Устройство для регулирования частоты колебаний электромагнитного вибровозбудителя Советский патент 1978 года по МПК G05D19/02 

никают механические колебания с частотой, равной частоте следования импульсов. Постоянное напряжение образуется на выходе трехфазного тиристорного выпрямителя, одновременно тиристоры являются прерыиателями этого напряжения. Частота прерыва.ния определяется настройкой задающего генератора, а первый генератор пилообразного напряжения и первый пороговый блок позволяют изменять длительность импульсов напряжения за счет сдвига их переднего фронта. Формирователь управляющих импульсов согласовывает выход первого порогового блока со входом тиристорного выпрямителя. Недостатком известных устройств является ограниченность диапазона регулирования частоты. Недостаток обусловлен неполной управляемостью тиристоров, поскольку тиристор закрывается лищь при уменьщении протекающего через него тока практически до нулевого значения. Следовательно, импульсы, образуемые на выходе трехфазного выпрямителя и поступающие на вибровозбудитель, будут шире импульсов, вырабатываемых задающим генератором. Это приводит к уменьщению промежутка времени, отВОДИМОГО для обратного хода вибровозбудителя, т. е. возникает необходимость ограниTtinfT Т а г / оиггл1 о лт r. : ulX чения верхнего значения частоты. При этом уменьщение длительности импульсов за счет постоянного сдвига их переднего фронта, осуществляемого первым генератором пилообразного напряжения и первым пороговым блоком, не обеспечивает значительного смещения частоты вверх, так как увеличение длительности импульсов напряжения за счет неполной управляембсти тиристоров является переменным и зависит от временного сдвига между моментом последней коммутации тиристоров выпрямителя в импульсе напряжения и моментом, соответствующим появлению заднего фронта в .импульсе, вырабатываемом задающим генератором. Целью изобретения является увеличение диапазона регулирования. Эта цель достигается тем, что устройство содержит последовательно соединенные второй пороговый блок, подключенный к задающему генератору, первый дифференциатор и второй генератор пилообразного напряжения, а также последовательно соединенные третий пороговый блок, подключенный к выходу трехфазного тиристорного выпрямителя, второй дифференциатор и третий генератор пилообразного напряжения, а также согласующий блок, выход которого подключен к дополнительному входу первого порогового блока, а вход согласующего блока подключен к первым выходам второго и третьего генераторов пилообразного напряжения, вторые выходы которых соединены между собой. Функционально-элементная схема устройства приведена на фиг. 1, а эпюры (осциллограммы) напряжении и токов на элементах схемы - на фиг. 2. Устройство (фиг. 1) для регулирования частоты колебаний электромагнитного вибровозбудителя 1 содержит задающий генератор 2 с трансформаторным выходом; первый генератор пилообразного напряжения 3 на транзисторе 4, резисторах 5, 6, конденсаторе 7, диоде 8; первый пороговый блок 9,имеющий дополнительный вход 10-И для изменения порога срабатывания, выполненный на транзисторах 12, 13, 14, резисторах 15, 16, 17, 18, 19, 20; формирователь уп- равляющих импульсов 21; трехфазный тиристорный выпрямитель 22; второй пороговый блок 23; третий пороговый блок 24; первый дифференциатор 25; второй дифференциатор 26; второй генератор пилообразного напряжения 27 на транзисторе 28, резисторе 29 и конденсаторе 30; третий генератор пилообразного напряжения 31 на транзисторе 32, резисторе 33 и конденсаторе 34; согласующий блок 35. На фиг. 1 показано также напряжение Up,, поступающее на вход генератора 3. На фиг. 2 обозначено: U г - напряжение на выходе задающего генератора 2; Ui - напряжение на конденсаторе 7, ограничен . ное сверху линией, соответствующей порогу срабатывания Ucuj первого порогового блока 9 (в предположении, что компенсация неполной управляемости тиристоров отсутствует); UK ,- напряжение на выходе выпрямителя 22 (в предположении, что тиристоры выпрямителя постоянно закрыты); Uj. и ..- напряжение и ток (показан пунктиром) электромагнитного вибровозбудителя 1 (при периодическом открывании тиристоров выпрямителя и отсутствии компенсации неполной управляемости тиристоров); Ue - напряжение на конденсаторе 7, ограниченное сверху линией, соответствующей порогу срабатывания Ucjo.a. первого порогового блока 9 (в предположении, что осуществляется компенсация неполной управляемости тиристоров); UX«,.H isi,. напряжение и ток (показан пунктиром) электромагнитного вибровозбудителя 1 (при периодическом открывании тиристоров выпрямителя и осуществлении компенсации неполной управляемости тиристоров); Шу., ., ...- напряжения на выходе второго порогового блока 23, первого дифференциатора 25 и второго генератора пилообразного напряжения 27; Uny, и,,пн.., напряжения на выходе третьего порогового блока 24, второго дифференциатора 26 и третьего генератора пилообразного напряжения 31; Д разность напряжений на выходах второго и третьего генераторов пилообразного напряжения 27 и 31; UK .- напряжение компенсации на выходе согласующего блока 35, поступающее на дополнительный вход 10-11 первого порогового блока 9; г - промежуток времени, на который увеличивается продолжительность импульсов напряжения, подводимых к вибровозбудителю 1, за счет пеполной управляемости тиристоров; t - время. Работа устройства осуществляется следующим образом. а) Режим без компенсации неполной управляемости тиристоров. Напряжение U.r, вырабатываемое задающим генератором 2 (например, изменяющееся по гармоническому закону), поступает на первый вход первого генератора пилообразного напряжения 3. Частота напря ения Uj.r определяется настройкой задающего генератора 2 и регулируется. На второй вход первого генератора пилообразного напряжения 3 подается регулируемое напряжение Up,, численное значение которого устанавливается равным напряжению срабатывания Uep.i .первого порогового блока 9. В положительный полупериод напряжения UJP транзистор 4 закрыт. При этом конденсатор 7 практически мгновенно заряжается до нацряжения Up по цепи конденсатор 7 - диод 8, что обусловлено малой постоянной времени этой цепи. Дальнейший заряд конденсатора 7 происходит практически линейно по цепи резистор 5 - конденсатор 7 с больщой постоянной времени (на графике Uc характер этого заряда не показан). Поскольку напряжение U выбрано равным .Ucp.i.,. напряжение , практически мгновенно достигая значения Ujpи .вызывает опрокидывание первого порогового блока 9, на выходе которого появляется сигнал, поступающ й на вход формирователя управляющих импульсов 21. Длительность этого сигнала равна длительности полупериода задающего напряжения, так как в отрицательный полупериод транзистор 4 открывается и через него разряжается конденсатор 7. Импульсы на выходе формирователя управляющих импульсов 21, также имеющие длительность, равную полупериоду напряжения U3.T-, синхронно и синфазно открывают тиристоры выпрямителя 22. К вибровозбудителю 1 начинают поступать импульсы напряжения UjV, .по амплитуде равного напряжению выпрямителя Ug при открытых тиристорах. Длительность же импульсов напряжения Uais. будет больще длительности полупериода. U5.r на величину г. определяемую временем спадания тока через тиристор прак тически до нуля (неполная управляемость тиристоров), и величину времени, определяемую индуктивностью вибровозбудителя 1 (на графике UV.e это время равно длительности отрицательного всплеска напряжения) Импульсы напряжения UaV вызывают протекание через вибровозбудитель импу„тьсов тока ij(}. что приводит к возникновению импульсов тягового усилия. Возникают колебания вибровозбудителя 1 с частотой, равной частоте задающего генератора 2. При изменении последней изменяется соответственно и частота колебании зле.ч. 1Н).1агнитного вибровозбудителя 1. При повыщении частоты задающего генератора 2, уменьшается длительность полупериода колебаний, которая оказывается соизмери.мой с промежутком времени г, т.е. существенно у.меньщается время, в течение которого ток через вибровозбудитель 1 отсутствует и в течение ко1;орого осуществляется его движение в противоположную сторону. Это приводит к резкому уменьшению амплитуды колебаний вибровозбудителя 1. Таким образо.м, из-за неполной управляемости тиристоров возникает необходимость в ограничении верхней частоты колебаний. Для увеличения диапазона регулирования частоты необходимо компенсировать неполную управляемость тиристоров, т. е. необходи.мо увеличивать время, отводимое для движения вибровозбудителя в противоположную сторону на величину г, причем компенсация должна осуществляться автоматически, так как промежуток времени г является переменным и зависит от того, в какие моменты времени напряжение U про.ходит через нулевые значения. б) Режи.м с компенсацией неполной управляемости тиристоров. Для осуществления компенсации формируют два встречно включенных пилообразных напряжения, сдвинутых во времени на величину г. Одно пилообразное напряжение форми- руется путем преобразования напряжения, поступающего с задающего генератора 2, в последовательность прямоугольных импульсов Urjy на выходе второго порогового блока 23, дифференцирования указанных импульсов с образованием на выходе первого дифференциатора 25 последовательности коротких импульсов U}/ с чередующейся полярностью и периодического открывания отрицательными импульсами последовательности транзистора 28, шунтирующего конденсатор 30. Заряд последнего по цепи резистор 29 - кон.денсатор 30 при шунтировании прекрац:,ается. Постоянная времени зарядной цепи выбирается такой, чтобы на всем диапазоне частот обеспечивался практически линейный характер возрастания напряжения U-,,H на интервале времени, когда транзистор 28 закрыт. Другое пилообразное напряжение Up. формируется аналогично, причем на вход третьего порогового блока 24 поступает напряжение с выхода тиристорного выпрямителя 22, а постоя1тая времени цепи резистор 33 - конденсатор 34 и напряжение питания третьего генератора пилообразного напряжения 31 выбраны равными соответствующим постоянной времени и напряжению питания во втором генераторе пилообразного напряжения 27. Следовательно, скорость изменения напряжения Urn«paBHa скорости изменения напряжения Urnn..

Поскольку транзисторы 28 и 32 открываются отрицательными импульсами последовательностей Uy и и/ напряжение Unm начинает возрастать через время т после начала возрастания напряжения Шпи, т. е. разность напряжений А Up. - U/na на конденсаторах 30 и 34 будет линейно зависеть от временного интервала г.

Напряжение А Утя поступает на вход согласующего блока 35 с высоким входным и низким выходным сопротивлением. На выходе согласующего блока 35 образуется напряжение одного знака UK, поступающее на дополнительный вход 10-11 первого порогового блока 9. Характерной особенностью последнего является возможность изменения порога срабатыванияпри изменении напряжения на входе 10-11, в частности, при возрастании этого напряжения напряжение срабатывания первого порогового блока 9 возрастает. Так как t всегда больще нуля, напряжение срабатывания порогового блока Uc;..a будет всегда больше напряжения срабатывания Utpi (график для UcHa фиг. 2) Следовательно, напряжение UJ на конденсаторе 7 достигнет напряжения срабатывания Uc/.iHe в .начале полупериода напряжения UST, а через некоторое время, которое соответствующим выбором режимов устанавливается равным времени г. Таким образом, увеличивается время, отводимое для обратного хода вибровозбудителя и представляется возможным расширить диапазон регулирования частоты. При работе компенсирующей цепи к вибровозбудителю 1 поступают импульсы напряжения U/e, вызывающие протекание тока igs- Под действием последнего возникают импульсы тягового усилия, приводящие к колебаниям вибровозбудителя 1.

Компенсация неполной управляемости тиристоров в предлагаемом устройстве, как это следует из выщеизложенного, осуществляется через половину периода напряжения Ujp, т. е. устройство обладает высоким быстродействием.

Расширение диапазона регулирования частоты в 1,5-2 раза, которое достигается благодаря дополнительным эле.ментам, расщиряет технологические возможности объектов, использующих электромагнитные вибровозбудители, позволяет стабилизировать резонансные режимы и т. д.

Формула изобретения

Устройство для регулирования частоты колебаний электромагнитного вибровозбудителя, содержащее последовательно соединенные задающий генератор, первый генератор пилообразного напряжения, первый пороговый блок, формирователь управляющих импульсов и трехфазный тиристорный выпрямитель, подключенный к электромагнитному вибровозбудителю, отличающееся тем, что, с целью увеличения диапазона регулирования, оно содержит последовательно соединенные второй пороговый блок, подключенный к задающему генератору, первый дифференциатор и второй генератор пилообразного напряжения, а также последовательно соединенные третий пороговый блок, подключенный к выходу трехфазного тиристорного выпрямителя, второй дифференциатор и третий генератор пилообразного напряжения, а также согласующий блок, выход которого подключен к дополнительному входу первого порогового блока, а вход согласующего блока подключен к первым выходам второго и третьего генераторов пилообразного напряжения, вторые выходы которых соединены между собой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Ситник И. X. Силовая полупроводниковая техника , «Энергия, М., 1968, с. 215- 218.

2.Москвитин А. И. Электрические машины возвратно-поступательного движения ,

М., 1950, с. 59.

3.Ривкин Г. А. Преобразовательные устройства , «Энергия, М., 1970, с. 313-322.