Демпфер за AC електромеханични устройства
Изобретението се отнася до областта на приборостроенето и е предназначено за използване в електромеханични устройства с променлив ток за гасене на транслационни и ъглови вибрации на тела, чиито статични или динамични състояния се определят съответно от магнитни или електрически полета, електромагнити или електроди, захранвани от променлив ток. Амортисьорът е направен под формата на двуизводна верига, съдържаща токоизправител с RC товар. Успоредно с товара, резистор и кондензатор са свързани последователно и активно съпротивление, контролирано от напрежението, например под формата на транзистор. В този случай точката на свързване на допълнителния резистор и кондензатор е свързана към контролния вход на активното съпротивление. Времеконстантата на допълнителната RC верига е избрана да бъде по-голяма от времеконстантата на RC веригата на товара. Амортисьорът подобрява качеството на преходния процес на изпълнителния орган в електромеханичните устройства и се характеризира с простота и ниска консумация на енергия. 4 ил.
Изобретението се отнася до областта на приборостроенето и може да се използва в различни електромеханични устройства с променлив ток за гасене на транслационни и ъглови вибрации на тела (котви, ротори и др.), Статични (безконтактно окачване) и динамични (въртене с постоянна скорост), чието състояние се задава от магнитното или електрическо поле на магнити или електроди, захранвани от променлив ток. По-специално, изобретението може да се използва в електромагнитно резонансно окачване на тела и за елиминиране на трептения на въртящи се ротори на синхронни двигатели.
Известни са различни електромеханични устройства с подвижни ротори. Например в електромагнитно окачване [1] феромагнитен ротор се поддържа в окачено състояние с помощта на електромагнити, чийто токварира пропорционално на разстоянието между ротора и електромагнита. За да се осигури динамична стабилност на ротора под въздействието на смущаващи ускорения, в съответствие с теорията за автоматичното управление се използват коригиращи вериги, за да се осигури създаването на допълнителен електромагнитен ток, пропорционален на скоростта на ротора (аналогично на вискозното триене). Традиционно получаването на производната на преместването на ротора се извършва чрез диференциране на RC вериги при постоянен ток, последвано от прехвърляне на сигнала за постоянен ток към носещата честота, необходима за работата на устройството, използвайки модулатори [2, стр. 266-267].
Използват се обаче по-прости коригиращи схеми, които осигуряват диференциране на управляващия сигнал директно върху AC носителя и съответно гасене на вибрации, например на ротор в магнитно окачване. Такива вериги могат да бъдат направени под формата на двутерминални мрежи, съдържащи токоизправители с RC товари [3] и свързани последователно със задвижващия елемент (например електромагнит) на системата за управление. Например, при рязка промяна в положението на ротора, зареждането на кондензатора се забавя с времева константа = RC, което осигурява генерирането на допълнителен изпреварващ ток в намотката на електромагнита (или друг задвижващ елемент).
За прототипа [4, p.99, fig.3-26] е взето амортизиращо устройство (наричано по-нататък амортисьор) под формата на двутерминална мрежа, съдържаща мостова токоизправителна верига на диоди с товар под формата на резистор и филтърен кондензатор, свързан паралелно към него. Изпълнението на токоизправителя може да бъде и под формата, когато два диода се заменят с резистори или кондензатори [5, стр.75, фиг.4-31 а, б, в].
Недостатъкът на прототипа на амортисьора е значителна загуба на енергия през резисторанатоварване на токоизправителя и намаляване на еквивалентния качествен фактор на задвижващия елемент (например индуктивността на електромагнит), което води до намаляване на статичната твърдост на резонансното окачване на ротора.
Целта на настоящото изобретение е да се намали консумацията на енергия от електромеханични устройства, които контролират позицията на телата в променливи магнитни или електрически полета, за да се увеличи статичната твърдост на позицията на тялото.
Тази цел се постига благодарение на факта, че успоредно с RC-натоварването на токоизправителя-амортисьор, допълнителен резистор и кондензатор са свързани последователно и контролирано от напрежението активно съпротивление, например, в заместник-транзистора, докато точката на свързване на допълнителния резистор и кондензатор е свързана към контролния вход на активното съпротивление, а стойностите на допълнителния резистор Rd и кондензатор Cd са избрани от условието Rd Sd> RC, където R е съпротивлението на натоварване на токоизправителя; C е капацитетът на кондензатора на токоизправителния филтър.
Фигура 1 показва електрическата верига на предложения двуизводен амортисьор.
На фиг. 2 показва съпротивление, контролирано от напрежението, под формата на p-n-p транзистор.
Фигура 3 показва включването на амортисьора последователно във веригата на резонансната верига на магнитното окачване на ротора.
Фиг. 4 илюстрира формата на тока на задвижващия механизъм-електромагнит при рязка промяна на положението на подвижното тяло (ротор) в прототипа (а) и с предложения демпфер (б).
Предложеният амортисьор е направен (фиг.1) под формата на двуизводен, съдържащ най-простия токоизправител [4, стр. 75, фиг.4.31c] под формата на два диода 1-2 с товар - резистор 3 и кондензатор 4 на токоизправителния филтър. Паралелно на товара са свързани допълнителен последователно свързан резистор 5 и кондензатор6, както и контролирано от напрежението активно съпротивление 7, което в най-простия случай може да бъде направено под формата на p-n-p транзистор 8. В общия случай други елементи и транзистори (например полеви ефект), по-сложни схеми могат да се използват като контролирано съпротивление (например каскадно свързване на два транзистора - "композитен транзистор"). Точката на свързване на допълнителния резистор 5 и кондензатор 6 е свързана към управляващия вход на активното съпротивление 7 (например към основата, портата на транзистора). Стойностите на допълнителния резистор 5 (Rd) и кондензатор 6 (Cd) се избират от условието RdSd> R1C1, където R1 е съпротивлението на товарния резистор 3; C1 е капацитетът на кондензатора 4 на токоизправителния филтър.
Веригата на токоизправителя на амортисьора може да бъде донякъде усложнена чрез добавяне на друга верига P2C2 за натоварване, обозначена на фиг. 1 с пунктирана линия. В този случай амортисьорът ще придобие свойството на широколентов, ако времеконстантите на основните и допълнителните RC вериги на натоварване са различни, например 1 = R1C1> 2 = R2C2. В същото време се запазва условието [3 = RdSd]> [4 = (R1 + R2)C1]> R2C2. Нека разгледаме работата на предложения амортисьор, като използваме примера за използването му в магнитно резонансно окачване на феромагнитен ротор 9 (фиг.3), съдържащ източник на променлив ток 10, към който намотката на тягов електромагнит 11 и кондензатор 12 са свързани последователно, чиято стойност на капацитета е избрана така, че когато роторът се отдалечи от електромагнита, токът i в образуваната последователна резонансна верига се увеличава, причинявайки стабилна характеристика на статично сцепление на безконтактното окачване [1, стр. 15-20]. Амортисьорът, свързан последователно с резонансната верига, осигурява динамичната стабилност на окачването и качеството на преходния процес при смущаващи ускорения, благодарение наразвитието на производната на движението на ротора под формата на допълнителен ток, пропорционален на скоростта на ротора, което създава допълнителна сила, която предотвратява движението (аналогично на вискозното триене). Действието на амортисьора може да се оцени по вида на тока i, взет от датчика за ток (резистор 13 с ниско съпротивление), когато роторът се измести рязко от електромагнита. Фигура 4а показва осцилограма на скока на обвивката на тока i при носещата честота fn на източника 10 за амортисьор без активно съпротивление 7. Моменталното изместване на ротора предизвиква постепенно зареждане на кондензатора 4 с времева константа 1 = R1C1, което ще създаде съответно увеличение на тока (защриховани области А), предотвратявайки движението на ротора. Стабилността на окачването на ротора по отношение на собствената му ъглова честота n се осигурява при условие 1 = 1/n, където , G е твърдостта на окачването, m е масата на ротора.
Шунтирането на веригата на натоварване R1C1 на токоизправителя с активно съпротивление 7 в нискочестотната област на обвивката (поради голямата времеконстанта 3 = RdSd, което съответства на статично натоварване на ротора и неговите нискочестотни смущения), е аналог на изодром, т.е. дава свойството на астатизъм (увеличаване на статичната твърдост на окачването) и намалява загубите на енергия на товарния резистор 3. На фиг.4b това е илюстрирано чрез добавяне на ток под формата на защриховани участъци B, нарастващ с времеконстанта от 3 допълнителни RdSd верига, след като е генерирана производната под формата на участъци A, по аналогия с фиг.4a.
Предложеният амортисьор, въпреки използването на контролирано съпротивление (например под формата на транзистор), е пасивен елемент (не изисква допълнителни захранвания), прост е и има намалена консумация на енергия.
Може да се използва в различни системиавтоматично управление на носител на променлив ток, по-специално в магнитни и електрически окачвания на тела, стабилизиране на ъглови колебания на синхронни и стъпкови двигатели и др.
Препратки 1. Осокин Ю.А., Герди В.Н. и др.. "Теория и приложение на електромагнитните окачвания" М., Машиностроене, 1980 г.
2. Бесекерски В.А., Попов Е.П. "Теория на системите за автоматично управление", М., "Наука", 1972 г.
3. Тер-Арутюнянц Е.Т., Измайлович А.И., Буров А.В. "Нелинейни коригиращи вериги с полупроводникови диоди" в сб. "Електронна техника в автоматизацията" изд. Конева Ю.И., брой 1, "Съветско радио", 1969 г.
4. Вишков Ю. А., Иванов В. И. "Магнитни опори в автоматиката", М., "Енергетика", 1978 г. - прототип.
5. Лукс Ю. Х. "Схеми на полупроводникови диоди", прев. от немски, М., "Енергия", 1972г.
Амортисьор за електромеханични устройства, направен под формата на двутерминална верига, съдържаща токоизправител с RC товар, характеризираща се с това, че допълнителен резистор и кондензатор, свързани последователно, са свързани паралелно с товара, и контролирано от напрежението активно съпротивление, например под формата на транзистор, докато точката на свързване на допълнителния резистор и кондензатор е свързана към контролния вход на активното съпротивление и съпротивлението Rd и капацитет Cd на допълнителния резистор и кондензатор се избират от условието RdSd>R1C1, където R1 е товарното съпротивление на токоизправителя; C1 - капацитет на кондензатора на токоизправителния филтър.