SU1613724A1 - Способ управлени радиальными магнитными опорами ротора - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к машиностроению, а именно к управл емым магнитным опорам. Цель изобретени  - повышение надежности. Измер ют коэффициенты усилени  токов радиальных магнитных опор в функции интеграла по времени от рассогласовани  измеренной и заданной амплитуд радиальных колебаний ротора. Это позвол ет снизить амплитуду радиальных колебаний ротора в резонансных област х до заданного значени , сделать ее инвариантной к величине дисбаланса и динамическим характеристикам радиальных магнитных опор. 6 ил.

Description

Изобретение относитс  к машиностроению , а именно к управл емым радиальным магнитным опорам.

Цель изобретени  - повышение надежности путем снижени  амплитуды колебаний ротора в резонансной области.

На фиг. 1 дана блок-схема устройства дл  осуществлени  способа; на фиг. 2 - электрическа  схема элемента контура управлени  с измен емым коэффициентом усилени ; на фиг. 3 - зависимости амлитуды а вынужденных радиальных колебаний ротора , вызванных остаточным дисбалансом, от частоты при различных величинах коэффи- ента усилени  Р; на фиг. 4 - амлитудна  характеристика ротора при управлении по предложенному способу; на фиг. 5 - качественные зависимости рассогласовани  (разности амплитуд) Да и вольт-добавки Ujf,, пропорциональной разности коэффициентов усилени  Лр, от времени в процессе разгона и торможени  ротора при регулировании коэффициента усилени  по предложенному способу; на фиг. 6 - амплитуд- но- и фазочастотные характеристики разомкнутой системы магнитной опоры.

Устройство 1 дл  осуществлени  способа содержит фильтр нижних частот (ФНЧ) 2, вход которого соединен с датчиком 3 положени  (ДП) контура 4 регулировани  магнитной опоры 5, а выход - с вычитающим блоком 6 (сумматор с обратным знаком), с которым соединен также задатчик 7 амплитуды . Вычитающий блок 6 соединен выходом с логическим блоком 8 типа триггера и управл емым ключом 9. Логический блок 8 своим выходом соединен с управл ющим элементом 10 ключа 9. Ключ 9 своим выходом соединен с входом интегратора 11, который выходом подключен при необходимости через усилитель к регул тору 12 или усили- телю 13 мощности (УМ) контура 4 регулировани  магнитной опоры 5. Место подключени  выхода интегратора 11 может быть разнообразным. Например, он может быть подключен к входу 14 элемента контура управлени  с измен емым коэффициентом усилени , управл емым напр жением U.

Устройство снабжено логическим блоком 15, соединенным входом с выходом интегратора 11, а вы.ходом - с управл ющим элементом 16 кл юча 9 и с в.ходом логичессл

О5

оо ю

N

кого блока 8. При необходимости обеспе- ч:ени  требуемых динамических качеств регулировани  между интегратором 11 и регу- | тором 12 или УМ 13 может быть включен блок коррекции.

Способ управлени  радиальными магнитными опорами заключаетс  в следую тем.

При разгоне ротора 17 в радиальных 01агнитных опорах 18, например электромаг- ь|итных (ЭМ), измер ют амплитуду колеба- h ий ротора 17, например, с помощью дат- ика 3 контура регулировани  магнитной поры. Определ ют величину рассогласов.а- , т.е. разность между сигналом, пропор- 1;1,иональным измеренной величине амплитуды 1 олебаний, и заданным значением этого (игнала, вырабатываемым задатчиком 7 с мплитуды. Определение рассогласовани  {южно осуш,ествить посредством вычитающего блока 6. Момент изменени  знака рас- (|;огласовани  фиксируют с помощью блока § типа триггера и управл емого ключа 9. Сигнал рассогласовани  инте1 рируют по времени посредством интегратора П, который подключаетс  к выходу вычигающего блока б ключом 9 при первом изменении з:гака рассогласовани  (с отрицательного на иоло- : ительный). Дл  исключени  ложных срабатываний устройства 1 при едкимчных им- Ьульсных возмущени х между ДП 3 и блоко м 6 включен ФНЧ 2, выдел ющий действующее или среднее значение сигнала ДИ 3, про- рорциональное амплитуде колебаний. При fiepsoM изменении знака рассогласовани  |1огический блок 8 блокируетс  и не реаги- зует на изменение знака рассогласовами  до поступлени  на него сигнала с логического блока 15, возвран аюидего блок 8 в исходное положение. Коэффициент усилени  контура 4 регулировани  измен ют в функции сигнала интеграла от рассогласовани  ho времени, уменьща  коэффглциент усилени  при положительном знаке сигнала рассогласовани  и увеличива  его нрн отрицательном знаке рассогласовани . Дл  этого сигнал интегратора 1 1 через усилитель и соответствующий корректирующий блок, если они необходимы дл  обеспечени  устойчивости системы унравленл , подают на управл емый элемент контура регулировани  в виде, например, посто нного напр жени  (вольт добавки). Управл емый элемент может быть расположен в любом месте контура регулировани , например в регул торе 12, усилителе 13 мощности и т.п.

Когда сигнал, пропорциональный интегралу от рассогласовани , станет равным нулю, прекращают изменение коэффициента усилени  в функции амплитуды колебаний ротора.

При разгоне ротора вследствие наличи 

неуравновещенности от остаточного деба , ланса, который не может быть полностью

устранен, возникают колебани  ротора, час

0

5

0

0

R

0

5

тота которых равна частоте вращени . Эти колебани  существенно возрастают по амплитуде на частоте вращени , соответствующей собственной (резонансной) частоте магнитной опоры Юд. Поэтому амплитуда колебаний может достигать значений, которые недопустимы как с точки зрени  требований к функциональным характеристикам используемого привода (электродвигатель, турбомащина), так и с точки зрени  задевани  ротора и статора магнитных опор. Кроме гого, при колебани х ротора часть энергии вращени  через колебани  от дисбаланса передаетс  магнитной опоре вследствие эксцентричного вращени  ротора, рассеиваетс  в ней и создает тормозной момент, ,  вл ющийс  нагрузкой дл  привода. Частотна  характеристика этого момента имеет максимум в резонансной области и определ етс , D частности, величиной дисбаланса и амплитудой колебаний. В некоторых случа х ротор может «застревать в области собственной частоты радиальных колебаний или ка частоте- вращени , близкой к ней. Эти  влени  характерны дл  приво.дов ограниченной мощности и происход т вследствие уравновешивани  момента привода .моментом сопротивлени , вызванным радиальными колебани ми от дебаланса.

При снижении коэффициента усилени  контуров регулиросанл  радиальных магнитных опор их собственна  частота смещаетс  Б область низких частот с одновременным снижение. максимума амплитуды радиальных колебаний. Ве.пичина а д-характеризует установившуюс  амплитуду а колебаний. npi- смещении собственной частоты системы ротор-опоры в область низких частот вращени  максималь;1а  амплитуда колебаний уменьщаетс , так как уменьшаетс  возмущающа с  сила, вызванна  дисбалансом, котора  пропорциональна со. Кроме того, снижение MaKCHMajH:.HoM амплитуды колебаний приводит к соответствующему снижению максимума момента сопротивлени  магнитных опор, вызванного колебани ми от дисбаланса .

Изменение козффк 1иента усилени  происходит в диапазоне , причем при разгоне началу регулировани  (точка ш ) соответствует момент, когда амплитуда радиальных колебаний ротора впервые превышает заданную, а точке ш - конец регулировани ; когда коэффициент усилени  вновь достигает номинального значени , соответствующего собственной частоте со. (сигнал интегратора равен нулю).

При снижении амплитуды колебаний.ниже заданной величина рассогласовани  (ошибки), поступающа  на вход интегратора 11 , мен ет знак. При этом начинает уменьщатьс  выходной сигнал интегратора 11 и вместе с ним унравл ющее напр жение Ц,., пропорциональное изменению коэффициента усилени . Снижение управл ющего

напр жени  LL и соответствующее повышение коэффициента усилени  р должно осуществл тьс  до тех пор, пока сигнал, пропорциональный интегралу от рассогласовани , не станет равным нулю, что соответст- вует номинальному значению коэффициента усилени  магнитной опоры, который должен удовлетвор ть требуемым статическим и ДИJ намическим характеристикам магнитной опоры в номинальном режиме, т.е. при от- сутствии управлени  по предложенному способу . В этот момент сигнал, пропорциональный интегралу от рассогласовани , должен быть отключен, что приведет к прекращению изменени  коэффициента усилени .

После прекращени  изменени  коэффициента усилени  система управлени  должна быть приведена в исходное положение, чтобы при повторном разгоне она могла реагировать на изменение знака рассогласова- ни . Логический блок 14 при снижении управл ющего напр жени  Uy. ниже нул  отключает выход вычитающего блока 6 от входа интегратора 11 и одновременно возЁра- щаетс  логический блок 8 в исходное положение . Далее амплитуда колебаний ротора измен етс  по естественной aмплитyднoJ частотной характеристике. Предложенный способ можно использовать как в магнитных опорах с внещним контуром регулировани , например магнитоэлектрических, электромагнитных, так и в магнитных опорах с внутренней обратной св зью (с саморегулированием ), например магниторезо- нансных. В этом случае коэффициент усилени  внутренней обратной св зи опоры и, соответственно, ее жесткости можно изме- н ть, воздейству  на частоту питани  опоры, добротность резонансного контура и т.д. При торможении ротора происход т те же процессы, что и при разгоне. Поскольку система приведена в исходное положение, при уменьшении частоты вращени  в ре- зонансной области возникают колебани  ротора повышенной амплитуды. Здесь также необходимо зафиксировать момент, когда амплитуда колебаний превышает заданную величину, а далее регулировать коэффициент усилени  по сигналу, пропорциональ- ному интегралу по времени от рассогласовани  амплитуды колебаний ротора от заданной . В этом случае началу регулировани  соответствует точка со, а точка ш - концу регулировани . При этом повышение момента сопротивлени  может оказывать при маломощных приводах и значительном дебалансе ротора существенное вли ние на врем  разгона. В р де случаев возможно «застревание ротора на частоте вращени  в резонансной зоне. Снижение коэффици- ента усилени  в этой зоне частот позвол ет исключить «застревание и уменьшить врем 

0 5 5

0

разгона, а следовательно, и энергию, потребл емую приводом при разгоне

При управлении магнитной опорой с внешним контуром регулировани  по предлагаемому способу целесообразно устанавливать сочетание амплитудно- и фазочас- тотной характеристик разомкнутой системы магнитной опоры (фиг. 6). При этом при снижении коэффициента усилени  Р( «) и соответствующем снижении собственной (резонансной) частоты ()) происходит возрастание запаса по фазе (, что означает одновременное повышение демпфирующих свойств магнитной опоры, т.е. более резкое снижение максимальной амплитуды колебаний при снижении коэффициента усилени  р.

Предложенный способ позвол ет снизить (или полностью устранить) также субгармонические и ультрагармонические колебани , поскольку на кратных со,, частотах вращени  система управлени  находитс  в исходном состо нии и при превыщении амплитуды колебаний заданной величины происходит аналогичное регулирование коэффициента усилени , который определ ет и области существовани  суб. и ультрагармонических колебаний.

Таким образом, изобретение обеспечивает понижение амплитуды радиальных колебаний ротора в управл емых магнитных опорах при разгоне и торможении до уровн  заданной амплитуды и тем самым повышение надежности ротора в магнитных опорах , предотвраща  возможность задевани  вращающихс  частей за неподвижные даже при относительно высоких уровн х дисбаланса .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ управлени  радиальными магнитными опорами ротора при разгоне, заключающийс  в том, что измен ют жесткость опор путем одновременного изменени  коэффициентов усилени  токов контуров регулировани  опор, отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности управлени , определ ют величину рассогласовани  амплитуды колебаний с заданной, фиксируют момент изменени  знака рассогласовани , формируют сигнал, пропорциональный интегралу по времени от рассогласовани , и измен ют коэффициенты усилени  токов контуров регулировани  опор в функции сигнала, пропорционального интегралу от рассогласовани , уменьша  коэффициенты усилени  токов при положительном знаке сигнала рассогласовани  и увеличива  их при отрицательном знаке сигнала рассогласовани , а -изменение коэффициентов усилени  прекращают при нулевом значении интеграла от рассогласовани 

   18

   Фиг. 2

   Оуст I

   COoii 02

   U2.Z

   /

   (jOoi

   (Jj (t)OHOM(J

   ЩигМ

   №г5

   201дА ш)

   ZOlQj HOM 20tgJ3i

   2019А О

   М

   -90

   -180

   Фиг.6

   J32 А

   г да),

   -Э

   ЦО)