RU2605692C1 - Method of critical rotation speeds passing through in electromechanical energy converter - Google Patents
Method of critical rotation speeds passing through in electromechanical energy converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2605692C1 RU2605692C1 RU2015152918/07A RU2015152918A RU2605692C1 RU 2605692 C1 RU2605692 C1 RU 2605692C1 RU 2015152918/07 A RU2015152918/07 A RU 2015152918/07A RU 2015152918 A RU2015152918 A RU 2015152918A RU 2605692 C1 RU2605692 C1 RU 2605692C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bearings
- critical
- rotor
- electromagnetic
- speed
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/044—Active magnetic bearings
- F16C32/0444—Details of devices to control the actuation of the electromagnets
- F16C32/0451—Details of controllers, i.e. the units determining the power to be supplied, e.g. comparing elements, feedback arrangements with P.I.D. control
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/044—Active magnetic bearings
- F16C32/0459—Details of the magnetic circuit
- F16C32/0461—Details of the magnetic circuit of stationary parts of the magnetic circuit
- F16C32/0465—Details of the magnetic circuit of stationary parts of the magnetic circuit with permanent magnets provided in the magnetic circuit of the electromagnets
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
- H02K5/24—Casings; Enclosures; Supports specially adapted for suppression or reduction of noise or vibrations
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
- H02K7/08—Structural association with bearings
- H02K7/09—Structural association with bearings with magnetic bearings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано при проектировании высокоскоростных электромеханических преобразователей энергии для автономных систем электроснабжения.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in the design of high-speed electromechanical energy converters for autonomous power supply systems.
Известен способ прохождения критических частот турбин, работающих в режиме закритической скорости [патент RU 2185515 C1, F01D 019/00, 20.11.2000], по которому прохождение критических частот вращения достигается тем, что производят оценку состояния упругости системы ротор-фундамент путем определения величины коэффициента упругости путем соотношения частот вращения ротора к началу критической частоты и к концу критической частоты, а затем корректируют его до определенного значения.A known method of passage of critical frequencies of turbines operating in the mode of supercritical speed [patent RU 2185515 C1, F01D 019/00, 20.11.2000], in which the passage of critical rotation speeds is achieved by assessing the state of elasticity of the rotor-foundation system by determining the coefficient elasticity by the ratio of rotor rotational frequencies to the beginning of the critical frequency and to the end of the critical frequency, and then adjust it to a certain value.
Недостатком данного аналога являются ограниченные функциональные возможности способа, обусловленные тем, что оценка критической частоты проводится во время проектирования ротора и не предлагается самого метода устранения критической частоты.The disadvantage of this analogue is the limited functionality of the method, due to the fact that the critical frequency is evaluated during the design of the rotor and the method of eliminating the critical frequency is not proposed.
Известен способ прохождения критических частот вращения роторов [http://engine.aviaport.ru/issues/91/pics/pg14.pdf, 26.10.2015 г.], по которому прохождение критических частот вращения ротора происходит с помощью применения новой конструкции опоры, обеспечивающей регулирование жесткости опоры в зависимости от частоты вращения ротора. В данной конструкции опоры предлагается устанавливать упругий элемент между валом ротора и внутренним кольцом подшипника. Прохождение критических частот вращения ротора происходит за счет упругой деформации втулки в осевом направлении.A known method of passage of critical rotational speeds of rotors [http://engine.aviaport.ru/issues/91/pics/pg14.pdf, 10.26.2015,], in which the passage of critical rotational frequencies of the rotor occurs using the new design of the support, providing regulation of the rigidity of the support depending on the rotational speed of the rotor. In this design of the support, it is proposed to install an elastic element between the rotor shaft and the inner ring of the bearing. The passage of critical rotational frequencies of the rotor occurs due to the elastic deformation of the sleeve in the axial direction.
Недостатком данного способа является сложность его технической реализации, невысокая надежность и ограниченные функциональные возможности управления жесткостью опоры в процессе работы.The disadvantage of this method is the complexity of its technical implementation, low reliability and limited functionality to control the stiffness of the support during operation.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому относится способ прохождения критических частот за счет управления жесткостью магнитных подшипников [http://www.kpi.kharkov.ua/archive/Наукова_перiодика/vestnik/Динамика%20и%20прочность%20машин/2008/47/Магнитные%20подшипники%20как%20упруго-демпферные%20опоры%20роторов%20c%20управляемой%20жесткостью.pdf, 26.10.2015 г.], по которому прохождение критических частот вращения происходит за счет управления жесткостью магнитного подшипника. Изменение жесткости магнитного подшипника происходит посредством определения отклонения ротора путем измерения величины напряженности магнитного поля в зазоре магнитного подшипника на постоянных магнитах с помощью датчика Холла в микросхемном исполнении с элементами усиления и стабилизации.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed method relates to the passage of critical frequencies by controlling the stiffness of the magnetic bearings [http://www.kpi.kharkov.ua/archive/Naukova_periodika/vestnik/Dynamics%20and%20 strength% 20 machines/2008/ 47 / Magnetic% 20 bearings% 20 as% 20 elastic-damper% 20 bearings% 20 rotors% 20c% 20 controllable% 20 stiffness.pdf, 10.26.2015,], through which the passage of critical speeds occurs due to the control of the stiffness of the magnetic bearing. The stiffness of the magnetic bearing is changed by determining the rotor deflection by measuring the magnitude of the magnetic field in the gap of the permanent magnet magnetic bearing using a Hall sensor in a microcircuit design with amplification and stabilization elements.
Недостатком данного способа является невысокая надежность ввиду сложности управления и погрешности за счет применения датчика Холла.The disadvantage of this method is the low reliability due to the complexity of control and errors due to the use of the Hall sensor.
Задача изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение надежности способа прохождения критических частот вращения и выведение на номинальную частоту вращения высокоскоростного электромеханического преобразователя энергии на гибридных магнитных подшипниках.The objective of the invention is to expand the functionality and increase the reliability of the method of passing critical rotational speeds and outputting a high-speed electromechanical energy converter using hybrid magnetic bearings to the nominal speed.
Техническим результатом является повышение точности автоматического регулирования жесткости гибридного магнитного подшипника в зоне критической скорости вращения ротора при максимальной надежности конструкции высокоскоростного электромеханического преобразователя энергии на гибридных магнитных подшипниках.The technical result is to increase the accuracy of automatic control of the stiffness of a hybrid magnetic bearing in the zone of critical rotational speed of the rotor with maximum reliability of the design of a high-speed electromechanical energy converter based on hybrid magnetic bearings.
Поставленная задача решается, а указанный технический результат в способе прохождения критических частот путем управления жесткостью магнитных подшипников достигается тем, что согласно изобретению в режиме измерения скорости ротора электромеханического преобразователя энергии на гибридных магнитных подшипниках, состоящих из магнитных подшипников на постоянных магнитах и электромагнитных подшипников, посредством блока управления электромагнитными подшипниками измеряют значение напряжения на обмотках статора, сравнивают со значениями, заложенными в программу блока управления, при которых появляются критические частоты вращения ротора, и при приближении к значению напряжения, соответствующему диапазону критической частоты вращения ротора, что составляет ±10% от критической частоты, блоком управления электромагнитными подшипниками импульсно повышают ток на обмотках электромагнитных подшипников, тем самым мгновенно изменяют жесткость гибридных магнитных подшипников, смещая диапазон критических частот для данного ротора, причем при прохождении зоны критических частот, заложенных в программе блока управления электромагнитными подшипниками, ток на обмотках электромагнитных подшипников возвращают к номинальному значению, возвращая жесткость гибридных магнитных подшипников к номинальным значениям.The problem is solved, and the technical result in the method of passing critical frequencies by controlling the stiffness of magnetic bearings is achieved by the fact that according to the invention in the mode of measuring the rotor speed of an electromechanical energy converter on hybrid magnetic bearings, consisting of permanent magnetic bearings and electromagnetic bearings, by means of a block control electromagnetic bearings measure the voltage across the stator windings, compare with By using the programmer's control program, at which critical rotor speeds appear, and when approaching the voltage value corresponding to the range of the critical rotor speed, which is ± 10% of the critical frequency, the electromagnetic bearings control unit pulsely increase the current on the windings of the electromagnetic bearings , thereby instantly changing the stiffness of the hybrid magnetic bearings, shifting the critical frequency range for a given rotor, and when passing through the critical zone their frequencies inherent in electromagnetic bearings program control unit, a current in the windings of electromagnetic bearings is returned to the nominal value, returning the hybrid magnetic bearing stiffness to nominal values.
Существо изобретения поясняется чертежами. На фигуре 1 изображен продольный разрез магнитоэлектрического генератора на гибридных магнитных подшипниках. На фигуре 2 изображена зависимость жесткости гибридных магнитных подшипников от напряжения на обмотках статора.The invention is illustrated by drawings. The figure 1 shows a longitudinal section of a magnetoelectric generator based on hybrid magnetic bearings. The figure 2 shows the dependence of the stiffness of the hybrid magnetic bearings on the voltage across the stator windings.
Пример конкретной реализации способаAn example of a specific implementation of the method
Способ прохождения критических частот в высокоскоростном электромеханическом преобразователе энергии на гибридных магнитных подшипниках представлен на магнитоэлектрическом генераторе мощностью 100 кВт и номинальной частотой вращения 60000 об/мин, вырабатывающий линейное напряжение 200 В. Электромеханический преобразователь энергии содержит ротор (фиг. 1), состоящий из вала 1, с установленными на него высококоэрцитивными постоянными магнитами 2, статор 3 с обмоткой 4, гибридные магнитные подшипники, состоящие из магнитных подшипников на постоянных магнитах 5 и электромагнитных подшипников 6, блок управления электромагнитными подшипниками 7, подключенный к выходным концам обмотки 4 статора 3. Первая критическая скорость вращения для ротора данного магнитоэлектрического генератора составляет 39000 об/мин, а вторая критическая скорость составляет 73000 об/мин, при номинальной жесткости магнитных подшипников (фиг. 2) в 66666666,6 Н/м 8, следовательно, для выведения данного генератора на номинальные обороты требуется преодолеть первую критическую скорость вращения изменением жесткости магнитных подшипников. Жесткость электромагнитных подшипников зависит от тока, подаваемого блоком управления электромагнитными подшипниками 7. В режиме изменения скорости ротора магнитоэлектрического генератора на гибридных магнитных подшипниках блок управления электромагнитными подшипниками 7 измеряет значение напряжения на обмотках 4 статора 3, которое зависит от частоты вращения ротора, сравнивая со значениями, заложенными в программу блока управления, при которых появляются критические частоты вращения ротора. Так, при номинальной скорости вращения ротора (таблицы 1) в 60000 об/мин на обмотках статора будет 200 В, а при первой критической скорости вращения в 39000 об/мин на обмотках ротора будет 130 В.A method for passing critical frequencies in a high-speed electromechanical energy converter using hybrid magnetic bearings is presented on a magnetoelectric generator with a power of 100 kW and a nominal speed of 60,000 rpm, generating a linear voltage of 200 V. The electromechanical energy converter contains a rotor (Fig. 1), consisting of
Жесткость гибридных магнитных подшипников автоматически изменяется блоком управления электромагнитными подшипниками 7 при значениях напряжения, соответствующим диапазонам критических частот вращения ротора, это ±10% от критических частот, до появления резонансных колебаний ротора. Так, при напряжении на обмотках от 117 до 143 В блок управления электромагнитными подшипниками 7 импульсно увеличит ток на обмотках электромагнитных подшипников 6, тем самым увеличив жесткость магнитных подшипников до 83333333,3 Н/м 9, а при данной жесткости магнитных подшипников критическая частота составляет 46500 об/мин. При увеличении напряжения на обмотках 4 статора 3 выше 143 В блок управления электромагнитными подшипниками возвращает первоначальный ток на электромагнитных подшипниках 6, возвращая первоначальную жесткость магнитных подшипников до 66666666,6 Н/м 8. При торможении ротора изменение жесткости происходит также в зависимости от напряжения на обмотках статора 4. При работе данного магнитоэлектрического генератора в двигательном режиме разгон и торможение ротора происходят аналогично.The stiffness of the hybrid magnetic bearings is automatically changed by the electromagnetic
Таким образом, достигается расширение функциональных возможностей и повышение надежности способа прохождения критических частот вращения и выведение на номинальную частоту вращения высокоскоростного электромеханического преобразователя энергии на гибридных магнитных подшипниках.Thus, it is possible to expand the functionality and increase the reliability of the method of passing critical rotational speeds and outputting a high-speed electromechanical energy converter using hybrid magnetic bearings to the nominal speed.
Итак, заявленное изобретение позволяет повысить точность автоматического регулирования жесткости гибридного магнитного подшипника в зоне критической скорости вращения ротора при максимальной надежности конструкции высокоскоростного электромеханического преобразователя энергии на гибридных магнитных подшипниках.So, the claimed invention allows to increase the accuracy of automatic control of the stiffness of a hybrid magnetic bearing in the zone of critical rotor speed with maximum reliability of the design of a high-speed electromechanical energy converter based on hybrid magnetic bearings.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015152918/07A RU2605692C1 (en) | 2015-12-09 | 2015-12-09 | Method of critical rotation speeds passing through in electromechanical energy converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015152918/07A RU2605692C1 (en) | 2015-12-09 | 2015-12-09 | Method of critical rotation speeds passing through in electromechanical energy converter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2605692C1 true RU2605692C1 (en) | 2016-12-27 |
Family
ID=57793601
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015152918/07A RU2605692C1 (en) | 2015-12-09 | 2015-12-09 | Method of critical rotation speeds passing through in electromechanical energy converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2605692C1 (en) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4128795A (en) * | 1975-12-24 | 1978-12-05 | Societe Europeene De Propulsion | Device for damping the critical frequencies of a rotor suspended by a radial electromagnetic bearing |
JPS56150619A (en) * | 1980-04-22 | 1981-11-21 | Seiko Instr & Electronics Ltd | Magnetic bearing |
JPS62258221A (en) * | 1986-05-02 | 1987-11-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Magnetic bearing control system |
JPH01158215A (en) * | 1987-12-15 | 1989-06-21 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Method for controlling magnetic bearing |
SU1712691A1 (en) * | 1989-10-09 | 1992-02-15 | Московский энергетический институт | Method of magnetic bearing control |
JPH0754846A (en) * | 1993-08-11 | 1995-02-28 | Nippon Seiko Kk | High speed rotary shaft device |
US5576587A (en) * | 1994-03-18 | 1996-11-19 | Hitachi, Ltd. | High-speed rotor and controller for controlling magnetic bearings used therefor |
RU2185515C1 (en) * | 2000-11-20 | 2002-07-20 | Фесенко Стэфан Серафимович | Method of elimination of critical velocities of turbines operating under supercritical velocity conditions |
JP2010164185A (en) * | 2009-01-19 | 2010-07-29 | Ihi Corp | Magnetic bearing control device and method |
-
2015
- 2015-12-09 RU RU2015152918/07A patent/RU2605692C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4128795A (en) * | 1975-12-24 | 1978-12-05 | Societe Europeene De Propulsion | Device for damping the critical frequencies of a rotor suspended by a radial electromagnetic bearing |
JPS56150619A (en) * | 1980-04-22 | 1981-11-21 | Seiko Instr & Electronics Ltd | Magnetic bearing |
JPS62258221A (en) * | 1986-05-02 | 1987-11-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Magnetic bearing control system |
JPH01158215A (en) * | 1987-12-15 | 1989-06-21 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Method for controlling magnetic bearing |
SU1712691A1 (en) * | 1989-10-09 | 1992-02-15 | Московский энергетический институт | Method of magnetic bearing control |
JPH0754846A (en) * | 1993-08-11 | 1995-02-28 | Nippon Seiko Kk | High speed rotary shaft device |
US5576587A (en) * | 1994-03-18 | 1996-11-19 | Hitachi, Ltd. | High-speed rotor and controller for controlling magnetic bearings used therefor |
RU2185515C1 (en) * | 2000-11-20 | 2002-07-20 | Фесенко Стэфан Серафимович | Method of elimination of critical velocities of turbines operating under supercritical velocity conditions |
JP2010164185A (en) * | 2009-01-19 | 2010-07-29 | Ihi Corp | Magnetic bearing control device and method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8085003B2 (en) | Voltage regulated permanent magnet generator | |
JP5856292B2 (en) | Method for controlling a wind turbine generator | |
EP3346590A1 (en) | Double stator permanent magnet machine with magnetic flux regulation | |
JP6536691B2 (en) | Magnetic bearing device and compressor | |
US9300194B2 (en) | Electromagnetic device | |
EP3316459B1 (en) | Electric motors | |
US20160365814A1 (en) | Variable speed ac generator system including independently controlled rotor field | |
RU2470446C1 (en) | Stabilised axial dc generator | |
US20190093720A1 (en) | Electric linear motion actuator | |
RU2605692C1 (en) | Method of critical rotation speeds passing through in electromechanical energy converter | |
US11137026B2 (en) | Control device for magnetic bearing and control method | |
JP6244598B2 (en) | Wind turbine generator having variable magnetic flux field type synchronous generator | |
US10516357B2 (en) | Generator and method for controlling a generator | |
Xu et al. | Hybrid pole type bearingless switched reluctance motor with short flux path | |
JP2019080441A (en) | Motor drive device, motor system with motor drive device, imaging device, and motor drive method | |
Peng et al. | Design and characteristic analysis of a novel bearingless SRM with double stator | |
CN108028621B (en) | Synchronous machine module, vehicle drive and vehicle | |
SE540769C2 (en) | Synchronous machine with rotor field windings and method forits operation | |
Dang et al. | Sensorless control scheme for ultra high speed switched reluctance machine | |
EP2615730B1 (en) | Brushless starter-generator assembly and method to control magnetic flux excitation | |
US11329530B2 (en) | Electric machine system | |
Cao et al. | A flexible control method of axial force for conical bearingless switched reluctance motors | |
RU2539690C1 (en) | Sensorless control over rotor position in contactless bearings | |
JP5025707B2 (en) | Magnetic levitation pump device | |
RU2549363C1 (en) | Method of braking of electric machine rotor running with magnetic bearings |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171210 |