SU1744313A1

SU1744313A1 - Устройство дл стабилизации магнитного подвеса ротора

Info

Publication number: SU1744313A1
Application number: SU904779157A
Authority: SU
Inventors: Сергей Петрович Сафонов; Александр Валерианович Наганов
Original assignee: Институт ядерной энергетики АН БССР
Priority date: 1990-01-08
Filing date: 1990-01-08
Publication date: 1992-06-30

Abstract

Использование: в области машиностроени , в частности, в конструкци х подшипниковых узлов, и может быть использовано в быстровращающихс роторных машинах с активными магнитными подшипниками. Сущность изобретени : устройство содержит индуктивный датчик положени ротора, св занный с последовательно соединенными предварительным усилителем, фазочув- ствительным детектором, фильтром низкой .частоты, усилителем мощности и обмотками питани электромагнитов, а также генератор переменных сигналов. За счет питани измерительного моста, образованного датчиками положени ротора, как от генератора переменных сигналов, так и от источника посто нного тока создаетс в магнитной цепи датчика дополнительный магнитный поток и выдел етс сигнал, обусловленный скоростью изменени магнитного потока, что позвол ет упростить конструкцию подшипникового узла и повысить эксплуатационную характеристику магнитного подвеса 1 ил.

Description

Изобретение относитс к области машиностроени , к подшипникам дл роторных машин и предусматривает усовершенствование системы автоматического управлени (САУ) магнитных активных подшипников (МАП).

При создании роторных машин с активными1 магнитными подшипниками возникает проблема устойчивой работы последних, котора обычно решаетс выбором элементов внешней САУ МАП.

Известные из указанных источников технические решени обеспечивают надежную работу роторной машины при высоких оборотах, в ШИРОКОМ диапазоне температур . Наличие автоматической системы управлени позвол ет дополнительно устранить разбалансировку демпфировать

колебани подвески, устранить расцентров- ку опор.

Однако известные технические решени имеют сложную конструкцию подшипниковых узлов, качество регулировани . САУ МАП не всегда обеспечивают надежную работу ротора машин.

Дл повышени качества регулировани величину тока питани электромагнитов подшипника корректируют по величине перемещени и скорости перемещени контролируемого сечени ротора.

Однако из-за наличи в выходном сигнале преобразовател перемещений остатков несущей частоты и других высокочастотных шумов ухудшаютс динамические характеристики всей системы. Введение дополнительного датчика скорости перемещени ротора улучшит динамическую характеристику, но приведет к заметному увеличению размеров подшипникового узла.

Приведенна в известном устройстве система дл стабилизации магнитного подвеса содержит ротор, магнитные активные подшипники, снабженные индуктивными датчиками положени ротора, выполненными по схеме измерительного моста, источники электропитани , а также блоки системы автоматического управлени , включающие задающее устройство, сумматор , усилители, включенные в цепь силового электромагнита подшипника, и преобразователь , обрабатывающий сигнал датчика положени и состо щий из установленных последовательно дифференциального усилител , фазочувствительного детектора, фильтра низкой частоты, а также корректирующего звена (дифференциатора), с помощью которого получают величину скорости перемещени сечени ротора.

Прин тый за прототип объект не всегда обеспечивает необходимое качество регулировани из-за ограничений, накладываемых на значение коэффициента преобразовани дифференциатора, что снижает надежность работы ротора. ,dUBX

KI - UBUX/dt

Из приведенной формулы видно, что предельное значение определ етс отношением допустимой величины напр жени шумов на выходе дифференциатора и максимальной скоростью изменени шумового сигнала на его входе.

Характеристическое уравнение простейшей САУ МАП имеет вид

Тэ р3 + р2 + Кfj р + К О, где Тэ - посто нна времени электромагнита;

К, К , - коэффициенты передачи САУ МАП по отклонению и скорости соответственно;

р - оператор дифференцировани .

Величина К определ етс необходимой жесткостью подвеса, а условие К К-ТЭ обеспечивает устойчивость системы. Таким образом, ограничени на величину Ki К, существенно вли ют на характеристики подвеса,

В известных технических решени х в качестве входного сигнала дифференциатора используют выходной сигнал преобразовател перемещений. Однако высокочастотные шумы ухудшают динамические характеристики всей системы, что снижает надежность работы ротора, а введение дополнительного датчика скорости перемещени ротора усложн ет конструкцию подшипникового узла.

Дл достижени поставленной цели в

устройстве дл стабилизации магнитного подвеса ротора, содержащем магнитные активные подшипники, снабженные индуктивными датчиками положени ротора, соединенными по схеме измерительного

моста и с предварительным усилителем, усилитель мощности, включенный в цепь силовых электромагнитов подшипника, генератор переменных сигналов, фазочувст- вительный детектор и последовательно

соединенный с ним фильтр низкой частоты, один из узлов питающей диагонали измерительного моста подключен к источнику посто нного напр жени , а другой узел - к генератору переменных сигналов, второй

выход которого соединен с первым входом фазочувствительного детектора, вторым входом соединенного с выходом предварительного усилител и вторым входом фильтра низкой частоты, выход которого св зан с

входом усилител мощности.

Отличительные особенности устройства предлагаемой системы дл стабилизации магнитного подвеса ротора по существу заключаютс в новых св з х известных элементов , а именно в измерительном мосте датчика положени один из узлов питающей диагонали подключен к источнику посто нного напр жени , а выход дифференциального усилител преобразовател

дополнительно, мину фазочувствительный детектор, подключен на вход фильтра низкой частоты.

Подключение напр жени к узлу питающей диагонали измерительного моста

создает разность потенциалов, обусловливающую протекание через катушки датчика посто нного тока.

На вход фильтра приходит сигнал, пропорциональный скорости перемещени ротора , а также сигнал, пропорциональный отклонению ротора от заданного положени , получаемый при детектировании.

Таким образом, благодар указанным отличительным особенност м схемы, в которой используют величину магнитного потока в цепи датчика, в отличие от схемы, приведенной в качестве прототипа, в которой использу эт корректирующее звено, упрощаетс конструкци САУ МАП.

Качество регулировани при использовании за ел емого устройства стабилизации повышаетс , что повышает надежность работы магнитного подвеса а предлагаема схема системы упрощает конструкцию подшипникового узла и в свою очередь дополнительно повышает надежность работы.

На чертеже изображена принципиальна схема за вл емого устройства дл стабилизации магнитного подвеса ротора (один канал). Ротор изображен условно двум заштрихованными сечени ми, соединенными пунктирной линией с обозначением онугловой скорости вращени , Кроме того, основные функциональные блоки системы обозначены позици ми: 1 - ротор; 2, 3 - электромагниты подвеса ЭМ1 и ЭМ2; 4, 5 - индуктивные датчики положени Д1 и Д2; 6, 7 -.резисторы, образующие с обмотками датчиков 4 и 5 измерительный мост; 8 - узел питающей диагонали измерительного моста; 9 - клемма источника напр жени посто нного тока Е; 10 - генератор переменных сигналов ГПС; 11 - усилитель мощности - УМ; 12 - предварительный усилитель - ПУ;

13- фазочувствительный детектор - ФЧД;

14- фильтр низкой частоты - ФНЧ; 15 - дополнительный резистор.

За вл емое устройство работает следующим образом.

Сигнал от ГПС-10 подают на измерительный мост, образованным индуктивно- ст ми катушек датчиков 4, 5 и резисторами 6, 7. С измерительной диагонзои моста напр жение разбаланса, вызванное смещени- ем ротора 1 через усилитель 12 поступает на фазочувствительный детектор 13, где выдел етс информаци о величине и направлении разбаланса. Подключение клеммы 9 к источнику напр жени посто нного тока приводит к по влению дополнительного магнитного потока Ф0 от посто нного тока, благодар чему в мндуктивност х датчиков 4, 5 наводитс дополнительна ЭДС Ь с1Ф0/сК - или е х (х - величина скорости смещени ротора). Этот сигнал с выхода усилител 12 через резистор подают в обход ФЧД 13 на вход в ФНЧ 14. При достаточно большом Фо сигнал, пропорциональный х, намного превышает шумовой сигнал, идущий от ФЧД 13. В результате на выходе ФНЧ 14 формируетс сигнал + Кх, т.е. сигнал, пропорциональный перемещению и скорости перемещени контролируемого датчиками 4, 5 сечени ротора 1. Этот сигнал вл етс управл ющим дл усилителей 11 и регулирует величину электрического тока питани электромагнитов 2 иЗ, что соответственно приводит к корректировке величины передаваемых от электро- магнитов на ротор 1 усилий и стабмпизирует его магнитный подвес. При этом непосредственное получение первой производной от перемещени ротора характеризуетс значительным (по 2-х пор дков) улучшением соотношени сигнал/шум по сравнению с прототипом, где производна вычисл етс путем дифференцировани сигнала от измерител положени ротора с помощью корректирующего звена. Это позвол ет уйти от ограничений, в значени х К g конкретной схемы САУ, накладываемых высокочастотным шумом на входе дифференцирующего звена, получить в характеристическом уравнении

Тэ- p3 + p2-f-IU р + К 0 лучшую устойчивость системы, определ емую соотношением KV дает возможность увеличивать значение К и Тэ и ведет к улучшению основных эксплуатационных характеристик подвеса.

В сравнении с прототипом за вл ема схема САУ МАП имеет следующие технико- экономические преимущества.

Благодар принципиальной возможности получени более высоких значений К за вл ема система обладает лучшей устойчивостью; позвол ет повысить эксплуатационные характеристики магнитного подвеса При этом несколько проще схема, не критична к настройке, так как не содержит сложных цепей коррекции амплитудно-фа- зо-частотной характеристики (АФЧХ).

Экономический эффект от использовани за вл емого изобретени можно будет определить после его промышленного применени как .экономию от повышени надежное ги роторной машины.

Claims

Формула изобретени

Устройство дл стабилизации магнитного подвеса ротора, содержащее магнитные активные подшипники, снабженные индуктивными датчиками положени ротора , соединенными по схеме измерительного моста и с предварительным усилителем, усилитель мощности, включенный в цепь питани силовых электромагнитов подшипника , генератор, фазочувствительный детектор и последовательно соединенный с ним фильтр низкой частоты, отличающеес тем, что, с целью повышени надежности работы за счет улучшени качества регулировани питающего тока электромагнитов подшипника, один из узлов питающей диагонали измерительного моста подключен к источнику посто нного напр жени , а другой узел - к генератору, второй выход которого соединен с первым входом фазочувствительного детектора, первым входом соединенного с выходом предварительного усилител и вторым входом фильтра низкой частоты, выход которого св зан с входом усилител мощности.

12