193775. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés forgómozgást végző gépek, különösen villamos motorok szögsebességének és szöggyorsulásának digitális mérésére
193775 1 A találmány tárgya kapcsolási elrendezés forgómozgást végző gépek, különösen villamos motorok szögsebességének és szöggyorsulásának digitális mérésére. A találmányra az jellemző, hogy a kapcsolási elrendezést a későbbiekben részletesen ismertetésre kerülő, közel állandó idejű periódusmérés elvének megfelelően építettük fel, amely a vizsgált P pont környezetében két digitális mintavételezést végez,külön számlálja az érzékelőről beérkező, valamint egy óragenerátorból érkező impulzusokat. A számláló kapuáramkörök nyitását és zárását a kapcsolási elrendezés állítja elő azokból a jelekből, amelyek az óragenerátor jelének bináris leosztásai. A kapcsolási elrendezéshez csatlakozó periférikus rendszer segítségével a mért értékek rögzíthetők. Forgómozgást végző mechanizmusok vagy villamos forgógépek statikus nyomaték-fordulatszám jelleggörbéire vonatkozó első tájékoztató adatokat a motor tervezésekor kapjuk. Néhány jelenség (felharmónikusok, áramkiszorulás, a vastest telítődése) számítása azonban nagyon nehézkes. Gyors felfutáskor — például aszinkron villamos motornál — a gép nyomatéka a statikus jelleggörbéhez képest csökken, a csökkenés különösen a billenőnyomaték környékén jelentős. Már korábban kimutatták, hogy a kapocsfeszültség vagy a terhelés ugrásszerű változásainál az elektromágneses nyomaték hirtelen változásai lépnek fel, és ezek határozzák meg a mechanikai szerkezetek (fogaskerekek, tengelyek, tengelykapcsolók) igénybevételét. A nyomaték gyors változása ezen túlmenően torziós lengéseket, vibrációkat, zajt okozhat. E jelenségek számítása különösen a kisteljesítményű, illetve a különleges gépeknél bonyolult, mert ezeknél a gép felépítéséből eredő problémák nem teszik lehetővé az egzakt vizsgálatot. Ezért fontos az új tervezésű motoroknál a valóságos viszonyok mechanikai mérése. A mérésekkel kapcsolatos irodalom tanulmányozása során bebizonyosodott, hogy a méréstechnikai problémák elsősorban a dinamikus jelleggörbék mérésénél nagyok. Az aszinkron motorok üres indítási idejének számításából ugyanis kiderült, hogy a nagy M/Q viszonnyal rendelkező gépek átlagos szöggyorsulása 3000 rad/s2 körüli érték. A bekapcsolási terhelésváltozási tranziensek, felharmonikus nyomatékok az irodalmi adatok szerint a megadott átlagos szöggyorsulás értékre szuperponált 50...200 Hz frekvenciájú összetevőket okoznak. Ezek együttesen olyan mérési feladatot jelentenek, melyekre ezideig nem található kielégítő megoldás, jóllehet villamos motorok statikus és dinamikus jelleggörbéinek különbségeire és az elektromágneses tranziens jelenségekre már az ötvenes évek elején rámutattak. (Rácz I.: A szlip gyors változásának hatása az aszinkron motorok nyomatékára, Elektrotechnika, 1957/ /10., pp. 311—320. Pfaff G. Jordan H.: Dyna-2 mische Kennlinien von Drehstromasynchronmotoren. ETZ-A, 1962/12., pp 709—714.) Az ismert megoldások szerint az állandósult nyomatéki jelleggörbét pontonként vagy kvázi-stacionárius felfutással veszik fel. A pontonkénti módszer időtrabló, magas szakképzettséget igénylő munka. Ezért már korábban olyan mérési eljárásokat dolgoztak ki, amelyek a motor lassú felfutása, fékezése, vagy rezerválása alatt, kvázi-stacionárius üzemben veszik fel a nyomatéki jelleggörbét, (lásd: Mertens, P: Über Messgeräte zur experimentellen Bestimmung der Drehmoment-Kennlinie von Asynchronmotoren, ATM 1967/ /12., pp 141 — 148., Nagel G.: Messung der stationären Momentkennlinien von Asynchron motorén in quasistationaren Hochlauf, ATM 1969/9. pp 121 —124 és Burchiani, A.: Studio su di un metodo per il tracciamento diretto della caratteristica meccanica dei motori asincroni. L’ Elettrotechnica 1970/12. pp 718— 731.) A technika jelenlegi állása szerint a szöggyorsulás a szögsebességjel differenciálásával állítható elő. A differenciálás lehet analóg vagy numerikus. Az analóg eljárásnál fontos a fordulatszám zajmentessége, linearítása. A zajfeszültség csökkentésére több eredeti megoldás ismeretes (Trenkler: Aufnahme der Drehmomenten-Drechzahlkennlinien elektrischer Motoren mit einem Wirbelstrombresen. ETZ-A 1972/4. pp 183—186.) Vizsgálataink szerint azonban igen nehéz a differenciálókör időállandóját helyesen megválasztani. Másrészt a differenciáló tagban alkalmazott töltéstároló miatt a felfutási idő kezdeti szakasza (mintegy 10%-a) alatti jelenségek nem értékelhetők. E megoldások szerint jól használható hibaszámításokat lehet végez ni, de nincs meghatározva az érzékelő tengelykapcsolóból és a differencia és differenciálhányadosok különbségéből származó hiba. Optoelektronikus jeladóval épített mérőrendszerben a hibaszámítás elnagyolt (az érzékelő hibáit például meg sem említik). A szögsebesség és a szöggyorsulás mérésére jelenleg két eljárást alkalmaznak. E két eljárás részletesebb ismertetése és hibaelemzése megtalálható a Kiss I., Solymoss E.: „Üj szöggyorsulásmérő módszer hibáinak vizsgálata“ c. cikkében. (Elektrotechnika 1973 pp. 203—214 ). E két eljárás közül a frekvenciaméréshez hasonlítható eljárás lényege az, hogy a vizsgált motor szögelfordulását az idő függvényében úgy határozzák meg, hogy egy inkrementális jeladóról érkező jeleket (amelyek egy Aa szögenként követik egymást) meghatározott időtartam (kapuidő) alatt számolják. Ennél a mérési eljárásnál a legnagyobb mérési hibát az okozza, hogy a számlálókapu a mért jelekhez képest véletlenszerű zárásából adódóan az inkrementális jeladóról érkező jelek számlálásában -\— 1 hibát véthetünk. így a szögsebességmérés relatív hibája a szögsebességgel fordítottan 3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
