Устройство для управления механическими колебаниями при пуске и торможении машины с переходом через резонанс Советский патент 1985 года по МПК G05D19/02 

выходы первого и четвертого и инверс ный выход третьего триггеров, а к вторым входам второго элемента ИЛИ через шестой элемент И - прямые выходы второго и шестого и инверсный выход

1133586

пятого триггеров, причем вторые 1входы первого,второго,третьего и чет;вертого элементов И являются входами :логического блока,а выходы третьего и четвертого элементов ИЛИ-его выходоми.

t. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛБтя МЕХАНИЧЕСКИШ КОЛЕБАНИЯМИ ПРИ ПУСКЕ И ТОРМШЕНЙИ М/ШМНЫ С ПЕРЕХОДОМ ЧЕРЕЗ РЕЗОНАНС, содержащее приводной асинхронный электродвигатель с вентил ьным пускателем, поеледоватеп ьно соедивенные блок фазонаправленного переключения, блок управляющих RS-триггеров и блок управления вентилями, a также кнопочн 1й узел, кнопка Сброс которого подключена к S-входам управляющих триггеров, от л и ч a ю щ е е с я тем, что, с целью повышения его надежности и снижения энергопотребления, устройство снаб-. жено логическим блоком и датчиком угла сдвига фаз ме9вду BeKTopafei прогиба вала и возмзгщающей силы, выходы которого подключены к входам логического блока, включенного между кнопочным узлом и блоком фазонаправленного переключения, 2. Устройство по п.1, о т л и ч a ю щ е ее я тем, что, датчик угла сдвига фаз выполнен в виде последовательно соединённых датчика угла поворота вала машины, тригонометрического блока и блока фазовых дискриминаторов, a также датчика отклонений вала машины, подключенного к второму входу блока фазовых дискриминаторов, выходы которых являются выходами датчика угла сдвига фаз. , 3. Устройство по п.1, о т л и ча ющ е е ся тем, что логический блок содержит шесть логических элементов И, четыре элемента ИЛИ, два элемента ИЛИ-НЕ и шесть RS-триггеров, к объединенным S-входам которых подключена кнопка Сброс кнопочного узла, к S-входу и к R-входам первого и третьего триггеров подключена кнопка Пуск, a к S-вхсяу первого и к R-входам второго и пятого триггеров подключена кнопка Торможение кнов почного узла, при этом инверсный выход второго триггера через первый элемент И связан с S-вхсдом третьего и через второй элемент И с R-входом четвертого триггера, инверсный выход первого триггера через третий элемент И связан с S-входом пятого, a через четвертый элемент И с R-входом шестого триггера, причем к вторым СО 00 01 входам указанных элементов И подключены выходы датчика угла сдврга фаз, инверсные выходы первого и 00 О) второго триггеров подключены к входам соответственно первого и второго элементов ШШ-НЕ, a прямые В1)1ходы третьего и пятого триггеров соответственно через первый и второй элементы ШШ подключены к первым входам третьего и четвертого элементов ШШ, к вторым входам которых через соответствующие элементы ИПИ-НЕ, подключены выходы первого и второго элементов ШШ, кроме того, к вторым входам первого элеьюнта ИЛИ через пятый элемент И подключены также поямые

Иэобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам управления механическими колебаниями при пуске и торможении малины, и может быть использовано в химической нефтеперерабатывающей и других oil acлях промьшшенности, где применнйотся машины, рабочая частота вращения которых больше критической.

В современном химическом производ стве широкое примеие1ше нашли высокооборотные машины (центрифуги, экстракторы, сепараторы и т.д.), вал которых, как правило, выполнен гибким и имеет критические частоты вращения . При работе этих машин в установивинхся режимах происходит самоцентрирование вала, а при пуске и торможении йеизбежен переход через критическую частоту вращения, при которой резко увеличивается амплитуда колебания вала и возрастают динамические нагрузки, что снижает надежность работы машин и мсокет привести к их неработоспособности.

Известны устройства управления колебаниями при пуске и торможении механических систем, заключаюофнеся -в том, что изменяют собственную частоту колебаний путем изменения жесткости, массы или числа степеней свободы механической системы lj .

Недостатком данных устройств является то, что их техническая реализация приводит к значительному усложнению конструкций мапии.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст ройство для управления -асинхронным электроприводом, содержащее трехфазный электродвигатель с вентильньм пускателем, последовательно соединенные блок фазонаправленного пере- ключения, блок управляющих RS-триггеров и блок управления веитиляж, а также кнопочный узел, подключенный

к S-входам блока управлякхцих тригге- . ров и к блоку фазонаправленного переключения 2J.

Недостатком известного устройства является необходимость существенного увеличения электрозатрат для создания требуемого значения ускорения. Кроме того, устройство не позволяет автоматически изменять ускорения в процессе пуска и торможения и воздействовать таким образом на амплитуду колебания вала.

Цель Изобретения - увеличение надежности работы мапины за счет ограничения амплитуды колебания вала при одновременном уменьшении энергопотребления.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления механическими колебаниями при пуске и торможении . машны с переходом через резонанс, содержащее приводной асинхронный электродвигатель с вентипывлм пускателем, последовательно соединенные блок фазонаправленного переключения, блок управления RS-триггеров и блок управления вентилями, а также кнопочный уэеп, кнопка Сброс которого подключена к 8-входам управляющих триггеров, снабжено логическим блсясом и датчиком угла сдвига фаз между вектора « прогиба вала и возмущающей силы, выходы которого подключены к входам логического блока, включенного между кнопочным узлом и блоком фазонаправленного переключения.

При этом датчик угла сдвига фаз выполнен в виде последовательно соеиненных датчика угла поворота вала малины, тригонометрического блока блока фазовых дискриминаторов, а также датчика отклонения вала машины, подключенного к второму входу лока фазовых дискриминаторов, выходы которых являются выходами датчика угла сдвига фаз. Логический блок содержит шесть -логических элементов И, четыре элемента ИЛИ, два элемента ШШ-НЕ и шесть RS-триггеров, к объединенным S-вхбдам которых подключена кноп.ка Сброс кнопочного узла, а S-входу второго и R-входам первого и третьего триггеров подключена кно ка Пуск, а к S-входу первого и R-входам второго и пятого триггеров - кнопка Торможение кнопочног узла, при этом инверсный выход второго триггера через первый элеметгг связан с S-входом третьего, а через второй элемент И - с R-входом четвертого триггера, инверсный выход первого триггера через третий элемент И связан с S-входом пятого., а через четвертый элемент И с R-входом шестого триггера, причем к втор входам указанных элементов И подключены выходы датчика угла сдвига фаз, кроме того, инверсные выходы первого и второго триггеров подключены к входам соответственно первог и второго элементов ШШ-НЕ, а прямы выходы третьего и пятого триггеров через соответственно первый и второ элементы ИЛИ - к первым входам трет его и четвертого элементов ИЛИ, к вторым входам которых через соответ ствукмцие элементы ИЛИ-НЕ подключены выходы первого и второго элементов И, кроме того, к вторым входам первого элемента ИЛИ через пятый элемент И подключены также прямые выходы первого и четвертого и инверсный выход третьего триггеров, к вто рым входам второго элемента ИЛИ чер шестой элемент И - прямые выходы вт рого и шестого и инверсный выход пя того триггеров, причем вторые входы : первого, второго, третьего и четвер того элементов И являются входами логического блока, а выходы третьег и четвертого элементов ИЛИ - его выходами. Подключение кнопочного узла чере логический блок к блоку фазонаправленного переключения позволяет в процессе пуска или торможения автоматически дважды изменять знак уско рения машины по сигналу от датчика угла (f сдвига фаз между векторами прогиба вала и возмущающей силы. Выбор значения угла f , при которых изменяют знак ускорения, осуществляют следующим образом: ( 40 -70 для первого переключения, ( Ю (-30) для второго переключения при пуске J (j;, 140-110° для первого переключения, 9 170 - 210 для второго переключения при торможении. При этом для больших абсолютных значений ускорения принимают соответственно большие значения углов( и If. ,и меньшие значения углов у и (,J-j . Особенностью динамических процессов в колебательном звене при передаче частотно-модулированного сигнала, амплитуда которого изменяется в функции часототы,является зависи мость максимума амплитуды колебаний выходного сигнала и соответствующей ему частоты от значения частоты и скорости ее изменения. Причем с увеличением скорости снижается максимум амплитуды колебаний и увеличивается смещение соответствукмдей ему частоты относительно собственной частоты колебаний. Это смещение происходит при пуске в сторону больших, а при торможении - в сторону меньших частот. Указанные свойства рассматриваемых звеньев обеспечивают такое сочетание вынужденных и свободньк составляющих амплитуды колебаний, благодаря которому и достигается эффект снижения максимума амплитуды колебаний. При определении значения углов (f , при которых изменение знака ускорения обеспечивает эффективное подавление амплитуды колебаний, необходимо учитьшать,что для рассмат риваемых звеньев максимуму амплитуды колебаний соответствует угол (f 90, а при 0° и (р 180 колебания минимальные, следовательно, первое переключение знака ускорения необходимо выполнять, не допуская достижения углом у значения 90°, а второе - в области значений (J около О (для пуска) или 180° (для торможения). На чертеже изображена схема предлагаемого устройства. Устройство содержит привод 1, асинхронный электродвигатель 2 с вентильным пускателем 3, последовательно соединенные блок 4 фазнаправленного пере1слючёния, блок 5 управЛЯЮ1ЦИХ RS-триггеров и блок 6 управления вентилями, а также кнопочный узел 7, кнопка сброса режимов Сброс которого подключена к 8-входам управлякицих триггеров блока 5. В устройство дополнительно введены логический блок 8 и датчик 9 угла сдвига фаз между векторами прогиба вала и возмущающей силы, выходы которого подключены к логическому блоку. 8, включенному между кнопочным узлом 7 и блоком 4 фазонаправленного переключения.. . Вентильный пускатель 3 состоит из О трех пар тиристоров 10-15, включенных в статорные цепи двигателя по встречно-параллельной схеме, и Двух дополнительных тиристоров 16 и 17, включенных по мостовой схеме с тиристорами 11 и 12. При пуске двигателя открыйаются тиристоры 10-15, а при торможении - тиристоры 11, 12, 16 и 17, обеспечивающие режим динами ческого торможения двигателя.Отпираю щие импульсы подаются на тиристоры от блока 6 управления вентилями, который может быть выполнен по любой известной схеме. Сигналами разрешения на генерацию управляющих импульсов для соответствующей группы тиристоров являются сигналы, поступающие на блок 6 управления вентилями от управляющих RS-триггеров 18 (Пуск) и 19 (Торможение) блока 5. Блок 4 фазонаправленного переключения содержит логические элементы И 20-23 и две ячейки 24 и 25 фазирования, генёрируюоще узкие импульсы в моменты перехода напряжения фазиру кнцей фазы через нуль в отрицательном или положительном направлении. Соеди нение ячеек фазирования с логическими элементами И, а также их связь с управляющими RS-триггерами выполнены таким образом, что при поступлении на вход блока фазонаправленног переключения от логического блока 8 сигнала на включение необходимого Р& жима работы двигатеоя (Пуск или Торможение) по первому импульсу от ячейки 24 происходит сброс тригге ра, находящегося во включенном состо янии, а по следующему импульсу,посту лающему от ячейки 25 осуществляется запуск очередного триггера, и приводит к соответствующему переключению режимов работы двигателя. Логический блок 8, осуществляющий выбор режимов работы двигателя и формирование соответствующих команд, содержит шесть логических элементов И 26-31 четыре элемента ИЛИ 32--35, два элемента ИЛИ-НЕ 36-37 и шесть RS-триггеров 38-43, к объединенным S-входам которых подключена кнопка Сброс кнопочного узла 7, к S-входу второго и R-входу первого и третьего триггеров - кнопка Пуск, а к S-вхоДУ первого и R-входам второго и пятого триггеров - кнопка Торможение, При этом инверсный выход второго триггера через первый элемент И 26 связан с S-входом третьего 40, а через второй элемент 27 - с R-входом четвертого 41 триггеров, инверсный выход первого триггера через третий элемент И 28 связан с S-входом пятого триггера 42, а через четвертый элемент И 29 - с R-входом шестого триггера 43. Причем к вторым входам указанных элементов И подключаются вькоды датчика 9 угла сдвига фаз. Кроме того, инверсные выходы первого 38 и второго 39 триггеров подключены к входам соответственно первого и второго элементов ВДИ-НЕ 36 и 37, а прямые выходы третьего 40 и пятого 42 триггеров через соответственно первый 32 и второй 33 элементы ИЛИ подключены к первым в}(:6дам третьего 34 и четвертого 35 элементов ИЛИ, к вторым входам которых через соответствующие элементы ИЛИ-НЕ подключены выходы первого и второго элементов ИЛИ, причем к вторым входам элементов ИЛИ через пятый элемент И 30 для первого и шестой элемент И 31 для второго подключены: у первого - прямые выходы первого 38 и четвертого 41 и инверсный выход третьего 40 триггеров, а у второго - прямые выходы второго 39 и шестого 43 и инверсный выход пятого 42 триггеров, при этом вторые выходы первого, третьего и четвертого элементов И являются входами логического блока, а выходы третьего и четвертого элементов ИЛИ - его выходами. Датчик 9 угла сдвига фаз состоит из последовательно соединенных датчиг ка 44 угла поворота вала машины, три.гонометрического блока 45, осуществляющего косинусоидальное преобразованне входного сигнала, и блока 46 фазовых дискриминаторов, а также датчика 47 прогиба вала машины, подключенного к второму входу блока фазовмс дискриминаторов. В качестве дат711чика 44 угла попорота вала двигателя может быть использован сельсин. Выходные сигналы тригонометрического блока 45 и датчика 47 прогиба вала машины являются гармоническими сигна лами одинаковой частоты. Очевидно, разность фаз этих сигналов характеризует величину угла у . Блок 12 фазовых дискриминаторов представляет собой параллельное соединение четырех дискриминаторов 4851, имеющих различные пороги срабатывания в зависимости от угла сдвига фаз входных сигналов :Ф1 50, Vc- мП yi 130°,V4 180 .Указанные значения углов выбраны на основе результатов аналогового моделирования. Уст ройство функционирует следующим образом, В исходном состоянии, в которое схема переводится нажатием кнопки Сброс, все триггеры устройства находятся в положении, когда на прямых выходах их присутствуют сигналы логического . При этом блок 6 управления вентилями управляющих импульсов не генерирует, вследствие .чего тиристоры находятся в закрытом состоянии, а двигатель отключен от сети. Дляпуска машины нажимают кнопку Пуск, по сигналу от которой переключаются триггеры 38 и 40, что выз вает появление сигнала логической 1 на выходе элемента ИЛИ 34 и пер ключение триггера 18, разрешающего генерацию управляющих импульсов для тиристоров 10 - 15, через которые напряжение питающей сети прикпады-, вается к двигателю, вследствие чего он начинает разгоняться. По мере разгона и приблшкения к резонансной частоте вал центрифуги отклоняется от оси вращения, и увеличивается угол сдвига фаз гармонических сигналов на выходе тригонометрического блока И 5 и датчика 47. При достижении этим углом значения (f срабатывают фазовый дискриминатор 48, сигнал логической 1 на выходе которого через первый элемент И 26 переключает триггер 40, что вызывает сброс на О сигнала на вькоде элемента ИЛИ 34 и появление сигнал логической 1 на выходе элемента И 35. Указанная смена сигналов на выходе логического блока 8 приводит к переключению триггеров 18 и 19 блока 5, а следовательнб, к торможению двигателя при питании статора постоянным током от моста, образованного тиристорыми Ю, 11, 16 и 17. Вследствие замедления величины отклонения вала машины от оси вращения уменьшается, и уменьшается фазовый сдвиг сигналов на выходе тригонометрического блока 45 и датчика 47. При уменьшении этого угла до 0° срабатывает дискриминатор 49, который через элемент И 27 переключает триггер. 41, изменяющий состояние сигналов на выходе логического блока 8 на противоположное. Тем самым обеспечивается повторное включение двигателя в режим пуска, который заканчивается разгоном машины до полной скорости с одновременным увеличением угла ( приблизительно до 180°. Для останова машины нажимают кнопку Торможение, по сигналу от которой аналогично процессу пуска происходит трехэтапный процесс тор- можения двигателя до его полной остановки, после завершения которого нажатием кнопки Сброс схему приводят в исходное состояние. Использование предлагаемого устройства управления механическими колебаниями при пуске и торможении машины с переходом через резонанс позволяет по сравнению с известным УСТРОЙСТВОМ, уменьшить амплитуду изгибных колебаний и вследствие этого ослабить разрушающее действие на механизм явлений, возникающих при пуске и торможении машины с переходом через резонанс, причем это достигается без увеличения мощности приводного двигателя. Введение датчика угла сдвига фаз между векторами прогиба вала и возрастающей-силы, подключенного к логическому блоку, который включен между блоком фазонаправленного переключения и кнопочной станцией, выгодно отличает предлагаемое устрой- ство от «звестного, так как позвапяат осуществить управление блоками фазонаправленного переключения по сигналам от датчика угла сдвига фаз, оберпечивая тем самым автоматическое изменение режимов работы двигателя. а следовательно, и изменение знака ускорения в зависимости от значений указанного угла. Данные преимущества предлагаемого устройства обеспечивают повышение надежности работы машин,, проходящих при пуске и торможении через резонансную частоту и увеличение их межремонтных сроков службы при одновременном снижении энергопотребления.