Устройство для стабилизации магнитного подвеса ротора

(5)5 ( 16 С 32/04 РЕТЕНИ Е СТРОИСТВО Д ИТНОГО ПОДВ пользование; в в частности, в к х узлов, и може ровращающихся ными магнитнь ЛЯ СТАБИЛ СА РОТОРобласти мдонструкция т быть исп роторных ми подши ИЗ 54) У МАГН Ашиностро-,х подшипользованомашинах спниками. ения, никовв быст ктив ГОСУДАР СТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт ядерной энергетики АН БССР (72) С,П.Сафонов и А,В.Наганов(56) Отчет "Разработка и исследование электромагнитных подшипников", Псковский; филиал ЛПИ им, М,И.Калинина, Псков, 1981, М Гос. регистр 79012472, инв. М В 986819 от 25,09.81 В.НТИЦ. Изобретение относится к области машиностроения, к подшипникам для ротор ных машин и предусматривает усовершенствование системы автоматического управления (САУ) магнитных активных подшипников (МАП).При создании роторных машин с активными магнитными подшипниками возникает проблема устойчивой работы последних. которая обычно решается выбором злемейтов внешней САУ МАП.Известные из указанных источников технические решения обеспечивают надежную работу роторной машины при.высоких оборотах, в широком диапазоне температур. Наличие автоматической системы управления позволяет дополнительно устранить разбалансировку. демпфировать Сущность изобретения: устройство содержит индуктивный датчик положения ротора, связанный с последовательно соединенными предварительным усилителем, фазочувствительным детектором, фильтром низкой .частоты, усилителем мощности и обмотками питания электромагнитов, а также генератор переменных сигналов. За счет питания измерительного моста, образованного датчиками положения ротора, как от генератора переменных сигналов, так и от источника постоянного тока создается в магнитной цепи датчика дополнительный магнитный поток и выделяется сигнал, обусловленный скоростью изменения магнитного потока, что позволяет упростить конструкцию подшипникового узла и повысить эксплуатационную характеристику магнитного подвесэ 1 ил. колебания подвески, устранить расцентровку опор.Однако известные технические решения имеют сложную конструкцию подшипниковых узлов, качество регулирования САУ МАП не всегда обеспечивают надежную работу оотора машин,Для повышения качества регулирования величину тока питания электромагнитов подшипника корректируют по величине перемещения и скорости перемещения контролируемого сечения ротора,Однако из-за наличия в выходном сигнале преобразователя перемещений остатков несущей частоты и других высокочастотных шумов ухудшаются динамические характеристики всей системы. Введение дополнительного датчика скоро 1744313сти перемещения ротора улучшит динамическую характеристику, но приведет кзаметному увеличению размеров подшипникового узла.Приведенная в известном устройствесистема для стабилизации магнитного подвеса содержит ротор, магнитные активныеподшипники, снабженные индуктивнымидатчиками положения ротора, выполненными по схеме измерительного моста, источники электропитания, а также блокисистемы автоматического управления,включающие задающее устройство. сумматор, усилители, включенные в цепь силовогоэлектромагнита подшипника, и преобразователь, обрабатывающий сигнал датчикаположения и состоящий иэ установленныхпоследовательно дифференциального усилителя, фазочувствительного детектора,фильтра низкой частоты, а также корректирующего звена 1 дифференциатора), с помощью которого получают величинускорости перемещения сечения ротора,Принятый за прототип объект не всегдаобеспечивает необходимое качестворегулирования из-за ограничений, накладываемых на значение коэффициентапреобразования дифференциатора, чтоснижает надежность работы ротора.о ОвхК 1 =- Овых/бтИз приведенной формулы видно, чтопредельное значение определяется отношением допустимой величины напряженияшумов на выходе дифференциатора и максимальной скоростью изменения шумовогосигнала на его входе.Характеристическое уравнение простейшей САУ МАП имеет видТэрз + р 2 + К, р+где Тэ - постояннаявремени электромагнита;К, К"., - коэффициенты передачи САУУАП по откл 6 нению и скорости соответственно;р - оператор дифференцирования.Величина К определяется необходимойжесткостью подвеса, а условие КК Тэобеспечивает устойчивость системы, Такимобразом, ограничения на величину К Ксущественно влияют на характеристикиподвеса,Визвестных технических решениях вкачестве входного сигнала дифФеренциатора используют выходной сигнал преобразователя перемещений, Однаковысокочастотные шумы ухудшают динамические характеристики всей системы, чтоснижает надежность работы ротора, а вве 50 рой используют величину магнитного потока в цепи датчика, в отличие от схемы, приведенной в качестве прототипа, в которой использу от корректирующее звено, упрощается конструкция САУ МАП,55 Качество регулирования при использовании заявляемого устройства стабилизации повышается, что повышает надежность работы магнитного подвеса, а предлагаемая схема системы упрощает конструкцию под 5 102025 3035 дение дополнительного датчика скоростиперемещения ротора усложняет конструкцию подшипникового узла,Для достижения поставленной цели в устройстве для стабилизации магнитного подвеса ротора, содержащем магнитные активные подшипники, снабженные индуктивными датчиками положения ротора, соединенными по схеме измерительного моста и с предварительным усилителем, усилитель мощности, включенный в цепьсиловых электромагнитов подшипника, генератор переменных сигналов, фазочувствительный детектор и последовательно соединенный с ним фильтр низкой. частоты, один из узлов питающей диагонали измерительного моста подключен к источнику постоянного напряжения, а другой узел - к генератору переменных сигналов, второй выход которого соединен с первым входом фазочувствительного детектора, вторымвходом со;:диненного с выходом предварительного усилителя и вторым входом фильтра низкой частоты, выход которого связан с входом усилителя мощности,Отличительные особенности устройства предлагаемой системы для стабилизации. магнитного подвеса ротора по существу заключаются в новых связях известных элементов, а именно в измерительном мосте датчика положения один из узлов питающей диагонали подключен к источнику постоянного напряжения, а выход дифференциального усилителя преобразователя дополнительно, минуя фазочувствительный детектор, подключен на вход фильтра низкой частоты.Подключение напряжения к узлу питающей диагонали измерительного моста создает разность потенциалов, обусловливающую протекание через катушки датчика постоянного тока.На вход фильтра приходит сигнал, пропорциональный скорости перемещения ротора, а также сигнал, пропорциональный отклонению ротора от заданного положения, получаемый при детектировании.Таким образом, благодаря указаннымотличительным особенностям схемы, в котошипникового узла и в свою очередь дополнительно повышает надежность работы.На чертеже изображена принципиальная схема заявляемого устройства для стабилизации магнитного подвеса ротора 5(один канал), Ротор изображен условно двумя заштрихованными сечениями, соединенными пунктирной линией с обозначениемв-угловой скорости вращения, Кроме того,основные функциональные блоки системы 10обозначены позициями: 1 - ротор; 2, 3 -электромагниты подвеса ЭМ 1 и ЭМ 2; 4, 5 индуктивные датчики положения Д 1 и Д 2; 6,7 - , резисторы, образующие с обмоткамидатчиков 4 и 5 измерительный мост; 8 - узел 15питающей диагонали измерительного моста; 9 - клемма источника напряжения постоянного тока Е; 10 - генератор переменныхсигналов ГПС; 11 - усилитель мощности - :.УМ; 12 - предварительный усилитель - ПУ; 2013 - фаэочувствительный детектор - ФЧД;14 - фильтр низкой частоты - ФНЧ: 15 -дополнительный резистор,Заявляемое устройство работает следующим образом 25Сигнал от ГПСподают на измерительный мост, образованный индуктивностями катушек датчиков 4; 5 и резисторамиб, 7. С измерительной диагонали моста напряжение разбаланса. вызванное смещением ротора 1 через усилитель 12 поступает нафазочувствительный детектор 13, где выде- .ляется информация о величине и направле- .нии разбаланса, Подключение клеммы 9 кисточнику напряжения постоянного тока 35приводит к появлению дополнительногомагнитного потокаФ от постоянноготока, благодаря чему в индуктивностяхдатчиков 4, 5 наводится дополнительнаяЭДС 1- фо/01 - или е х (х - величина 40скорости смещения ротора). Этот сигнал свыхода усилителя 12 через резистор подаютв обход ФЧД 13 на вход в ФНЧ 14, Придостаточно большом Ф сигнал, пропорциональный х, намного превышает шумовой .45 сигнал, идущий от ФЧД 13. В результате на выходе ФНЧ 14 формируется сигнал О=Кх+ + Кх, т.е, сигнал, пропорциональный пере-, мещению и скорости перемещения контролируемого датчиками 4, 5 сечения ротора 1, Этот сигнал является управляющим для усилителей 11. и регулирует величину электрического тока питания электромагнитов 2 и 3, что соответственно приводит к корректировке величины передаваемых от электро магнитов на ротор 1 усилий и стабилизирует его магнитный подвес. При этом непосредственное получение первой производной от перемещения ротора характеризуется значительным (по 2-х порядков) улучшением соотношения сигнал/шум по сравнению с прототипом, где производная вычисляЕтся путем дифференцирования сигнала от измерителя положения ротора с помощью корректирующего звена. Это дозволяет уйти от ограничений, в значениях Кконкретной схемы САУ, накладываемых высокочастотным шумом на входе дифференцирующего звена, получить в характеристическом уравненииТ р + +К р+К=О лучшую устойчивость системы, Определяемую соотношением К КТз что дает возможность увеличивать значение К и Тэ и ведет к улучшению основных эксплуатационных характеристик подвеса.В сравнении с прототипом заявляемая схема САУ МАП имеет следующие техникоэкономические преимущества,Благодаря принципиальной возможности получения более высокихзначений К заявляемая система обладает лучшей устойчивостью; позволяет повысйть эксплуатационные характеристикй магнитного подвеса, При этом несколько проще схема, не критична к настройке, так как.не содержит сложных цепей коррекции амплитудно-фазо-частотной характеристики (АФЧХ),Экономический эффект от использования заявляемого изобретения можнобудет определить после его промышленного применения как,экономию от повышения надЕжности роторной машины.Ф о р мул а изобретения Устройство для стабилизации магнитного подвеса ротора. содержащее магнитные активные подшипники, снабженные индуктивными датчиками положения ротора, соединенными по схеме измерительного моста и с предварительным усилителем, усилитель мощности, включенный в цепь питания силовых электромагнитов подшипника, генератор,. фазочувствительный де- . тектор и последовательно соединенный с ним фильтр низкой частоты, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы за счет улучшения качества регулирования. питающего тока электромагнитов подшипника, один иэ узлов питающей диагонали измерительного моста подключен к источнику постоянного напряжения, а другой узел - к генератору, второй выход которого соединен с первым входом фазочувствительного детектора, первым входом соединенного с выходом предварительного усилителя и вторым входом фильтра низкой частоты, выход которого связан с входом усилителя мощности,1744313 дактор Т,Пилипе ССР ям при Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.ГагаГина, 101 аказ 2179 ВНИИП оставитель А.Нагановехред М,Моргентал Корректор М,Максимиаине Тираж Подпис дарственного комитета по изобретениям и отк 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5