,晶體管T2必為NPN管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量異步電動機轉(zhuǎn)速的裝置,其特征在于所述扼流圈RFU、扼流圈RFV和扼流圈RFW相同,而且對頻率f1阻抗小,對頻率f2阻抗大。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量異步電動機轉(zhuǎn)速的裝置,其特征在于所述繞組L12、繞組L13相同,O1為中心點。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量異步電動機轉(zhuǎn)速的裝置,其特征在于所述繞組L22、繞組L23相同,公共端E為中心點。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量異步電動機轉(zhuǎn)速的裝置,其特征在于所述電容C1、電容C2電容量相同。而且電容C1、C2、C3對頻率f1阻抗大,對頻率f2阻抗小。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于測量異步電動機轉(zhuǎn)速的裝置,該裝置由扼流圈RF
文檔編號G01P3/42GK1591022SQ03135730
公開日2005年3月9日 申請日期2003年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月2日
發(fā)明者蔡士齊 申請人:成都希望電子研究所