Способ поддержания резонансных колебаний механической системы и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК B06B1/16 

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано для возбуждения резонансных колебаний вибромашин и поддержания их резонансного состояния при изменении технологической нагрузки.

Цель изобретения - снижение непроизводительных затрат энергии при поддержании резонансных колебаний механических, систем путем устранения паразитных угловых колебаний ротора.

На чертеже изображено устройство для возбуждения резонансных колебаний механических систем.

Устройство для возбуждения резонансных колебаний механических систем содержит возбудитель колебаний, выполненный в виде синхронного электродвигателя, состоящего из статора 1 и ротора 2. На роторе размещена обмотка 3 возбуждения, на статоре - катушки 4 фазной обмотки. На оси ротора закреплен дебаланс 5. Механическая система состоит из платформы 6, связанной плоскими пружинами 7 с основанием 8. Двигатель закреплен на платформе 6. Устройство имеет цепь обратной связи, содержащую последовательно включенные акселерометр 9, закрепленный на платформе 6, переключатель 10, фазовращатель на л/2 11, дифференцирующее звено 12 и усилитель 13. С помощью переключателя 10 вход фазовращателя 11 подключен к акселерометру 9 или к генератору 14 синусоидального напряжения. Катушки 4 фазной обмотки соединены последовательно и подключены к выходу усилителя 13. С помощью дополнительного переключателя 15 конденсатор 16 подключен параллельно одной из катушек 4. Обмотка 3 возбуждения подключена к источнику постоянного напряжения (не показан).

Устройство работает следующим образом.

Переключателем 10 вход фазовращателя 11 подключают к генератору 14 синусоидального напряжения и дополнительным

СО

С

О

ел ел

переключателем 15 подключают конденсатор 16 параллельно катушке 4 фазной обмотки. При этом на включенные последовательно катушки 4 фазной обмотки поступает с выхода усилителя 13 синусои- дальнее напряжение с частотой а), задаваемой генератором 14. Конденсатор 16 обеспечивает сдвиг фазы напряжения и тока во второй катушке. В результате фазная обмотка создает вращающееся с частотой ш магнитное поле. В силу свойств синхронного электродвигателя ротор 2 с дебалан- сом 5 вращается с той же частотой со, возбуждая колебания платформы 6. Частоту со сигнала генератора 14 изменяют таким образом, чтобы колебания стали резонансными. Дополнительным переключателем 15 отсоединяют конденсатор 16 от катушки 4. Переключателем 10 соединяют вход фазовращателя 11 с датчиком 9. Далее устройство автоматически поддерживает резонансные колебания. Происходит это следующим образом.

При вращении ротора с постоянной скоростью со da /dt const, где а - угол поворота ротора, момент нагрузки Мн на его валу (вибрационный момент) изменяется при резонансных колебаниях по закону

Мн М0 (1 - cos 2 ал),(1)

т. е. является существенно переменным.

Здесь

Mo 0,5mrA (2)

постоянная составляющая и она же ампл и- туда переменной составляющей момента нагрузки, где m - масса дебаланса; г - рас- стояние его центра тяжести от оси вращения; А-амплитуда колебаний механической системы.

При вращении ротора по закону

а ал(4)

резонансные колебания платформы происходят по закону х Асоз(йл - л/2), где х - перемещение платформы А; ш- амплитуда и частота колебаний. Сигнал акселерометра 9 и кдА 2соз(ад - л/Ч + п), где кд - параметр датчика. Сигнал на выходе фазовращателя на тг/2 11

и кдАш cos(w t - nil +п- п /2)

кдАо/ cos a). Сигнал на выходе дифференцирующего звена 12 и со sin ал. Напряжение на выходе усилителя 13 и -куКдАй sin (У t, где ky - коэффициент усиления усилителя 13. Поскольку катушки 4 одинаковы и взаимно перпендикулярны, напряжение на каждой

из них uk - у КуКдА со sin ш t и модуль

изображающего вектора фазного напряжения

иф IUI Uk/cos45°

- -т- kykAAw3 s i n со t.(5)

Изображающий вектор направлен по биссектрисе угла образованного осями катушек 4. Создаваемое катушками магнитное поле уже не вращается, как обычно, а пульсирует вдоль биссектрисы. В соответствии с (3) и движущий момент

() (6)

Здесь постоянный угол / определяет ориентацию статора и равен углу между изображающим вектором U фазного напряжения и направлением х колебаний платформы. Угол у определяет ориентацию дебаланса относительно ротора и равен углу между радиусом-вектором дебаланса и поперечной осью q ротора.

При сборке и установке возбудителя обеспечивается равенство углов

р-.у.(7)

Напряжение возбуждения UB и коэффициент усиления ky усилителя 13 выбирают такими, чтобы выполнялось соотношение m r V2

UBkv

(8)

вку Рид

Преобразовав (6) с учетом (4) (5) (7) и (8),

0

5

0

5

0

5

получим

Мд (Т kykflAw3sinuH)x xsin() 0.5mrAu/2(1-cos2 yt). (9) Это выражение совпадаете выражением (1) для момента нагрузки с учетом (2), Таким образом, устройство обеспечивает равенство моментов движущего и нагрузки в каждый момент времени. Следовательно ротор будет вращаться равномерно, пульсации его скорости отсутствуют, а колебания останутся резонансными. Поскольку параметры механической системы нигде не учитывались, колебания останутся резонансными и при изменении параметров.

Способ возбуждения резонансных колебаний механических систем осуществляют следующим образом.

При резонансных колебаниях механической системы с частотой со момент нагрузки на валу возбудителя им.еет постоянную и переменную с частотой 2 сосоставляющие (см. (1)). Для того чтобы возбудить резонансные колебания и при этом не допустить паразитных угловых колебаний ротора, вызываемых переменной составляющей момента нагрузки, необходимо обеспечить равенство момента движущего моменту нагрузки в каждый момент времени.

Для достижения этого измеряют ускорение колебаний механической системы. Фазу сигнала сдвигают на л/2, затем сигнал дифференцируют, усиливают и подают на одну из обмоток синхронного электро- двигателя. Эта обмотка создает пульсирующее магнитное поле. На другую обмотку подают постоянное напряжение. При вращении ротора синхронного электродвигателя с постоянной угловой скоростью движущий момент имеет в этом случае постоянную и переменную с частотой 2ш составляющие (9), т.е. изменяется по тому же закону, что и момент нагрузки. Путем изменения коэффициента усиления (8) изменяют амплитуду движущего момента, а путем поворота статора (7) изменяют его фазу до полного совпадения момента движущего с моментом нагрузки в каждый момент времени. Это обеспечивает устойчивое поддер- жание резонансных колебаний механической системы без паразитных угловых колебаний ротора возбудителя, а измерение ускорения колебаний, последующее дифференцирование сигнала обеспечивают поддержание резонансных колебаний при изменении параметров механической системы.

Формула изобретения

1. Способ поддержания резонансных колебаний механической системы синхронным электродвигателем, заключающийся в подаче напряжения одновременно на фазную обмотку и обмотку возбуждения элект- родвигателя, измерении колебаний механической системы, осуществлении сдвига фаз измеренного сигнала, усилении его и подаче на электродвигатель, при этом изменяют амплитуду напряжения, подавав мого на электродвигатель, и поворачивают

статор до обеспечения условия возбуждения резонансных колебаний, отличающийся тем, что, с целью снижения непроизводительных затрат энергии за счет устранения паразитных угловых колебаний ротора, при измерении колебаний определяют ускорение колебаний механической системы, осуществляют сдвиг фазы измеренного сигнала нал/2, изменяют амплитуду напряжения, подаваемого на фазную обмотку, и поворачивают статор до совпадения движущего момента с моментом нагрузки, а на обмотку возбуждения подают постоянное напряжение.

2. Устройство для поддержания резонансных колебаний механической системы, содержащее возбудитель колебаний, выполненный в виде синхронного электродвигателя, связанного с механической системой и включающего в себя статор, ротор, обмотку возбуждения и состоящую из катушек фазную обмотку, которая соединена с выходом усилителя, датчик колебаний, генератор, переключатель, фазовращатель и дифференцирующее звено, отличающееся тем, что, с целью снижения непроизводительных затрат энергии за счет устранения паразитных угловых колебаний ротора, в него введены дополнительный переключатель и конденсатор, которые соединены последовательно между собой и параллельно одной из катушек фазной обмотки, соединенной последовательно с остальными, вход фазовращателя через первый переключатель соединен с выходом генератора или с выходом датчика колебаний, а выход - с последовательно соединен- ными дифференцирующим звеном и усилителем, причем датчик выполнен в виде акселерометра, а фазовращатель имеет фазовый сдвиг JT/2.

Изобретение относится к вибрационной технике. Цель изобретения - снижение непроизводительных затрат энергии путем ус- транения паразитных колебаний ротора возбудителя. Ускорение механической системы измеряют датчиком. Затем сдвигают на л/2 фазу сигнала, дифференцируют его, усиливают и подают на одну из обмоток синхронного электродвигателя. На другую обмотку подают постоянное напряжение. Изменяют амплитуду переменного напряжения и поворачивают статор электродвигателя до совпадения движущего момента и момента нагрузки в каждый момент времени, что обеспечивает поддержание резонансных колебаний механической системы. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.