SU1609515A1

SU1609515A1 - Способ возбуждени резонансных колебаний механических систем и устройство дл его осуществлени

Info

Publication number: SU1609515A1
Application number: SU884617664A
Authority: SU
Inventors: Владимир Константинович Асташев; Владимир Ильич Бабицкий; Илья Яковлевич Соколов; Александр Викторович Шипилов
Original assignee: Институт Машиноведения Им.А.А.Благонравова
Priority date: 1988-12-09
Filing date: 1988-12-09
Publication date: 1990-11-30

Abstract

Изобретение относитс к вибрационной технике. Цель изобретени - снижение энергозатрат на возбуждение колебаний за счет обеспечени возможности стабилизации резонансных колебаний в процессе изменени параметров механической системы, колебани которой измер ют датчиком 6. Затем формирователем фазного напр жени (ФН) 9, сдвига фазу сигнала датчика и усилива его, преобразуют сигнал в фазное напр жение синхронного электродвигател (СЭ) 1. Также формирователем напр жени возбуждени (НВ) 10 преобразуют сигнал датчика в посто нное НВ СЭ. В зависимости от амплитуды и частоты колебаний измен ют внутренний угол СЭ путем изменени амплитуды ФН и значени НВ и фазовый сдвиг так, чтобы их разность оставалась посто нной и соответствовала резонансному значению. 3 ил.

Description

сл

с

11

Фиг. 2

о о ю ел

ел

Изобретение относитс к вибрационной технике и может быть использовано дл возбуждени резонансных колебаний вибромашин с возбудителем колебаний, выполненным в виде синхронного электродвигател , и поддержани их резонансного состо ни при измении технологической нагрузки.

Цель изобретени - снижение знерго- затрат на возбуждение при обеспечении возможности стабилизации резонансных колебаний в процессе изменени параметров механической системы.

На фиг. 1 изображена схема, иллюстрирующа формирование возбуждающей силы; на фиг, 2 - устройство дл возбуждени резонансных колебаний механических сие- тем; на фиг, 3 - схема, иллюстрирующа образование результирующего вектора фазного напр жени .

Устройство дл возбуждени резонансных колебаний механических систем содержит возбудитель колебаний, выполненный в виде синхронного электродвигател 1 с де- балансом 2, закрепленным на его оси. Механическа система состоит из платформы 3, св занной плоскими пружинами 4 с основанием 5, Механическа св зь двигател с механической системой осуществлена жестким закреплением статора двигател 1 на платформе 3. Устройство содержит также электрическую цепь обратной св зи, содержащую соединенные последовательно датчик 6 колебаний, переключатель 7 и блок управлени 8 электродвигателем 1. Датчик 6 закреплен на платформе 3. С помощью переключател 7 вход блока управлени 8 подключен к датчику б или к генератору синусоидального напр жени 11. Блок управлени 8 содержит формирователь фазного напр жени 9 и формировател напр жени возбуждени 10, входы которых объединены, а выходы подключены соответственно к фаЗной обмотке и обмотке возбуждени синхронного электродвигател 1. Таким образом, цепь обратной св зи состоит из двух контуров. Лервый контур содержит формирователь фазного напр жени 9. Второй контур содержит формирователь напр жени возбуждени 10. Датчик 6 и переключатель 7 вл ютс общими дл обоих контуров. Формирователь фазного напр жени предназначен дл преобразовани синусоидального входного сигнала в синусоидальное фазное напр жение. При этом частота фазного напр жени равна частоте входного сигнала, а амплитуда фазного напр жени и вносимый блоком фазовый сдвиг завис т от амплитуды и частоты сигнала . Формирователь напр жени возбуждени предназначен дл преобразовани

синусоидального входного сигнала в посто нное напр жение возбуждени , величина которого зависит от частоты и амплитуды сигнала.

Формирователь фазного напр жени 9

(фиг. 2) состоит из последовательно соединенных релейного элемента 12, фильтра низких частот 13, двух дефференцирующих звеньев 14,15 фазовращател 16, усилител

переменного напр жени 17. На выходе формировател напр жени возбужени 10 стоит суммирующий усилитель 18, первый вход которого соединен с входом формировател через выпр митель 19, а второй вход

5 соединен с источником посто нного напр жени 20. Датчик колебаний выполнен в виде датчика скорости.

Релейный элемент 12 имеет симметричную характеристику, его выходное напр же0 ние Увых св зано с входным UBX соотношением Увых BpSignUex, где Вр - параметр релейного элемента,- sign х 1 при х О, sign X -1 при х О . Релейный элемент может быть выполнен, например.

5 в виде усилител -ограничител с большим коэффициентом усилени . Последовательно включенные релейный элемент 12 и фильтр низких частот 13 преобразуют синусоидальный сигнал с произвольной ампли0 тудой в синусоидальный же сигнал той же

4 частоты с заданной амплитудой В Вр. ,

Выпр митель 10 преобразует синусоидальное входное напр жение UBX а sintwt в

5 посто нное выходное Увых Ква, где KB - параметр выпр мител .

Далее везде рассматриваетс двуфаз- ный синхронный электродвигатель с обмоткой возбуждени , выполненной на роторе, и

0 с фазной обмоткой, выполненной на статоре .

Устройство работает следующим образом .

Переключателем 7 вход блока управле5 ни 8 подключают к генератору синусоидального напр жени 11. При этом на элекродвигатбль 1 поступает переменное фазное напр жение с частотой О) , задаваемой генератором 11, и посто нное напр же0 ние возбуждени . Ротор электродвигател вращаетс с частотой (У , возбужда колебани механической системы. Частоту о) сигнала генератора 11 измен ют таким образом, чтобы колебани механической си55 стемы стали резонансными. Переключателем 7 подключают вход блока управлени 8 к датчику колебаний 6. Далее устройство поддерживает резонансные колебани автоматически . Происходит это следующим образом.

При колебани х платформы 3 по закону X-Acoswt сигнал датчика скорости со .

/ -Vo у - л., (б) где Vo - номинальный внутренний угол синхронного электродвигател (обычно принимают Vo - 20-30°).

5Параметры В релейного элемента 12.KB

выпр мител 19, значение напр жени и о Ui (ft;t-b3) . Здесь учтено, источника 20, коэффициенты усилений Ку

усилител 17 и Ki, Км суммирующего усилител 22 по входам I и И соответственно по- 10 добраны таким образом, что выполн ютс соотношени

ставл ет и Кд AUJCOS ( +) . где Кд

-параметр датчика, а сигнал на выходе дифференцирующегозвена15

что каждое из дифференцирующих звеньев 14,15 вносит фазовый сдвиг -п. Фазовращатель 16 и усилитель 17 преобразуют сигнал в двухфазную систему напр жений (фиг. 3)

UL (ft)t )и и/9

ифсо5(йл+3 J-fV + f ).

подаваемых на взаимно перпендикул рные катушки а и /3 фазной обмотки. Здесь амплитуда фазного напр жени (1)

где - параметр фазовращател 16;

Ку - коэффициент усилени усилител , Проекци Ux изображающего вектора Уф фазного напр жени на направление перемещени X механической системы опережает пофазе напр жение Da на угол у между осью спи направлением перемещени

x:Ux UOcos( + 7) ифсо8(йл+)

где у) 3 2 -Ь V + У

Напр жение возбуждени на выходе суммирующего усилител 22

UB К| KB Кд Au,-f- KII Uo . (3) Движущий момент синхронного электродвигател

MflB ;/i sinU-i-/i2 sin2V, (4)

, - параметры двигател . Внутренний угол V определ етс из услови , равенства движущего момента Мдвмо- менту нагрузки Мн, который при резонансных колебани х зависит от амплитуды и частоты колебаний

Cf;-l-i 2m гй7-f 2-т г АЙ; , (5)

где VI , vг- параметры возбудител колебаний;

m - масса дебаланса;

г - рассто ние центра т жести от оси вращени .

Первое слагаемое описывает в зкое сопротивление , второе - трение качени либо сухое трение в подшипниках дебаланса, третье - вибрационный момент.

Фазовый сдвиг, задаваемый фазовращателем 16, посто нен

КуВ W 4 ,«2 sin2Vo

15

КуВ Км Uo v

Ку В KB К| - -п

jLit sin2 Vo m г

(7)

Кд sin Vo Определ внутренний угол V из услови д Мн с учетом выражений (4), (5), (1), (3), (7), 20 получаем V Vo, т.е. при любых значени х амплитуды А и частоты (о резонансных колебаний внутренний угол остаетс посто нным , причем в соответствии с выражени ми (2)

25 Ъг

,/, V Ч- Vo -у - л: 4:) - -Vo fСпособ возбужени резонансных коле- 30 баний механических систем с возбудителем , выполненным в виде синхронного электродвигател , осуществл ют следующим образом.

Измер ют колебани механической си- 35 стемы датчиком колебаний, например акселерометром . Фазу сигнала датчика сдвигают, сигнал усиливают и подацэт в качестве переменного фазного напр жени на электродвигатель. При этом изображаю- 40 щий вектор Urp фазного напр жени вращаетс с частотой О) колебаний механической системы. Ротор электродвигател вращаетс также с частотой а) , попе- речна ось q ротора отстает от изображающего вектора J(p на внутренний угол V (фиг. 1).

Сдвиг фаз между силой, создаваемой возбудителем, и перемещением механической системы зависит от разности 1р- U , где - сдвиг фаз между проекциейих изображающего вектора вектора U® на направлении перемещени х механической системы и собственно перемещением. Реjt зонансному значению TJ сдвига фаз между

силой и перемещением соответствует посто нное значение разности / U Ф,, определ емое конструкций возбудител .

КуВ W 4 ,«2 sin2Vo

5

КуВ Км Uo v

Ку В KB К| - -п

jLit sin2 Vo m г

(7)

Кд sin Vo Определ внутренний угол V из услови д Мн с учетом выражений (4), (5), (1), (3), (7), 0 получаем V Vo, т.е. при любых значени х амплитуды А и частоты (о резонансных колебаний внутренний угол остаетс посто нным , причем в соответствии с выражени ми (2)

5 Ъг

,/, V Ч- Vo -у - л: 4:) - -Vo fСпособ возбужени резонансных коле- 0 баний механических систем с возбудителем , выполненным в виде синхронного электродвигател , осуществл ют следующим образом.

Измер ют колебани механической си- 5 стемы датчиком колебаний, например акселерометром . Фазу сигнала датчика сдвигают, сигнал усиливают и подацэт в качестве переменного фазного напр жени на электродвигатель. При этом изображаю- 0 щий вектор Urp фазного напр жени вращаетс с частотой О) колебаний механической системы. Ротор электродвигател вращаетс также с частотой а) , попе- речна ось q ротора отстает от изображающего вектора J(p на внутренний угол V (фиг. 1).

Сдвиг фаз ф зависит от сдгаига фазы сигнала датчика и от ориентации статора электродвигател , Сдвиг фазы сигнала датчика осуществл етс фазовращателем. Внутренний угол V зависит от амплиту- ды иф фазного напр жени , значени UB напр жени возбуждени и от нагрузки на валу двигател .

Изменением амплитуды иф фазного напр жени и значени UB напр жени воз- буждени регулируют величину внутреннего угла V, Поворотом статора или изменением сдвига фазы сигнала датчика путем управлени фазовращателем ре17ли- руют сдаиг фаз . Регулирование и до обеспечени посто нного значени Ф их- разности - и , соответствующему резонансу .

При изменении параметров механической системы измен ютс амплитуда и час- тота резонансных колебаний. При этом измен етс внутренний угол V вследствие изменени нагрузки на валу электродвигател , Регулированием vctp обеспечивают поддержание посто нного значени разности t/ - и Ф и, следовательно, поддерживание резонансных колебаний.

Claims

Формула изобретени 1. Способ возбуждени резонансных колебаний механических систем синхронным электродвигателем, заключающийс в подаче на электродвигатель электрического напр жени , в измерении колебаний механической системы, осуществлении сдвига фазы измеренного сигнала, его усилении и подаче на электродвигатель, отличающийс тем, что, с целью снижени энергозатрат на возбуждение и стабилизации резонансных колебаний, одновремен- но подают напр жение на фазную обмотку

5

Ю 5

5

и обмотку возбуждени электродвигател , измен ют амплитуду напр жени , подаваемого на обмотки, поворачивают статор до обеспечени услови возбуждени резонансных колебаний,
2. Устройство дл возбуждени резонансных колебаний механических систем, содержащее возбудитель колебаний, выполненный в виде синхронного электродвигател , св занного с механической системой и включающего в себ статор, ротор , обмотку возбуждени и фазную обмотку , датчик колебаний, переключатель, соединенные последовательно фазовращатель и усилитель, отличающеес тем, что, с целью снижени энергозатрат на возбуждение и обеспечени стабилизации резонансных колебаний, оно снабжено блоком формировани фазного напр жени , выход которого подключен к фазной обмотке, и блоком формировани напр жени возбуждени , выход которого подключен к обмотке возбуждени , причем входы блоков формировани фазного напр жени и напр жени возбуж 1ени через переключатель соединены с выходом датчика, а блок формировани фазного напр жени выполнен в виде последовательно соединенных релейного элемента, фильтра низких частот и двух дифференцирующих звеньев, при этом блок формировани напр жени возбуждени выполнен в виде соединенных по- следовательно выпр мител и суммирующего усилител посто нного напр жени с двум входами, второй вход суммирующего усилител соединен с источником посто нного напр жени , а фазовращатель и усилитель подключены между выходом второго дефференцирующего звена и выходом блока формировани фазного напр жени .

игЗ