Способ управления электроприводом постоянного тока дебалансного виброисточника и устройство для его осуществления

 

1. Способ управления электроприводом постоянного тока дебалансного виброисточника, в котором регулируют скорость вращения дебалансов изменением напряжения на якоре электропривода в функции заданной развертки частоты колебаний и ограничивают при этом максимальное значение тока якоря в функции постоянной времени регулятора скорости блока следящей системы, регулирующего величину напряжения на якоре двигателя, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона дебалансного низкочастотного виброисточника, ограничивают напряжение на входе вентильного преобразователя в функции напряжения на его выходе и дополнительно регулируют скорость вращения дебалансов виброисточника путем линейного изменения частоты питания виброисточника. 2. Устройство для управления электроприводом постоянного тока дебалансного виброисточника, содержащее регулируемый вентильный преобразователь, подключенный к якорным обмоткам и обмоткам возбуждения электродвигателей, вал которых соединен с дебалансами и фото«Л электрическим датчиком, подключенным к блоку следящей системы, соединенному через пусковое устройство с входом управления преобразователя , отличающееся тем, что, с целью расширения частотного диапазона виброисточника, в 4i 4 него введены регулятор напряжения переменного тока и блок управления регулятором, первый вход которого соец;янен с выходом, регулятора и вхо9д дом вентильного преобразователя, :л второй вход подключен к выходу вентильного преобразователя, третий вход соединен с одним из выходов блока следящей системы, а выход соединен с входом управления регуля тора напряжения.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕа1УБЛИН

„„Я0„„114

4(я) 01 V 1 153

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСИОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3579116/24-25 (22) 03.04.83 (46) 07.03. 85. Бюл. у 9 (72) В.В. Житилин, Н.П. Ряшенцев, А.П. Малахов, М.А. Баранов и В.И. Михайлов (71)- Специапьное конструкторское бюро прикладной геофизики Сибирского отделения АН СССР (53) 550.83 (088.8) (56) 1. Патент США R 3979716, кл. 340-15.5 TD,1976 °

2. Авторское свидетельство СССР

У 855909, кл. Н 02 P 5/00, 1979 (прототип). (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПОСТОЯННОГО ТОКА ДЕБАЛАНС

НОГО ВИБРОИСТОЧНИКА И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ управления электроприводом постоянного тока дебалаисного виброисточника, в котором регулируют скорость вращения дебалансов изменением напряжения на якоре электропривода в функции заданной развертки частоты колебаний и ограничивают при этом максимальное значение тока якоря в функции постоян ной времени регулятора скорости блока следящей системы, регулирую- щего величину напряжения на якоре двигателя, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона дебалансного низкочастотного виброисточника, ограничивают напряжение на входе вентильного преобразователя в функции напряжения на его выходе и дополнительно регулируют скорость вращения дебалансов виброисточника путем линейного изменения частоты питания виброисточника. т

2. Устройство для управления электроприводом постоянного тока дебалансного виброисточника, содержащее регулируемый вентильный преобразователь, подключенный к якорным обмоткам и обмоткам возбуждения электродвигателей, вал которых соединен с дебалансами и фотоэлектрическим датчиком, подключенным к блоку следящей системы, соединенному через пусковое устрой- С ство с входом управления преобразователя, отличающееся тем, что, с целью расширения частотного диапазона виброисточника, в него введены регулятор напряжения переменного тока и блок управления регулятором, первый вход которого соединен с выходом. регулятора и входом вентильного преобразователя, второй вход подключен к выходу вентильного преобразователя, третий вход соединен с одним из выходов блока следящей системы, а выход соединен с входом управления регулятора напряжения.

1144065

Изобретение относится к сейсмической разведке и сейсмологии, а более конкретно к аппаратуре, используемой для оптимизации режимов работы мощных вибросейсмоисточников. 5

Известны способ и система управления вибратором, в котором регулируют скорость и фазу вращения дебалансов изменением напряжения на якоре в функции заданной развертки фазы сигнала эталонного генератора и фазы сигнала опорной плиты вибратора Щ .

Недостатком. этого способа является то, что при низкой скорости вра- I5 щения дебалансов в якорной цепи двигателя возникают значительные колебания тока за счет периодического набрьса разгрузки на валу двигателя, которые вызывают дополни- 20 тельный наброс нагрузки на валу двигателя, дополнительный нагрев, вибрацию двигателя, а также колебания круговой скорости вращения дебалансов, что приводит к автоколеба- 25 ниям в системе управления.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ управления электроприводом постоянного тока механизма с пуль- ЗО сирующей нагрузкой на валу и устройство для его осуществления,в котором регулируют скорость вращения дебалансов изменением напряжения на якоре электропривода в функции заданной развертки частоты колебаний и ограничивают при этом максимальное значение тока якоря в функции пос" тоянной времени регулятора скорости блока следящей системы, регулирующе- 4о го величину напряжения на якоре двигателя (2) .

Устройство для осуществления известного способа содержит регулируемый вентильный преобразователь, 45 подключенный к якорнвм обмоткам и обмоткам возбуждения электродвигателей, вал которых соединен с дебалансами и фотоэлектрическим датчиком подключенным к блоку следящей систе- 50 мы, соединенному через пусковое устройство с входом управления вентильного преобразователя f3) .

Недостатком известных способа и устройства управления электроприво- 55 дом является то, что при относител-= но сложной схеме управления регулирование задания напряжения осуществляется на якоре электродвигателя.

Способ дает положительные результаты сглаживания нагрузочкой диаграммы при высокой скорости вращения вала электродвигателя и при неизменной и относительно невысокой амплитуде наброса нагрузки на валу двигателя.

Режим работы вибросейсмоисточника с постоянной возмущающей силой в диапазоне частот характеризуется знаконеременной,нагрузкой на валу двигателя, амплитуда которой увеличивается при понижении частоты колебаний дебалансов. При регулировании и задании напряжения только на приводных электродвигателях механизма ток в цепи будет иметь амплитуду колебаний, значительно превышающую среднее значение тока, что приводит к перегреву и вибрации двигателя, к нестабильности частоты колебаний дебалансов.

Цель изобретения - расширение частотного диапазона низкочастотного дебалансного виброисточника.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления электроприводом постоянного тока дебалансного виброисточника, в котором регулируют скорость вращения дебалансов изменением напряжения на якоре электропривода в функции заданной развертки частоты колебаний и ограничивают при этом максимальное значение тока якоря в функции постоянной времени регулятора скорости блока следящей системы, регулирующего величину напряжения на якоре двигателя, ограничивают напряжение на входе вентильного преобразователя в функции напряжения на его выходе и дополнительно регулируют скорость вращения дебалансов виброисточника . путем линейного изменения частоты питания виброисточника.

В устройство для осуществления способа, содержащее регулируемый вентильный преобразователь, подключенный к якорным обмоткам и обмоткам возбуждения электродвигателей, вал которых соединен с дебалансами и фотоэлектрическим датчиком, подключенным к блоку следящей системы, соединенному через пусковое устройство с входом управления вентильного преобразователя, введены регулятор напряжения переменного

1144065 тока и блок управления регулятором, первый вход которого соединен с выходом регулятора и входом вентильного преобразователя, второй вход подключен к выходу вентильного преобразователя, третий вход соединен с одним из выходов блока следящей системь1, а вьмод соединен с входом управления регулятора напряжения.

При работе вентильного преобразователя (ВП) на силовую цепь,со.держащую источник противо-ЭДС, активное сопротивление R и индуктивность L), уравнение внешней характеристики

10 более точно отражает закон изменения внешней характеристики, и после преобразования принимает вид

Up=Up сов оь - 40в,- "э4, (2) 25

Р, 1( где Ц * (2 0в„ sin — — максимальо ная ЭДС преобразователя, Ц фазное линейное напряжение, )М 30 (э = — И L - < о у эквивалент.ное

Э О»» О сопротивление преобразователя, (. и 1 ) — индуктивность и активное сопротивление фазной обмотки трансформатора ВБ, 35 — падение напряжения на вО вентилях;

% — количество фаз вентильного преобразователя, Яр — частота питающего напряже- 40 ния;. — угол коммутации вентилей.

Для трехфазной симметричной мостовой схемы ВП электропривода виброисточника 45

Ug = t,35U<„> о тогда уравнение (2) принимает следующий Вид»

0 = 1.М0щ„совм ь0в,- э Д (3)

При работе электропривода дебалансов виброисточника на низкой частоте (дорезонансный режим) ток

Jg в силовой цепи незначительный, 55 угол регулирования ос имеет значение близкое к и что соответствует

) режиму работы ВП с зоной прерывистых токов. При отработке малых отклон ний скорости (характерно на малых скоростях при падении и подьеме дебалансов) следящей системой управления эона прерывистьм токов ВП Ьказывает существенное влн ние на колебания тока в силовой цепи (и колебания скорости вращения дебалансов). Чтобы исключить зону прерывистых токов и уменьшить колебания тока в силовой цепи, линейное

:напряжение 0 „ уменьшается, а угол регулирования К имеет значение близкое к О. Для реализации указанных требований в предлагаемое изобретение введены регулятор на,пряжения переменного тока и устройство управления им, что и обеспечивает расширение частотного диапазона виброисточника в область низких частот.

Кроме этого при работе ВП на. силовую цепь, близкую к граничному режиму, когда ток имеет большую величину колебаний, резко возрастает амплитуда переменной ЭДС, являющейся электрической помехой для слабосточных цепей следяшей системы. Амплитуда Е, каждой гармоники переменной ЭДС определяется углом регулирования М: .

2Eg

E (km) -1

» . 2

При углах регулирования близких к О также обеспечивается значительное уменьшение амплитуды переменной

ЭДС ВП, что также реализуется введением в цепь питания ВП регулятора переменного напряжения и устройства автоматического управления им.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства, реализующего пред" лагаемый способ; на фиг.2 — функциональная схема устройства управления электроприводом дебалансного виброисточника; на фиг.3 — временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит вентильный преобразователь 1, приводные электрические двигатели 2. 1 и 2.2, дебалансы 3.1 и 3.2, фотоэлектрический датчик 4 скорости вращения и положения дебалансов, блок 5 следящей системы, регулятор 6 напряжения переменного тока, устройство 7 управления регулятором, пусковой блок 8.

1144065

Блок 5 следящей системы представ ляет собой -цифроаналоговую систему подчиненного регулирования скорости и положения и включает четыре функционально взаимосвязанные схемы, в том числе таймера 9, программного генератора 10 блока 11 управления частотой и фазой, регулятора 12 скорости, блока 13 управления.

Назначение каждой схемы следующее. Таймер 9 содержит высокостабильный задающий генератор, формирует тактовые импульсы, эталонные импульсы высокой частоты, сигналы времени (ч-мин-с). Программный генератор 10 является задающим звеном блока слепящей системы и предназначен пля Формирования сигналапрограммы, управляющей работой.приводных двигателей виброисточника.

Блок 13 управления предназначен для формирования сигналов, управляющих взаимодействием функциональных составных частей программного генерато ра во всех режимах работы. Блок 11 управления частотой и фазой представляет собой цифровой интегратор в зоне захва a скорости вращения.

Блок 11 обеспечивает коррекцию скорости вращения и фазы дебалансов при отклонении их от заданной путем сравнения двух последовательностей импульсов — эталонных от программного генератора 10 и датчика 4 и импульсов преобразования цифрового сигнала ошибки в аналоговый сигнал.

Регулятор 12 скорости включает три параллельно работающих корректирующих звена: пропорциональное (К11), дифференциальное (К Р),интег1 ральное (). Скорректированный

Т„+1 сигнал управления усиливается по току и пропускается через пусковой блок 8 в схему управления преобразователя 1. Коррекция обеспечивает необходимые качественные характеристики работы блока следящей системы на электропривод виброисточника. Регулятор б напряжения переменно. го тока содержит трансформатор 14 и исполнительный двигатель 15 °

Устройство 7 управления регулятором напряжения переменного тока предназначено для автоматического поддержания необходимого уровня

45 напряжения питающей сети преобразователя 1 относительно выходного напряжения преобразователя 1, пропорционального напряжению управления.

Устройство содержит нормирующую схему 16, схему 17 сравнения, ключи

18, которые управляют исполнительным двигателем 15 регулятора 6 переменного тока, который меняет взаимное расположение обмоток трансформатора 14 и тем самым плавно регу-, лирует входное напряжение б 1, поступающее на вентильный преобразователь 1.

Временные диаграммы (фиг.3) работы устройства изображают: диаграмма 19 — напряжение 0 Sx h на входе вентильного преобразователя 1; диаграмма 20 — напряжение управления

tJ на выходе блока 5 следящей системы, диаграмма 21 — напряжение на выходе регулируемого вентильного преобразователя 1, диаграмма 22изменение тока 3J якоря электродвигателей; диаграмма 23 - изменение скорости И вращения дебалансов и метки нижнего положения дебалансов.

Кроме этого на фиг.3 обозначены следующие соотношения: т.р — apeMa срабатывания кнопки "Пуск"

Для удобства сравнения на временной диаграмме приведены характеристики устройства по известному способу управления до момента времени 4м и по предлагаемому способу управления от момента времени 1» и далее. При пуске переходные характеристики в обоих случаях практически одинаковы.

Работает устройство следующим образом.

1144065

Перед запуском приводных двигателей 2. 1 и 2.2, обеспечивающих синфазное вращение дебалансов 3.1 и 3.2, напряжение Ц Bi h на входе вентильного преобразователя 1, устанавливаемое регулятором 6, имеет максимальное значение.

Сигнал "Пуск", формируемый путем внешнего воздействия на кнопку "Пуск" блока 8, подготавливает . цепь прохождения напряжения управления Oq блока 5 на преобразователь 1, обеспечивающего автоматический запуск приводных двигателей 2.1 и 2.2 дебалансов 3.1 и

3.2 при достижении напряжением 0 ч величины пускового напряжения.

После этого срабатывают блокконтакты регулятора 12 скорости.

Напряжение " через кнопку "Пуск" поступает на преобразователь 1,на выходе которого формируется напряжение 0,1, которое запускает приводные двигатели 2.1 и 2.2 а также . поступает на нормирующую схему 16 устройства 7 управления регулятором. На второй вход нормирующей схемы 16 поступает напряжение 0 Вр,.

При lJ z > O d срабатывает схема

17 сравнения, формируется сигнал

"Ниже", который через вентнльный ключ 18 включает электродвигатель

15 регулятора 6 переменного тока на понижение напряжения питания ВП. При достижении величины напряжения

Цз z = 1,2 Ud цепь "Ниже" обестачивается и напряжение остается неизменным при неизменной скорости вращения дебалансов. В режиме линейной развертки вращения сигнал

"Развертка" формируется двумя способами: путем внешнего воздействия на кнопку "Развертка" устройства

13 управления блока 5 и автоматически от таймера, когда при наличии

"0" в младшем разряде счетчика минут таймера формируется импульс

"Развертка", поступающий в программный генератор 10 блока 5. В програм. мном генераторе импульс "Развертка", сформированный либо от кнопки

"Развертка", либо автоматически от таймера, изменяет текущую частоту (исходную) с определенной постоянной скоростью 1 м/с, устанавливае; мую на устройство 13 управления, и тем самым линейно изменяется заданная эталонная частота, что приводит к изменению скорости вращения приводных двигателей дебалансов.

Кроме того, сигнал "Развертка" изменяет коэффициент усиления схемы 17 сравнения устройства 7 управ-, ления регулятором для получения соотношения 3 4 = 1,4 Ц g что обеспечивает надежное сопротйвление развертки. !

Использование предлагаемых способа и устройства уменьшает амплитуду пульсаций тока в цепях якоря приводных двигателей дебалансов виб30 росейсмоисточника на низких частотах, что приводит к расширению рабочего диапазона частот виброисточника в область низких частот. Учитывая, что коэффициент затухания

Сейсмических волн в грунте на низких частотах ниже, естественно уве-. личивается площадь сейсмического зондирования. Также увеличивается время непрерывной работы виброисточ40 "ника по температурному режиму приводных двигателей, т.е. увеличивается производительность виброисточника.

1344065

Фиг.1

1144065

21

Составитель Г. Бокарев

Техред Т.Иаточка Корректор C. Шекмар

Редактор Е. Папп

Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 900/38

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4