Способ возбуждения резонансных колебаний механических систем и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к вибрационной технике. Цель изобретения - снижение энергозатрат на возбуждение колебаний за счет обеспечения возможности стабилизации резонансных колебаний в процессе изменения параметров механической системы, колебания которой измеряют датчиком 6. Затем формирователем фазного напряжения (ФН) 9, сдвигая фазу сигнала датчика и усиливая его, преобразуют сигнал в фазное напряжение синхронного электродвигателя (СЭ) 1. Также формирователем напряжения возбуждения (НВ) 10 преобразуют сигнал датчика в постоянное НВ СЭ. В зависимости от амплитуды и частоты колебаний изменяют внутренний угол СЭ путем изменения амплитуды ФН и значения НВ и фазовый сдвиг так, чтобы их разность оставалась постоянной и соответствовала резонансному значению. 3 ил.

СОЮЗ COBFTCKVIX

СОЦИАЛИС1ИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 06 В 1/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

llO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4617664/24-10 (22) 09.12.88 (46) 30.11.90. Бюл. М 44 (72) Институт машиноведения им.А.А. Благонравова (72) В,К.Асташев, B.È.Áàáèöêèé, И.Я.Соколов и А.В. Шипилов (53) 620.178.53(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1199298, кл. В 06 В 1/1.6, 1985, (54) СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ РЕЗОНАНСНЫХ КОЛЕБАНИЙ МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к вибрационной технике. Цель изобретения — снижение энергозатрат на возбуждение колебаний за

„„5U 1609515 А1 счет обеспечения возможности стабилизации резонансных колебаний в процессе изменения параметров механической системы, колебания которой измеряют датчиком 6. Затем формирователем фазного напряжения (ФН) 9, сдвигая фазу сигнала датчика и усиливая его, преобразуют сигнал в фазное напряжение синхронного электродвигателя (СЭ) 1. Также формирователем напряжения возбуждения (НВ) 10 преобразуют сигнал датчика в постоянное НВ СЭ. В зависимости от амплитуды и частоты колебаний изменяют внутренний угол СЭ путем изменения амплитуды ФН и значения НВ и фазовый сдвиг так, чтобы их разность оставалась постоянной и соответствовала резонансному значению. 2 с.п,ф-лы, 3 ил.

1609515

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано для возбуждения резонансных колебаний вибромашин с возбудителем колебаний, выполненным в виде синхронного электродвигателя, и поддержания их резонансного состояния при измении технологической нагрузки.

Цель изобретения — снижение энергозатрат на возбуждение при обеспечении воэможности стабилизации резонансных колебаний в процессе изменения параметров механической системы.

На фиг. 1 изображена схема, иллюстрирующая формирование возбуждающей силы; на фиг, 2 — устройство для возбуждения резонансных колебаний механических сис-. тем; на фиг. 3 — схема, иллюстрирующая образование результирующего вектора фэзного напря>кения.

Устройство для возбуждения резонансных колебаний механических систем содержит возбудитель колебаний, выполненный в виде синхронного электродвигателя 1 с дебалансом 2, закрепленным на его оси. Механическая система состоит из платформы

3, связанной плоскими пружинами 4 с основанием 5. Механическая связь двигателя с механической системой осуществлена жестким закреплением статора двигателя 1 на платформе 3. Устройство содержит также электрическую цепь обратной связи, содержащую соединенные последовательно дат° чик 6 колебаний, переключатель 7 и блок управления 8 электродвигателем 1. Датчик

6 закреплен на платформе 3. C помощью переключателя 7 вход блока управления 8 подключен к датчику 6 или к генератору синусоидального напряжения 11. Блок управления 8 содержит формирователь фазного напряжения 9 и формирователя напряжения возбуждения 10, входы которых объединены, а выходы подключены соответственно к фэзной обмотке и обмотке возбуждения синхронного электродвигателя 1. Таким образом, цепь обратной связи состоит из двух контуров. Первый контур содержит формирователь фазного напряжения 9. Второй контур содержит формирователь напряжения возбуждения 10, Датчик 6 и переключатель 7 являются общими для обоих контуров, Формирователь фазного напряжения предназначен для преобразования синусоидального входного сигнала в синусоидальнов фазное напряжение. При этом частота фазного напряжения равна частоте входного сигнала, а амплитуда фазного напряжения и вносимый блоком фазовый сдвиг зависят от амплитуды и частоты сигнала. Формирователь напряжения возбуждения предназначен для преобразования синусоидального входного сигнала в постоянное напряжение возбуждения, величина которого зависит от частоты и амплитуды сигнала.

5 Формирователь фазного напряжения 9 (фиг. 2) состоит из последовательно соединенных релейного элемента 12, фильтра низких частот 13, двух дефференцирующих звеньев 14, 15 фазовращателя 16, усилителя

10 переменного напряжения 17. На выходе формирователя напряжения возбужения 10 стоит суммирующий усилитель 18, первый вход которого соединен с входом формирователя через выпрямитель 19, а второй вход

15 соединен с источником постоянного напряжения 20. Датчик колебаний выполнен в виде датчика скорости.

Релейный элемент 12 имеет симметричную характеристику, его выходное напряже20 ние Ов х связано с входным Овх соотношением U»x = Врз!9п0вх. где Вр— параметр релейного элемента; sign х = 1 при х> О, sign х = -1 при х < 0 . Релейный элемент может быть выполнен, например, 25 в виде усилителя-ограничителя с большим коэффициентом усиления. Последовательно включенные релейный элемент 12 и фильтр низких частот 13 преобразуют синусоидэльный сигнал с произвольной ампли30 тудой в синусоидальный же сигнал той же

4 частоты с заданной амплитудой В = — Вр..

Выпрямитель 10 преобразует синусоидальное входное напряжение Овх = à sinNt в

35 постоянное выходное 0вых = Квв, где Кв— параметр выпрямителя.

Далее везде рассматривается двуфазный синхронный электродвигатель с обмоткой возбуждения, выполненной на роторе, и

40 с фазной обмоткой, выполненной на статоре.

Устройство работает следующим образом.

Переключателем 7 вход блока управле45 ния 8 подключают к генератору синусоидального напряжения 11. При этом на элекродвигатель 1 поступает переменное фазное напряжение с частотой а, задаваемой генератором 11., и постоянное напряже50 we возбуждения, Ротор электродвигателя вращается с частотой со, возбуждая колебания механической системы. Частоту и сигнала генератора 11 изменяют таким образом, чтобы колебания механической си55 стемы стали резонансными. Переключателем 7 подключают вход блока управления 8 к датчику колебаний 6. Далее устройство поддерживает резонансные колебания автоматически. Происходит это следующим образом.

1609515

При колебаниях платформы 3 по закону х — AC0So)t сигнал датчика скорости соЛ ставляет О = Кд Ащ соз (в + — ), где Кд — параметр датчика, а сигнал на выходедифференцирующего звена 15

U> = В в соз(в t+ 3 ), Здесь учтено, X что каждое из дифференцирующих звеньев

Л

14, 15 вносит фазовый сдвиг . Фазовращатель 16 и усилитель 17 преобразуют сигнал в двухфазную систему напряжений (фиг. 3)

UL = Офсоз (ш< + 3 2 +ф) > >О/3 =

= ОФ соз (mt + 3 — + tP + — ), Л Л

2 2 подаваемых на взаимно перпендикулярные катушки а и /3 фазной обмотки. Здесь амплитуда фазного напряжения о© =к„ва, (1) где ф — параметр фазовращателя 16;

Ку — коэффициент усиления усилителя 17, Проекция 0> изображающего вектора 0ф фазного напряжения на направление перемещения х механической системы опережает по фазе напряжение Оа на угол у между осью аи направлением перемещения х; О, =ОФсоз(вам+3 — +ф+у)=

Л

2 (3)

= ОФсоз(вс + М) где р =3>+g+y.

Л

Напряжение возбуждения на выходе суммирующего усилителя 22

Ов = Ki Кв Кд Ащ+ Кв Up (3)

Движущий момент синхронного электродвигателя

Мдв=,и1 sin U+ è2 sin 2V, (4)

ОФОВ . 01 где р1, рг — параметры двигателя.

Внутренний угол V определяется из условия. равенства движущего момента Мдвмоменту нагрузки Мн, который при резонансных колебаниях зависит от амплитуды и частоты колебаний

Мну) m + nm г оР + — m г А йР, (5)

1 где v>, г - параметры возбудителя колебаний;

m — масса дебаланса;

r — расстояние центра тяжести от оси вращения.

Первое слагаемое описывает вязкое сопротивление, второе — трение качения либо сухое трение в подшипниках дебаланса, третье — вибрационный момент.

Фазовый сдвиг, задаваемый фазовращателем 16, постоянен

/ =-Vo — y — (—, (6) где Vp — номинальный внутренний угол синхрочного электродвигателя (обычно принимают Чс =-20 — 30 ).

5 Параметры Б релейного элемента 12. К> выпрямителя 19, значение напряжения0 о источника 20, коэффициенты усиления Ку усилителя 17 и Ki, Kii суммирующего усилителя 22 по входам! и li соответственно по10 добраны таким образом, что выполняются соотношения

В,/ Р2 Й1 Г

icy з1п2Чо

V1

15 У P з п2Ч

Ку В К, К вЂ” 2 К . Ч . (7)

2,и2 Кд sin Чо

Определяя внутренний угол V из условия Мд

= М с учетом выражений (4), (5), (1), (3j, (7), получаем V = Vo, т.е. при любых значениях амплитуды А и частоты й) резонансных колебаний внутренний угол остается постоянным, причем в соответствии с выражениями(2} и (6).

25 Дд

q V =-2-+ Чо — У вЂ” (— Л+)— — V, = — — 4.

Jt о

Способ возбужения резонансных коле30 баний механических систем с возбудителем, выполненным в виде синхронного электродвигателя, осуществл я ют следующим образом.

Измеряют колебания механической си35 стемы датчиком колебаний, например акселерометром. Фазу сигнала датчика сдвигают, сигнал усиливают и подаЮт в качестве переменного фазного напряжения на электродвигатель. При этом изображаю-"

40 щий вектор Up фазного напряжения вращается с частотой а) колебаний механической системы, Ротор электродвигателя вращается также с частотой м, поперечная ось ц ротора отстает от изображающего вектора Up на внутренний угол Ч (фиг. 1).

Сдвиг фаз между силой, создаваемой возбудителем, и перемещением механической системы зависит от разности ф — 0 -, где ф — сдвиг фаз между проекциейОх изображающего вектора вектора Uc; на направлении перемещения х механической системы и собственно перемещением. РеЛ зонансному значению сдвига фаз между силой и перемещением соответствует постоянное значение разности / — U = Ф,, определяемое конструкций возбудителя.

i 609515

Сдвиг фаз ф зависит от сдвига фазы сигнала датчика и от ориентации статора электродвигателя. Сдвиг фазы сигнала датчика осуществляется фазовращателем.

Внутренний угол V зависит от амплитуды Ucb фазного напряжения, значения

Ов напряжения возбуждения и от нагрузки на валу двигателя.

Изменением амплитуды 13ф фазного напряжения и значения U< напряжения возбуждения регулируют величину внутреннего угла V, Поворотом статора или изменением сдвига фазы сигнала датчика путем управления фазовращателем регулируют сдвиг фаз ф, Регулирование и ведут до обеспечения постоянного значения Ф их разности ф — u соответствующему резонансу, При изменении параметров механической системы изменяются амплитуда и частота резонансных колебаний. При этом изменяется внутренний угол V вследствие изменения нагрузки на валу электродвигателя, Регулированием U и ф обеспечивают поддержание постоянного значения разности ф — U = О и, следовательно, поддерживание резонансных колебаний.

Формула изобретения

1. Способ возбуждения резонансных колебаний механических систем синхронным электродвигателем, заключающийся в подаче на электродвигатель электрического напряжения, в измерении колебаний механической системы, осуществлении сдвига фазы измеренного сигнала, его усилении и подаче на электродвигатель, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью снижения энергозатрат на возбуждение и стабилизации резонансных колебаний, одновременно подают напряжение на фазную обмотку и обмотку возбуждения электродвигателя, изменяют амплитуду напряжения, подаваемого на обмотки, поворачивают статор до обеспечения условия возбуждения реэонан5 сных колебаний, 2. Устройство для возбуждения резонансных колебаний механических систем, содержащее возбудитель колебаний, выполненный в виде синхронного электродви10 гателя, связанного с механической системой и включающего в себя статор, ротор, обмотку возбуждения и фаэную обмотку, датчик колебаний, переключатель, соединенные последовательно фазовраща15 тель и усилитель, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения энергозатрат на возбуждение и обеспечения стабилизации ре :зонансных колебаний, оно снабжено блоком формирования фаэного напряже20 ния, выход которого подключен к фазной обмотке, и блоком формирования напряжения возбуждения, выход которого подключен к обмотке возбуждения, причем входы блоков формирования фазного напряжения

25 и напряжения возбуждения через переключатель соединены с выходом датчика, а блок формирования фазного напряжения BblRoll нен в виде последовательно соединенных релейного элемента, фильтра низких частот

30 и двух дифференцирующих звеньев, при этом блок формирования напряжения возбуждения выполнен в виде соединенных последовательно выпрямителя и суммирующего усилителя постоянного на35 пряжения с двумя входами, второй вход суммирующего усилителя соединен с источником постоянного напряжения, а фаэовращатель и усилитель подключены между выходом второго дефференцирующего

40 звена и выходом блока формирования фазного напряжения, 1609515

Фиг 1

Составитель А.Кошаев, Редактор Н.Швыдкая Техред М.Моргентал Корректор В.Гирняк

Заказ 3691 Тираж 385 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101