Автоматизированный электропривод электромеханического центробежного вибромодуля

 

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО ВИБРОМОДУЛЯ, содержащий тиристорный преобразователь, электродвигатель постоянного тока, который через редуктор механически свяэан с дебалансом, блок задания частоты колебаний, источник питания, регулятор скорости вращения дебаланса в виде операционного усилителя и блок усиления в виде операционного усилителя , подключенный своим,входоц к выходу регулятора скорости вращения дебаланса. и выходом - к управляющему входу тиристорного преобразователя. один из выводов которого соединен с первым вьшодом электродвигателя постоянного тока, отличающийся тем,что, с целью снижения себестоимости за счет уменьшения массы дебаланса, в него введены датчик положения дебаланса, релейный элемент, датчик средней скорости вращения„дебаланса, датчик тока, блок задания тока и регулятор тока в виде двухвходового операционного усилителя, а регулятор скорости вращения дебаланса и блок усиления выполнены в виде двухвходовых операционных усилителей, причем выход релейного элемента подключен к одному входу регулятора тока, подсоеди (Л ненного своим выходом к другому входу блока усиления и другим входом к выходному выводу датчика тока, два других вывода которого подключены соответственно к вторым выводам тиристорного преобразователя и электродвигателя постоянного тока, управляющий вход релейного элемента со1C Ф единен с выходом датчика положения .дебаланса, выход датчика средней скоtc рости вращения дебалакса соединен OP. с одним из входов регулятора скорос00 ти, другой вход которого подключен к выходу датчика час1;оты колебаний, а входы релейного элемента соединены с соответствующими выходами блока задания тока.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3579030/24-25 (22) 12.04.83 (46) 15.11.84. Бюл. Р 42 (72) Ю,И.Соболев, Г.М.Симаков и А.П.Миняйло (71) Новосибирский электротехнический институт (53) 550.834(088.8) (56) 1. Гродзянская Т.M. и др. Особенности применения вибрационной сейсморазведки в рудной геофизике.

В сб.: Проблемы вибрационного просвечивания Земли. М., "Наука", 1977,,с. 196 °

2. Итоговый отчет Института горного дела Сибирского отделения

АН СССР, Новосибирск, 1980 (прототип) . (54) (57) АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРО-.

ПРИВОД ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО ВИБРОМОДУЛЯ, содержащий тиристорный преобразователь, электродвигатель постоянного тока, который через редуктор механически связан с дебалансом, блок задания частоты колебаний, источник питания, регулятор скорости вращения дебаланса в виде операционного усилителя и блок усиления в вине операционного усилителя, подключенный своим, входом к выходу регулятора скорости вращения дебаланса.и выходом - к управляющему с входу тиристорного преобразователя, „„SU„„1124233 А один из выводов которого соединен с первым выводом электродвигателя постоянного тока, о т л и ч а ю— шийся тем,что, с целью снижения себестоимости sa счет уменьшения массы дебаланса, в него введены датчик положения дебаланса, релейный элемент, датчик средней скорости вращения,дебаланса, датчик тока, блок задания тока и регулятор тока в виде двухвходового операционного усилителя, а регулятор скорости вращения дебаланса и блок усиления выполнены в виде двухвходовых операционных усилителей, причем выход релейного элемента подключен к одному входу регулятора тока, подсоединенного своим выходом к другому входу блока усиления и другим входом— к выходному выводу датчика тока, два других вывода которого подключены соответственно к вторым выводам тиристорного преобразователя и электродвигателя постоянного тока, управляющий вход релейного элемента соединен с выходом датчика положения .дебаланса, выход датчика средней скорости вращения дебаланса соединен с одним из входов регулятора скорости, другой вход которого подключен к выходу датчика частоты колебаний, а входы релейного элемента соединены с соответствующими выходами блока задания тока.

1 1124

Изобретение относится к автоматизированным электроприводам электромеханических вибрационных источников и может найти применение в устройствах для сейсморазведки полезных ископаемых, изучения строения земной коры и предсказания землятрясений.

Известен автоматизированный электропривод, содержащий асинхронный электродвигатель, который через ре- 10 дуктор механически связан с дебалансом, регулятор скорости вращения и электромеханический источник питания, приводимый во вращение дизель ным агрегатом (1 J.

Недостатком известного автоматизированного электропривода является зависимость создаваемого усилия вибраций от скорости вращения дебаланса, а следовательно, и от частоты 20 колебаний. Кроме того, электропривод характеризуется высокими массогабаритными показателями, так как на низких частотах требуется значительная масса дебаланса для реализа- 25 ции необходимых усилий колебаний.

Наиболее близким к предлагаемому является автоматизированный электропривод электромеханического центробежного вибромодуля, содержащий тиристорный преобразователь, электродвигатель постоянного тока, который через редуктор механически связан с дебалансом, блок задания частоты колебаний источник питания регуУ

35 лятор скорости вращения дебаланса в виде операционного усилителя и блок усиления в виде операционного усилителя, подключенный своим входом к выходу регулятора скорости враще- ® ния дебаланса.и выходом — к управляющему входу тиристорного преобразователя, один из выводов которого соединен с первым выводом элуктродвигателя постоянного тока (2 .

Недостатком данного устройства яв- ляются повышенные массогабаритные показатели, так как на низких частотах требуется значительная масса дебаланса для обеспечения необходимых усилий колебаний,что определяет

50 высокую себестоимость устройства. цель изобретения — снижение себестоимости за счет уменьшения массы дебаланса. 55

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее ,тиристорный преобразователь, электро233 2 двигатель постоянного тока, который через редуктор механически связан с дебалансом, блок задания частоты колебаний, источник питания, регулятор скорости вращения дебаланса в виде операционного усилителя и блок усиления в виде операционного усилителя, подключенный своим входом к выходу регулятора скорости вращения дебаланса и выходом — к управляющему входу тиристорного преобразова" теля, один из выводов которого соединен с первым выводом электродвигателя постоянного тока, введены датчик положения дебаланса, релейный элемент, датчик средней скорости вращения дебаланса, датчик тока, блок задания тока и регулятор тока в виде двухвходового,ойерационного усилителя, а регулятор скорости вращения дебаланса и блок усиления выполнены в виде двухвходовых операционных усилителей, причем выход релейного элемента подключен к одному входу регулятора тока, подсоединеНного своим выходом к другому входу блока усиления и другим входом— к выходному выводу датчика тока, два других. вывода которого подключены соответственно к вторым выводам тиристорного преобразователя и электродвигателя постоянного тока, управляюший вход релейного элемента соединен с выходом датчика положения дебаланса, выход датчика средней скорости вращения дебаланса соединен с одним из входов регулятора скорости, другой вход которого подключен к выходу датчика частоты колебаний, а входы релейного элемента соединены с соответствующими выходами блока задания тока..

I.

На фиг.1 приведена структурная схема автоматизированного электропривода электромеханического центробежного вибромодуля; на фиг. 2 — схема формирования вибромодулем возмущающей силы F на фиг..3 — диаграмма изменения задающего тока 3 ; на

3 фиг. 4 — кривая переходного процесса для скорости электродвигателя ы относительно среднего значения и> . срЬ

Лвтоматизированный электропрйвод электромеханического центробежного вибромодуля (фиг.1) содержит . электродвигатель 1 постоянного тока, который через редуктор механически связан с дебалансом (не показан), 1124233 4 тиристорный преобразователь 2 управ- подается с вых

Э выхода релеиного элеменляющий напряжением якоря электродви- та 6 а на друг

У другой вход — с выхода . гателя 1 постоянного тока, выпол- - датчика 7 тока, ненные s виде двухвходового операцион- Когда дебаланс (фиг. 2) находится ного усилителя блок 3 усиления, ре- 5 в верхнем положении (= л ), то по гулятор 4 скорости вращения дебалан- сигналу с датчика 8 положения деса и регулятор 5 тока, релейный эле- баланса включа тся релейный элемент ент 6 с инвертором, а также с за-. 6, на выходе которого формируется помыкаемым и .pàçìûêàåìûì контактами ложительное значение задающего тодатчик 7 тока атчик 8 д положения 1О ка Э . Электропривод разгоняется,,дебаланса, датчик 9 с е ие р д и скорос- cKopocTb вращения вибромодуля pacи вращения дебаланса, блок tO задатет и достигает максимального знания частоты колебаний, блок 11 зада- чения IToñëå я. осле прохождения дебалансом . о положения (фиг.2) релейный ния тока и источник 12 питания, Блок нижнего положен (ф .2)

11 задания тока включает в себя ре- 15 элемент 6 вык выключается, при этом зазистор 13 и инвертор 14. дающии ток 3 становится отрицаВыход источника 12 питания подклю- тельным и проис происходит торможение .чен к входам блока 10 задания час- электропривода В конце интервала тортоты колебаний и блока 11 задания . можения соотве с . ответствующего верхнему тока, выходы которых подсоединены ур положению дебаланса са, вновь изменяетсоответственно к первым входам двух- caполярность задающег щего тока 3 и т.д. входовых операционных усилителей Поскольку скор корость вращения дерегулятора 4 скорости вращения деба- баланса в пределах от ЗЛ/2 до Jf/2 ланса и (через релейный.элемент 6) выше средней з за период, то и усилие, регулятора 5 тока, подключенных сво- 5 Развиваемое виб ромодулем, также воз- ими выходами к соответствующим вхо- Растает по отношен ношению к случаю есдам двухвходового операционного ли бы скорость вращен б вращения ыла постоянусилителя блока 3 усиления выход ко- ной Чем больше

У ольше задающий ток Э торого. соединен с управляющим вхо- тем больше ампли амплитуда генерируемых дом тиристорного преобразователя 2.

30 колебаний. Таким б аким о разом, контур

Выход датчика 7 тока подключен к тока якоря электродв тродвигателя 1 повторому входу двухвходового опера- стоянного тока а косвенно управляет ционного усилителя регулятора 5 то- амплитудой генер ерируемых колебаний, ка, выход датчика 8 положения деба- . Gpn этом управл ение переключением ланса — к управляющему входу релей- Релейного элеме 6

35 нта должно осущестного элемента 6, а выход датчика 9 5 вляться в функции ции угла поворота У средней скорости — к второму входу Так как система тиристорный предвухвходового операционного усили- образователь 2ь -электродвигатель 1 потеля регулятора 4 скорости"враще- стоянного тока обладает определенной, ния дебаланса. инерционностью, то необходимо скомАвтоматизированный электропри- пенсировать наиб . аи ольшую постоянную вод электромеханического центробеж- времени (элек электромагнитную поСтоянную ного вибромодуля работает следующим времени якори ои цепи электродвигаобразом. теля) и приблизить характер изменеТребуемая частота колебаний виб45 ния тока двигате ( а еля момента) к пряромодуля задается с помощью сиг- моугольному (фиг.3). Эту задачу нала . и с выхода блока 10 за- выполняет регулятор 5 тока в виде дания частоты колебаний. В регуля- двухвходового операционного уситоре 4 скорости вращения дебаланлителя. са из задающего сигнала мера вы- Уравнения динамики электропричитается сигнал с выхода средней 5О вода дебаланса, если за управляющий скорости вращения дебаланса, про- параметр взят момент электродвигапорциональный средней скорости вра- теля 1 постоянного тока, имеют слещения электропривода. Регулятор 4 дующий вид: скорости вращения дебаланса управ- ач ляет через блок 3 усиления и ти- с t ристорный преобразователь 2 электро- ф-М вЂ” Gl 6 " двигателем 1 постоянного тока. На с один вход регулятора 5 тока сигнал с1й 3

1 124233 где Ч вЂ” угол поворота дебаланса, отсчитываемый от вертикальной оси; м - скорость вращения. дебаланса;.

Оэ — sec дебаланса1 5

- радиус окружности вращения дебаланса1

Щ - момент статического сопротивления в, системе, электропривода

? " суммарный момент инерции системы электропривода.

После исключения временного параметра t из системЬ уравнений получаем 15

М-М -GvsinY

did с, (21, с(Э

Ф

Рещение дифференциального уравнения (2) с разделяющимися переменными имеет вид

=(М-N c)V+GrcoSV+A, (5) где А - постоянная интегрирования.

Обозначив скорость дебаланса в 25 верхней точке ы, имеем на интерва" ле ускорения электропривода решение. уравнения (2) в следующем виде

2 21

4и ОЭО -(ЭЭ -ЭЭ )((Э Э) Я (сОБЧ+1); (Ф! ЭО а шде М вЂ” задаваемый положительный момент разгона электропрн-: вода.

Во время интервала торможения момент электродвигателя 1 постоянного тока равен -М". Поставив условие, чтобы в конце торможения скорость электропрнвода равнялась так-, же ..и>, получим из уравнения (3) по-

40 стоянную. интегрирования А в виде

2

Я - Ji/-ф -iN Э+6 2

С учетом постоянной интегрирования решение уравнения (2) в тормозном режиме имеет вид Р-

0I (ЭЭ -ЭЭ )(lg-ЭЭ)+fr(cbsY+1l э с (5)

Совместное решение уравнений (4) и (5) позволяет найти угол, при котором должно происходить переключение момента электродвигателя 1 постоянного тока, а значит, и задающего сигнала в его контуре тока, так как между током и моментом электродвигателя 1 постоянного тока существует пропорциональная связь

Ч= и, Nc (б)

Мм

Таким образом, управление релейным элементом 6 должно осуществляться в функции угла поворота дебаланса, причем с изменением момента статического сопротивления или задаваемого момента электродвигателя 1 постоянного тока величина угла переключения Ч должна перенастраиваться в . соответствии с выражением (6).

Использование изобретеиия обеспе:чиват значительное увеличение усилия генерируемых колебаний в зоне низких частот, особенно, для вибромодулей с большим моментом инерции электропривода, при этом амплитуда усилия при частоте генерируемых колебаний Е=З Гц.увеличивается на 30%. при Х =1эб Гц — на 100% и при Е =

1 Гц - Hà 200%. При сохранении усилия колебаний на частоте Ф 3 Гц возникает возможность уменьшения массы дебаланса на 30%, что позволяет существенно снизить затраты материалов и себестоимости вибромоду-! . ля.

1124233

Г б

/ /

Wq)

ВНИИПИ Заказ 8273/34 ТиРаж 710 Поддисное

Фялиад ППП "Патвит" ° г.Ужгород, уд.Проектааа, 4