Устройство управления испытательным электромагнитным вибростендом

 

Изобретение относится к системам управления механизмами с электромагнитным приводом и может быть использовано в электромеханических устройствах создания гермонических колебаний - вибростенды для испытания на виброустойчивость различных изделий со значительными массогабаритными показателями. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, повышение КПД путем рекуперации энергии и форсировки спада импульсов тока, снижение установленной мощности оборудования . Устройство имеет повышенные энергетические показатели за счет эффективной рекуперации избыточного запаса электромагнитной энергии вибраторов в питаюш.ую сеть. Для этого создан контур для перекачки запаса электромагнитной энергии индуктивного характера катушки 5 вибратора в электромагнитную энергию емкостного характера конденсатора 14, а оттуда с помощью инвертора 12 - в питающую сеть. Накопление энергии в катушке 5 происходит в результате питания ее от выпрямителя 1 через LC-фильтр на дросселе 2 и конденсаторе 3 и коммутатор 4. Предлагаются варианты устройства при питании многих катушек вибратора и упрощенных для этого режима схемах коммутатора 4 и подключениях катушек 5 к одному и нескольким управляемым выпрямителям. 7 з.п.ф-лы. 6 ил. & со (Л о о со o to ел фиг. i

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1309225

А1 (gg 4 Н 02 М 9/06, G Ol М 7/00

ОПИОАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ; л . г

К АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3972649/24-07 (22) 29.10.85 (46) 07.05.87. Бюл. № 17 (71) Научно-исследовательский, проектноконструкторский и технологический институт силовой полупроводниковой техники Завода

«Электровыпрямитель» (72) Е. Г. Подобедов, А. А. Поскробко, В. Н. Филатов и В. М. Чернов (53) 621.314.632 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 714603, кл. Н 02 Р 3/14, 1978.

Авторское свидетельство СССР № 1013794, кл. G 01 М 7/00, 1981. (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ИСПЫТАТЕЛЪНЫМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ВИБРОСТЕНДОМ (57) Изобретение относится к системам управления механизмами с электромагнитным приводом и может быть использовано в электромеханических устройствах создания гермонических колебаний — вибростенды для испытания на виброустойчивость различных изделий со значительными массогабаритными показателями. Цель изобретения— расширение функциональных возможностей, повышение КПД путем рекуперации энергии и форсировки спада имгульсов тока, снижение установленной мощности оборудования. Устройство имеет повышенные энергетические показатели за счет эффективной рекуперации избыточного запаса электромагнитной энергии вибраторов в питающую сеть.

Для этого создан контур для перекачки запаса электромагнитной энергии индуктивного характера катушки 5 вибратора в электромагнитную энергию емкостного характера конденсатора 14, а оттуда с помощью инвертора 12 — в питающую сеть. Накопление энергии в катушке 5 происходит в результате питания ее от выпрямителя 1 через

1.С-фильтр на дросселе 2 и конденсаторе 3 и коммутатор 4. Предлагаются варианты устройства при питании многих катушек вибратора и упрощенных для этого режима схемах коммутатора 4 и подключениях катушек

5 к одному и нескольким управляемым выпрямителям. 7 з.п.ф-лы. 6 ил.

1309225

Изобретение относится к системам управления механизмами с электромагнитным приводом и может быть использовано в электромсханических устройствах создания гармонических колебаний — вибростендов для испытания на виброустойчивость различных изделий «о значительными массогабаритными показателями, например массой более

1,5---3,0 т.

Цель изобретения — — расширение функциональных возможностей, повышение КПД путем рекуперации энергии и формировки спада импульсов тока, снижение установленной мощllocTH оборудования.

На фиг. приведена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 — диаграммы токов и напряжений, характеризующие работу устройства; на фиг. 3 --6 — варианты схем.

Устройство (фиг.1) содержит управляемый выпрямитель 1 со сглаживающим /.Сфильтром на выходе, выполненном на дросселс 2 и конденсаторе 3. Параллельно конденсатору 3 через вентильный коммутатор 4 подключена нагрузка катушки 5 вибратора стенда.

Вентильный ком мутатор 4 выполнен в виде однофазного моста на тиристорах 6 ——

9 с конденсатором 10 в диагонали перемен>юго тока. Параллельно вентильному коммутатору 4 через отсекающий диод 11 подключен инвертор 12 с входным Г-образным 1.С-фильтром, выполненным на дросселе 13 и конденсаторе 14. Управляющие входы выпрямителя 1, инвертора 12 и вентильного коммутатора 4 подключены к блоку 15 импульсно-фазового управления (САУ) .

Устройство (фиг. 1) работает следующим образом.

Управляемый выпрямитель 1 обеспечивает вьшрямление переменного сетевого напряжения в постоянное с возможностью его регулирования или стабилизации на заданном уровне. Г-образный LС-фильтр, состоящий из дросселя 2 и конденсатора 3, обеспечивает сглаживание выпрямленного тока до требуемого уровня. Управляемый вснтильный коммутатор 4 с помощью СЛУ 15 обеспечивает формирование регулируемых но частоте и скважности прямоугольных импульсов напряжение на катушке 5 вибратора стенда.

Гlри прикладывании каждого очередного прямоугольного импульса напряжения через ка:гушку 5 вибратора нарастает Ilo экспоненте ток lo значения, определяемого параметрами импульса напряжения и контура протекания тока: конденсатор 3, катушка 5 вибратора, вснтильный коммутатор 4. За вр«мя действия импульса напряхкения происходит накопление запаса электромагнитной энергии и»дуктив»ого характера в обмотке катушки 5. Поэтому после запирания вентильного коммутатора 4 и снятия импульса напряжения с катушки 5 вибратора ток в

45 ней не может прерваться мгновенно, а замыкается по контуру, образованному последовательно соединенными конденсаторами 3 и 14 и отсекающим диодом 11. Происходит перекачка за паса электромагнитной энергии индуктивного характера кату шки 5 вибратора в электромагнитную энергию емкостного характера конденсатора 14, а оттуда с помощью инвертора 12 происходит ее рекуперация в питающую сеть. Отсскающий диод 11 не позволяет разряжаться конденсатору 14 с более высоким уровнем напряжения на конденсатор 3. Наличие высокого уровня напряжения на конденсаторе 14 способствует быстрому спаданик> тока в катушке 5 вибратора и эффсктивной рекуперации избыточной реактивной энергии в питающую сеть. Тем самым обеспечивается и повышение эффективности рекуперации и

КПД устройства.

Поскольку инвертор 13 выполняют наиболее простым --- ведомым сетью, отсекающий диод 11 нс дает протекать току и по контуру: сеть, выпрямитель 1, дроссель 2, конденсатор 3, отсекающий диод 11, конденсатор 14, инвертор 12, сеть. Г-образные

1 С-фильтры с смкостными звеньями также являются обязательными поскольку создают контур для форсированного сброса запаса электромагнитной энергии вибратора.

На фиг. 2 приведснь> формы токов и напряжений катушки вибратора и конденсаторов фильтра. Чем выше уровень напряжения на конде>ц.аторс Ь» входпого фильтра инвертора относительно напряжения конденсатора U> сглаживак>щсг0 фильтра выпрямителя, тем круче спадание тока вибратора и эффективнее процесс рекуперации избыточной энергии в питающую сеть.

Возможны различные варианты выполнения вентильного коммутатора 4. Но наиболее целесообразным является схема коммутатора 4 на основе однофазного тиристорного моста с коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока. Такой коммутатор обеспечивает двухтактный режим работы коммутирующего конденсатора

10 без холостого режима его персзаряда, приводящего к снижению КПД устройства, а также возможность двух р«жимов переключения.

Первый режим — одновременно работают пары тиристоров одной ветви: тиристоры 6, 7 (или 8, 9), затем коммутация — запиранис их при включении тиристора 9 или

8 (фиг. 2а).

Второй режим -- резонансный с последовательным включением в рабочий контур конденсатора 10 одновременной работой вентильных пар 6, 9 н..и 7, 8. Такой режим обеспечивает более высокий КПД за счет меньшего содержания высших гармоник в токе, но он не всегда допустим по параметрам катушки вибратора и требует большую установленную мощность коммутирую1309225

f0

Фо()т7ла uзoб)peтe7717. 7

50 щего конденсатора 10. Так как напряжение на катушке 5 вибратора опережает по фазе ток на 90 и в момент максимума импульса тока меняет свой знак, происходит аналогичный процесс перекачки запаса электромагнитной энергии в конденсатор 4 и соответствую|цее ограничение уровня раскачки напряжения на коммутирующем конденсаторе 10 вентильного коммутатора 4.

Поскольку в мощных электромагнитных вибростендах может быть несколько катушек электромагнитов либо одна катушка выполняться из нескольких секций, а сами вентильные коммутаторы требовать параллельного соединения тиристоров с индуктивными делителями тока, более целесообразным оказывается использование в качестве индуктивных делителей тока 71-секций или катушек вибратора (фиг. 3).

В этом случае последовательно с каждой катушкой 5i — -5„вибраторя вкл!Очают собственный вентильный коммутатор 4i — 4„ на тиристорах 6 — 9 с конденсатором 10, а их общие точки соединения подклю |ают к входу инвертора 2 через дополнительно вводимые развязывающие диоды 16i — — 6„.

При этом обеспечивается равномерное деление тока н по катушкам, и Ilo вентильиым коммутаторгм без применения дополнительных выравниваю|цих устройств, а также возможностьк) независимой работы каждой катушки 5i- -5„. Вибратора. Поскольку напряжение в контуре, прикладываемос к диоду

11, снижается в два раза за счет пере|распределения части сго на развязывяющис диоды 16, увели !ения установленной суммярНоН мощности |ио EOB 1 и !6 нс происход!гг.

Выполнение коммутирующего узла х|ожно уlipocTHò!. и, Oоотв(тственно, снизить мяссогабаритные показатели устройства при наличии двуx секций Виоратора (TI=2), В этом случае венTильныB коммутаTоры 4! и 4 (фиг. 3), Включенные последовательно с катушками 5! и 5 вибратора, выполняк)т В виде двух тиристоров 6 и 8 с общим коммутирующим конденсатором 0 (фиг. 4), т. е. выполняют коммутатор 4 общим на обе катушки. Поскольку при этом коммутаторы переходят в однотактный режим работы, для сохранения без изменения выходной мощности катушек вибраторов необходимо увеличить частоту их p30()ты в два разя. Гнижение массогабяритных показатялей при эгом обеспечивается за счет уменыпения количества тиристорОВ и конденся ОРОВ В комбинированном общем Вептильном коммутаторе.

11рН .|альнейшем наращивании мопцюстей вибростенда возникает вопрос с параллеzbH»li! соединением |и тиристоров в каждом плече выпрямителя 1 В этом слу|ае выпрямитель 1 секционируют ня iiz элементарных выпрямителей 1; — -1,, без параллельного сое |и пения тиристоров. Pac! IE(.ilляют сглаживающий фильтр выпрям||теля ня элементарных / С-фильтров, работаюн|их каждый на свою группу катушек 51 — 5„, вибростенда. А каждая группа содержит и катушек вибрятора при общем количестве катушек иг - и (5т7171) и, соответственно, ьи и вентильных коммутаторов 4 (4771 и). При этом, поскольку рекуперируемая устройством доля энергии всегда меньше потребляемой, инвертор 12 Вместе с входным LСфильтром выполняется общим на все устройство и подключается через |и отсекающих диодов 1 и ги и разделительных диодов 16 параллельно всем вентильным коммутаторам 4in и. Тем самым обеспечивается простота и пониженные массогабаритные показатели устройства за счет отсутствия каких-.!ибо токовыравнивающих устройств (делителей тока) и наличия одног0 обп|его инвертop3 (фиг. 5) .

1ля далыц йшего снижения массогяoяриг.lb!x показателей и упрощения конструк-! ц!и устройства сглаживающие реакторы 1.Ñфилы.ров мÎгут быть выполнены магнитосвязанными ня общем магнитопроводе (фиг.4). ,г)ля повышения надежности работы устройства путем устранения возможности срывов инвертирования и сквозных коротких замыканий по iloèè выпрямитель --инвертор отсекаю!цие и разделительные группы вентилей Выполняют пс ня диодах, а на тиристорах (фиг. 5) и Включают их только после коммутации-запирания тнристоров вентильного коммутатора 4 (фиг. 2а), т. е. после нана !я спадания тока в катушках 5 вибратора.

1. Устройство управления испытательным элек громя гнитным Вибростендом, содсржян|ее сетевой выпрямитель с 1 С-фильтром, один вывод которого подкл|очен h одному

ВЫ ВО;l, ) КЯТ |lil(ii !)ИОP(ITОР3, ВB|!ТИ, |ЬHЫй KОМмут:-|гор и вс.|омый сетью инвертор с входным !.С-(!)lI. lьтром, О тин ВыВОд которого по1кл|очсl! к одnþ÷ó Bыводу отсек3|ощего диода, От.17(ча)ащас(i тс м, !то, с цел ью ряс ш нрсll f!H фх He ll 11011;i, Ьн ы х Воз х|ож нос гей, IIOBhl lllCния КП. ), путем рекупсряции энергии и форсировки спада импульсов тока, снижения ycT3H0Bëñнной мои|ности оборудования, Выпрямитель Выполнсll прявляемым, другой вывод фыльгря Выпрямителя подключен к другому

В|.1водх Отсека юlц(. ГО диОда и чер(. 3 Б(. нTl1.Ih!IbIII hO IXI% T 1T0P — K ДР . I ОМ) BblBO;1) к!1Т) п|ки l3HOO

Бь|Г>О |Ох| (1)и,|ьт1) 11 инвертор|1.

УстрОЙстБО ИО и. 1, OT.II(ча7017 ((()7 т(. м.

Ч ТО В С и Т И Л Ь Н ЬЦ и О. 1 Vl V T 3 TO P B hl 110,1 Н Е и В (311 Д(. тиристорного моста с конденсяторох! в дияI Опали li(рем !! ного тока.

3. УOTро! !(Т1 О 110 IIII. И 2, от.ш z(IIOn(c(÷ z T(м, ч I o, «целью расширения дияпязо!|а )!Ошно(.тсй, дополнительно Введены и катушек Виоряторя, 110дключенных к;|ругом) Вывод) фи.1ьтр;! Бынря)lите,lя через сооТ1309225 ветствующие введенные коммутаторы, а к другому выводу фильтра инвертора — через соответствующие разделительные диоды.

4. Устройство по пп.! — 3, отличающееся тем, что, с целью упрощения, при n=2 вентильный коммутатор выполнен общим в виде двух тиристоров, между которыми включен конденсатор.

5. Устройство по пп.1 — 3, отличающееся тем, что оно содержит m и катушек вибратора, собранных в т групп по и катушек и подключенных к выходу m выпрямителей через m и коммутаторов, а к входу инвертора -- через ггг отсекающих и ггг гг раздел ител ьн ы х диодов.

6. Устройство по и. 1, отлича>ощееся тем, что оно содержит гг ветвей последовательно соединенных и катушек вибратора, подключенных к соответствующему выходу выпрямителя через и коммутаторов, а к выходу инвертора — через и разделительных диодов.

7. Устройство по пп. 1 — 6, отличающееся тем, что, в качестве отсекающих и разделительных диодов использованы управляемые

10 вентили.

8. Устройство по пп.! — 7, отличающееся тем, что реакторы фильтров выполнены магнитосвязанными на общем магнитопроводе.

Puz. Ф иг.

Составитель Е. Мельникова

Редактор H. Бобкова Техред И. Верес Корректор H. Король

Заказ 446 51 Тираж 661 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

I 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Рауьнская наб., д. 4 5

Производственно-полиграфическое предприятие. г. Ужгород, ул. Проектная, 4