Устройство управления испытательным электромагнитным вибростендом

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК4 Н 02 М 9/О 1 М 7/ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИА ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ проектноинститутки Завода кробко НИЯ ИС- АГНИТсистемам ромагнитользовано создания бростендыть различ- ассогабаС 4 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Научно-исследовательский,конструкторский и технологическийсиловой полупроводниковой техниЭлектровыпрямитель(54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕП Ъ ТАТЕЛ Ъ НЫ М ЭЛ Е КТ РОМНЫМ ВИБРОСТЕНДОМ(57) Изобретение относится куправления механизмами с электным приводом и может быть испв электромеханических устройствахгермонических колебаний - видля испытания на виброустойчивосных изделий со значительными м,ЯО 1309225 ритными показателями. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, повышение КПД путем рекуперации энергии и форсировки спада имгульсов тока, снижение установленной мощности оборудования. Устройство имеет повышенные энергетические показатели за счет эффективной рекуперации избыточного запаса электромагнитной энергии вибраторов в питаюшую сеть. Для этого создан контур для перекачки запаса электромагнитной энергии индуктивного характера катушки 5 вибратора в электромагнитную энергию емкостного характера конденсатора 14, а оттуда с помощью инвертора 12 - в питающую сеть, Накопление энергии в катушке 5 происходит в результате питания ее от выпрямителя 1 через 1.С-фильтр на дросселе 2 и конденсаторе 3 и коммутатор 4. Предлагаются варианты устройства при питании многих катушек вибратора и упрощенных для этого режима схемах коммутатора 4 и подключениях катушек 5 к одному и нескольким управляемым выпрямителям. 7 з.п.ф-лы, 6 ил.50 55 Изобретение относится к системам управлепия механизмами с электромагнитным приводом и может быть использовано в электромсхднических устройствах создания гармонических колебаний - вибростендов для испытания на виброустойчивость различных изделий со значительными массогабаритными показателями, например массой более 1,53,0 т.Цель изобретения -- расширение функциональных возможностей, повышение КПД путем рекуперации энергии и формировки спада импульсов тока, снижение установленной моьцности оборудования.На фиг.приведена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - диаграммы токов и напряжений, характеризующие работу устройства; на фиг. 3 - .6 - варианты схем.Устройство (фиг.1) содержит управляемый выпрямитель 1 со сглаживающим У,С- фильтром на выходе, выполненном на дросселс 2 и конденсаторе 3. 11 араллельно конденсатору 3 через вентильный коммутатор 4 подключена нагрузка катушки 5 вибратора стенда.Вентильный ком мутатор 4 выполнен в вилс однофазного моста на тиристорах 6 -- 9 с конденсатором 10 в диагонали переменюго тока. Параллельно вентильному коммутатору 4 через отсекаюший диод 11 полключен инвертор 12 с входным Г-образным 1.С-ильтром, выполненным на дросселе 13 и конденсаторе 14. Управляющие входы выпрямителя 1, инвертора 12 и вентиль- ного коммутатора 4 полключены к блоку 15 импульсно-фазового управления (СЛУ) .Устройство (фиг. 1) работает следующимобразом.Управляемый вьпрямитель 1 обеспечивает вьшрямление переменного сетевого напряжения в постоянное с возможностью его регулирования или стабилизации на заданном уровне. Г-образный "С-фильтр, состоящий из дросселя 2 и конденсатора 3, обеспечивает сглаживание выпрямленного тока ло требуемого уровня. Управляемый вснтильный коммутатор 4 с помошью СЛУ 15 обеспечивает формирование регулируемых но частоте и скважности прямоугольных импульсов напряжение на катушке 5 вибратора стенда.Гри прикладывании каждого очередного прямоугольного импульса напряжения через ка:гушку 5 вибратора нарастает по экспоненте ток до значения, определяемого параметрами импульса напряжения и контура протекания токд: конденсатор 3, катушка 5 вибрдторд, вснтильный коммутатор 4. За ирли действия импульса напряжения происходит накопление запаса электромагнитной энергии идуктивого характера в обмотке катушки 5. Поэтому после запирания вентильного коммутатора 4 и снятия импульса напряжения с катушки 5 вибратора ток в 5 10 15 20 25 30 35 40 45 ней не может прерваться мгновенно, а замыкается по контуру, образованному последовательно соединенными конденсаторами 3 и 14 и отсекаюгцим диодом 1 . Происходит перекачка запаса электромагнитной энергии индуктивного характера катушки 5 вибратора в электромагнитную энергию емкостного характера конденсатора 14, а оттуда с помощью инверторз 12 происходит ее рекуперация в питаюшую сеть. Отсскающий лиод 11 не позволяет разряжаться конденсатору 14 с более высоким уровнем напряжения на конденсатор 3. Наличие высокого уровня напряжения на конденсаторе 14 способствует быстрому спаданик тока в катушке 5 вибратора и эффсктивной рекуперации избыточной реактивной энергии в питаюгцую сеть. Тем самым обеспечивается и повышение эффективности рекуперации и КПД устройства.Поскольку инвертор 13 выполняют наиболее простымведомым сетью, отсекаюгций диод 11 нс дает протекать току и по контуру: сеть, выпрямитель 1, дроссель 2, конденсатор 3, отсекаощий диод 11, конденсатор 14, инвертор 12, сеть. Г-образные 1 С-фильтры с смкостными звеньями также являются обязательными поскольку создают контур для форсированного сброса запаса электромагнитной энергии вибратора.На фиг. 2 приведены формы токов и напряжений катушки вибратора и конденсаторов фильтра. Чем выше уровень напряжения на конденсатор Ь вхолпого фильтра инвертора относительно напряжения конденсатора , сглаживдкпего фильтра выпрямителя, тем круче спадание тока вибратора и эффективнее процесс рекуперации избыточной энергии в питаюцую сеть.Возможны различные варианты выполнения вентильного коммутатора 4. Но наиболее целесообразным является схема коммутатора 4 на основе однофазного тиристорного моста с коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока. Такой коммутатор обеспечивает двухтактный режим работы коммутирующего конденсатора 10 без холостого режима его персзаряда, приводящего к снижению КПД устройства, а также возможность двух ржимов переключения.Первый режим - одновременно работают пары тиристоров одной ветви: тиристоры 6, 7 (или 8, 9), затем коммутация - запиранис их при включении тиристора 9 или 8 (фиг. 2 а).Второй режимрезонансный с последовательным включением в рабочий контур конденсатора 10 одновременной работой вентильных пар 6, 9 н,.и 7, 8. Такой режим обеспечивает более высокий КПД за счет меньшего содержания высших гармоник в токе, но он не всегда допустим по параметрам катушки вибратора и требует большую установленную мощность коммутирую 309225щего конденсатора 10. Так как напряжение на катушке 5 вибратора опережает по фазе ток на 90 и в момент максимума импульса тока меняет свой знак, происходит аналогичный процесс перекачки запаса электромагнитной энергии в конденсатор 4 и соответствующее ограничение уровня раскачки напряжения на коммутирующем конденсаторе 10 вентильного коммутатора 4.Поскольку в мощных электромагнитных вибростендах может быть несколько катушек электромагнитов либо одна катушка выполняться из нескольких секций, а сами вентильные коммутаторы требовать параллельного соединения тиристоров с индуктивными делителями тока, более целесообразным оказывается использование в качестве индуктивных делителей тока и-секций или катушек вибраторз (фиг. 3).В этом случае последовательно с каждой катушкой 51 - -5 вибраторя вклочают собственный вецтильцый коммутатор 4 - 4 на тиристорах 6 - 9 с конденсатором 10, а их общие тоцки соединения подклю ают к входу ицвертора2 через дополнительно вводимые развязывавшие диоды 6 - -6. При этом обеспечивается равномерное деление тока н по катушкам, и по вентильцым коммутаторгм без приенения дополнительных выравциваюцих устройств, а также возможностьк 1 независимой работы каждой катушки 51- -5 Вибратора. Поскольку напряжение в контуре, прикладываемос к диоду 11, снижается в два раза за счет перераспределения части его ца развязывяюшис диоды 16, увеличения установленной суммдрной хОццости диодов1 и 6 цс происходгг.Выполнение коммутирующего узла хожно упростить и, оотвстственно, снизить мзссогабаритцыс показатели устройства при наличии двух секций Виоратора (7=2). В этом случае вентильцые коммутаторы 4 ц 4 (фиг. 3), включенные последовательнокатушками 5 и 5 Вибратора, Вьполняк)т В виде двух тирцсторов 6 и 8 с общим коммутирующим конденсатором О (фиг. 4), т. е. выполняют коммутатор 4 общим ца обе катушки. Поскольку при этом коммутаторы переходят в однотактный режим работы, для сохранения без изменения выходной мощности катушек вибраторов необходимо увеличить частоту их работы в два разя. Гнижсцие массогябяритных показатзлей при эгом обеспецивяется за счет умецыцения колицествз тирцсторов и коцденаторов в комбинированном общем Всцтильцом коммутаторе.При дальнейшем нзраггивзции моццк- тей вибростенда возникает вопрос с параллельным соединением ги тиристоров в каждом плече выпрямителя 1. В этом случае выпрямитель 1 секциоцируют ця ги элементарных выпрямителейв .1 без параллельного соединения тиристоров. Расиспляют сглаживающий фильтр вьпрямтеля нд элементарных 1 С-фильтров, работаюцгих кяж Фогхтг.га ггзо 5 рвтенгг. г 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 дый на свою группу катушек 5 - 5, вибростенда. А каждая группа содержит и катушек вибряторя прп общем количестве катушек и и (5 ггггг) и, соответственно, т и вентильцых коммутаторов 4 (4 и и). При этом, поскольку рекуперцруемая устройством доля энергии всегда меньше потребляемой, инвертор 12 вместе с входным 1.С- фильтром выполняется общим на все устройство и подключается через ги отсекаюних диодов 1 и иг и разделительных диодов 16 параллельно всем вентильным коммутаторам 4 и и. Тем самым обеспецивается простота и пониженные массогабаритныс показатели устройства за счет отсутствия каких-,ибо токовыравцивающих устройств (делителей тока) и наличия одного общего и н вертора ( фиг. 5) .1 ля далыцйшсго снижения массогабарцтых показателей и упрощения конструкци устройтвз сглаживающие реакторы 1.С- фцлы ров могут бьг 1 выполнены магнитосвязаццыми ня общем магнитопроводс (фиг.4).,г)ля повышения надежности работы устройства путем устранения возможности срывов инвертирования и сквозных коротких замыканий по цепи выпрямитель- ицвертор отсекающие и разделительные гр ппы вентилей выполняют цс нд диодах, а на тириторах (фиг. 5) и Включают их только после коммутации-запцрацця тирцсторов вецтильного коммутатора 4 (фиг. 2 а), т. е. после начала спадания тока в катушках 5 вцбратора. 1. 7 тройтво управления испытательным электромагнитным Вибростендом, одсрждцес стевой выпрямитель с 1 С-фильтром, один вывод которого подклочец к одному ВыВоду кятупкц Виорг 1 тоз, Вентц,1 ьцый коммутягор и ведомый стью ццвсртор с входным 1,( -фиьтром, Однц ВыВОд которого подклочсц к одюму Выводу отсекзошего диода, От гачаю 77 а.г тсм, гто, целью расширения функционалыЫх возможцосгей, повышения КП,), путем рекупсрдции энергии ц форсировкц спадя импульсов тока, снижения установленной моинотц оборудования, Выпряпте,ь Выполнен х п)71 влясмьм, д)7 гой Вьвод фцльгрз Выпрямителя подключен к другому выводх отсскдюцего Диода и срез Вентц.ьцый ко,"мутатор - к др, гом) Выводу кятуцки Вибряторя, соединенному Другим БьГодох Фильтр 1 ипвертор 1.Ут 70 Йтво по и. 1, 07.гггчагояггг 71 тем, что Вснтильный коммутдтор вьполцен в впдс тиригорного моста с коцдсцзтором в дняопали прех сццого тока. 3., тро 1 тгО по пп.и, От.ггча 0- гггчггг тем, что, целью расширения диапазона мошнотсй, дополнительно Введены и катушек Виордторя, подключенных к другоВывод ф 1,ьтр; Вып)7 я.ителя 1 с 7 сг соот 1309225ветствующие введенные коммутаторы, а к другому выводу фильтра инвертора - через соответствующие разделительные диоды.4. Устройство по пп. - 3, отличающееся тем, что, с целью упрощения, при а=2 вентильный коммутатор выполнен общим в виде двух тиристоров, между которыми включен конденсатор.5. Устройство по пп.1 - 3, отличающееся тем, что оно содержит ггг гг катушек вибратора, собранных в т групп по и катушек и подключенных к выходу ггг выпрямителей через т и коммутаторов, а к входу инвертора - через пг отсекающих и ггг п раздел ител ьн ы х диодов. 6. Устройство по и. 1, отличающееся тем,что оно содержит п ветвей последовательно соединенных и кату шек вибратора, подключенных к соответствующему выходу выпрямителя через и коммутаторов, а к выходу инвертора - через и разделительных диодов.7. Устройство по пп. 1 - 6, отличающеесятем, что, в качестве отсекающих и разделительных диодов использованы управляемые 10 вентили. 8. Устройство по пп. - 7, отличающееся тем, что реакторы фильтров выполнены магнитосвязанными на общем магнитопроводе.1309225 г.д орол крыт ектная, 4 Редактор Н. БобковаЗаказ44615ВНИИПИ Государствен3035,МГ 1 роизводствснно-поли Составитель Е. Мельни Техред И. Верес Тираж 661ого комитета СССР по деламсква, Ж - 35, Раугиская набафическое предприятие, г. Уж коваКорректор НПодписноезобретений ид. 415ород, тл. Г 1 ро