SU1726055A1 - Способ поддержани резонансных колебаний механической системы и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к вибрационной технике. Цель изобретени  - снижение непроизводительных затрат энергии путем ус- транени  паразитных колебаний ротора возбудител . Ускорение механической системы измер ют датчиком. Затем сдвигают на л/2 фазу сигнала, дифференцируют его, усиливают и подают на одну из обмоток синхронного электродвигател . На другую обмотку подают посто нное напр жение. Измен ют амплитуду переменного напр жени  и поворачивают статор электродвигател  до совпадени  движущего момента и момента нагрузки в каждый момент времени , что обеспечивает поддержание резонансных колебаний механической системы. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к вибрационной технике и может быть использовано дл  возбуждени  резонансных колебаний вибромашин и поддержани  их резонансного состо ни  при изменении технологической нагрузки.

Цель изобретени  - снижение непроизводительных затрат энергии при поддержании резонансных колебаний механических, систем путем устранени  паразитных угловых колебаний ротора.

На чертеже изображено устройство дл  возбуждени  резонансных колебаний механических систем.

Устройство дл  возбуждени  резонансных колебаний механических систем содержит возбудитель колебаний, выполненный в виде синхронного электродвигател , состо щего из статора 1 и ротора 2. На роторе размещена обмотка 3 возбуждени , на статоре - катушки 4 фазной обмотки. На оси ротора закреплен дебаланс 5. Механическа  система состоит из платформы 6, св занной плоскими пружинами 7 с основанием 8. Двигатель закреплен на платформе 6. Устройство имеет цепь обратной св зи, содержащую последовательно включенные акселерометр 9, закрепленный на платформе 6, переключатель 10, фазовращатель на л/2 11, дифференцирующее звено 12 и усилитель 13. С помощью переключател  10 вход фазовращател  11 подключен к акселерометру 9 или к генератору 14 синусоидального напр жени . Катушки 4 фазной обмотки соединены последовательно и подключены к выходу усилител  13. С помощью дополнительного переключател  15 конденсатор 16 подключен параллельно одной из катушек 4. Обмотка 3 возбуждени  подключена к источнику посто нного напр жени  (не показан).

Устройство работает следующим образом .

Переключателем 10 вход фазовращател  11 подключают к генератору 14 синусоидального напр жени  и дополнительным

СО

С

О

ел ел

переключателем 15 подключают конденсатор 16 параллельно катушке 4 фазной обмотки . При этом на включенные последовательно катушки 4 фазной обмотки поступает с выхода усилител  13 синусои- дальнее напр жение с частотой а), задаваемой генератором 14. Конденсатор 16 обеспечивает сдвиг фазы напр жени  и тока во второй катушке. В результате фазна  обмотка создает вращающеес  с частотой ш магнитное поле. В силу свойств синхронного электродвигател  ротор 2 с дебалан- сом 5 вращаетс  с той же частотой со, возбужда  колебани  платформы 6. Частоту со сигнала генератора 14 измен ют таким образом, чтобы колебани  стали резонансными . Дополнительным переключателем 15 отсоедин ют конденсатор 16 от катушки 4. Переключателем 10 соедин ют вход фазовращател  11 с датчиком 9. Далее устройство автоматически поддерживает резонансные колебани . Происходит это следующим образом .

При вращении ротора с посто нной скоростью со da /dt const, где а - угол поворота ротора, момент нагрузки Мн на его валу (вибрационный момент) измен етс  при резонансных колебани х по закону

Мн М0 (1 - cos 2 ал),(1)

т. е.  вл етс  существенно переменным.

Здесь

Mo 0,5mrA (2)

посто нна  составл юща  и она же ампл и- туда переменной составл ющей момента нагрузки, где m - масса дебаланса; г - рас- сто ние его центра т жести от оси вращени ; А-амплитуда колебаний механической системы.

При вращении ротора по закону

а ал(4)

резонансные колебани  платформы происход т по закону х Асоз(йл - л/2), где х - перемещение платформы А; ш- амплитуда и частота колебаний. Сигнал акселерометра 9 и кдА 2соз(ад - л/Ч + п), где кд - параметр датчика. Сигнал на выходе фазовращател  на тг/2 11

и кдАш cos(w t - nil +п- п /2)

кдАо/ cos a). Сигнал на выходе дифференцирующего звена 12 и со sin ал. Напр жение на выходе усилител  13 и -куКдАй sin (У t, где ky - коэффициент усилени  усилител  13. Поскольку катушки 4 одинаковы и взаимно перпендикул рны, напр жение на каждой

из них uk - у КуКдА со sin ш t и модуль

изображающего вектора фазного напр жени 

иф IUI Uk/cos45°

- -т- kykAAw3 s i n со t.(5)

Изображающий вектор направлен по биссектрисе угла образованного ос ми катушек 4. Создаваемое катушками магнитное поле уже не вращаетс , как обычно, а пульсирует вдоль биссектрисы. В соответствии с (3) и движущий момент

() (6)

Здесь посто нный угол / определ ет ориентацию статора и равен углу между изображающим вектором U фазного напр жени  и направлением х колебаний платформы. Угол у определ ет ориентацию дебаланса относительно ротора и равен углу между радиусом-вектором дебаланса и поперечной осью q ротора.

При сборке и установке возбудител  обеспечиваетс  равенство углов

р-.у.(7)

Напр жение возбуждени  UB и коэффициент усилени  ky усилител  13 выбирают такими , чтобы выполн лось соотношение m r V2

UBkv

(8)

вку Рид

Преобразовав (6) с учетом (4) (5) (7) и (8),

0

5

0

5

0

5

получим

Мд (Т kykflAw3sinuH)x xsin() 0.5mrAu/2(1-cos2 yt). (9) Это выражение совпадаете выражением (1) дл  момента нагрузки с учетом (2), Таким образом, устройство обеспечивает равенство моментов движущего и нагрузки в каждый момент времени. Следовательно ротор будет вращатьс  равномерно, пульсации его скорости отсутствуют, а колебани  останутс  резонансными. Поскольку параметры механической системы нигде не учитывались , колебани  останутс  резонансными и при изменении параметров.

Способ возбуждени  резонансных колебаний механических систем осуществл ют следующим образом.

При резонансных колебани х механической системы с частотой со момент нагрузки на валу возбудител  им.еет посто нную и переменную с частотой 2 сосоставл ющие (см. (1)). Дл  того чтобы возбудить резонансные колебани  и при этом не допустить паразитных угловых колебаний ротора, вызываемых переменной составл ющей момента нагрузки, необходимо обеспечить равенство момента движущего моменту нагрузки в каждый момент времени .

Дл  достижени  этого измер ют ускорение колебаний механической системы. Фазу сигнала сдвигают на л/2, затем сигнал дифференцируют, усиливают и подают на одну из обмоток синхронного электро- двигател . Эта обмотка создает пульсирующее магнитное поле. На другую обмотку подают посто нное напр жение. При вращении ротора синхронного электродвигател  с посто нной угловой скоростью движущий момент имеет в этом случае посто нную и переменную с частотой 2ш составл ющие (9), т.е. измен етс  по тому же закону, что и момент нагрузки. Путем изменени  коэффициента усилени  (8) измен ют амплитуду движущего момента, а путем поворота статора (7) измен ют его фазу до полного совпадени  момента движущего с моментом нагрузки в каждый момент времени . Это обеспечивает устойчивое поддер- жание резонансных колебаний механической системы без паразитных угловых колебаний ротора возбудител , а измерение ускорени  колебаний, последующее дифференцирование сигнала обеспечивают поддержание резонансных колебаний при изменении параметров механической системы.

Claims (2)

1. Способ поддержани  резонансных колебаний механической системы синхронным электродвигателем, заключающийс  в подаче напр жени  одновременно на фазную обмотку и обмотку возбуждени  элект- родвигател , измерении колебаний механической системы, осуществлении сдвига фаз измеренного сигнала, усилении его и подаче на электродвигатель, при этом измен ют амплитуду напр жени , подавав мого на электродвигатель, и поворачивают

статор до обеспечени  услови  возбуждени  резонансных колебаний, отличающийс  тем, что, с целью снижени  непроизводительных затрат энергии за счет устранени  паразитных угловых колебаний ротора, при измерении колебаний определ ют ускорение колебаний механической системы, осуществл ют сдвиг фазы измеренного сигнала нал/2, измен ют амплитуду напр жени , подаваемого на фазную обмотку, и поворачивают статор до совпадени  движущего момента с моментом нагрузки , а на обмотку возбуждени  подают посто нное напр жение.

2. Устройство дл  поддержани  резонансных колебаний механической системы, содержащее возбудитель колебаний, выполненный в виде синхронного электродвигател , св занного с механической системой и включающего в себ  статор, ротор , обмотку возбуждени  и состо щую из катушек фазную обмотку, котора  соединена с выходом усилител , датчик колебаний, генератор, переключатель, фазовращатель и дифференцирующее звено, отличающеес  тем, что, с целью снижени  непроизводительных затрат энергии за счет устранени  паразитных угловых колебаний ротора, в него введены дополнительный переключатель и конденсатор, которые соединены последовательно между собой и параллельно одной из катушек фазной обмотки , соединенной последовательно с остальными , вход фазовращател  через первый переключатель соединен с выходом генератора или с выходом датчика колебаний , а выход - с последовательно соединен- ными дифференцирующим звеном и усилителем, причем датчик выполнен в виде акселерометра, а фазовращатель имеет фазовый сдвиг JT/2.