Электромагнитная опора

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 15)5 1 16 С 33 ИЗОБР Е ток Г.И. Динамичеднокоординатного Электротехника. -МЛавек 0 О содержит маг ные на падве оре с зазором пус 3, располо 1 статора, Дат женн ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР1 ГОСПАТЕНТ СССР) АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Патент СШАМ 4268095, кл. Р 16 С 39/06, кл, 308/10,1983.Бетин В.Н., Айзеншские характеристики омагнитного подвеса //1988, М 6, с. 63-67,Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры. М,: Радио и связь, 1989, с. 384 с ил., с.308-313.(57) Сущность изобретения: электромагнитная опора, содержащая магнитопроводы,обмотки, датчик положения, регуляторыэлектромагнитной силы, регуляторы токовобмоток, усилители мощности и датчики тоИзобретение относится к машинострое нию и может быть использовано в различ ных узлах на магнитных опорах.Целью изобретения является повышение динамической жесткости, запаса устойчивости и надежности электромагнитной опорыНа фиг. 1 представлена элементарная электромагнитная опора для одной иэ степеней свободы; на фиг, 2- вариант выполнения преобразователя "частота-напряжение"; на фиг. 3 - вид сигналов в различных элементах электромагнитной опоры. Электромагнитная опор нитопроводы 1, расположе шиваемом телв 2 и на ста друг относительно друга, ко ую на магнитопроводеков обмоток, снабжена преобразователями "частота-напряжение". Они преобразуют частоту колебания напряжения на выходе регуляторов токов в сигнал постоянного напряжения, подаваемый на вход регуляторов токов. Это позволяет получить дополнительную информацию о положении подвешиваемого тела из частоты автоколебаний напряжений на выходах регуляторов токов, работающих в скользящем режиме, Полученные сигналы складываются с сигналами, поступающими от датчиков положения через регуляторы электромагнитной силы, что позволяет повысить динамическую жесткость, запас устойчивости и надежности опоры, вследствие того, что дополнительные информационные каналы обладают меньшей инерционностью из-за меньшего числа элементов преобразования сигналов.1 з,п,ф-л ы, 3 ил. чик положений (ДП) 4 подвешиваемого тела 2 подключен ко входу регулятора электромагнитной силы (РЭМС) 5, представляющему собой, например, пропорционально-интегро-дифференцирующий (ПИД) регулятор. Опора имеет также регулятор тока 6, который содержит сумматор 7, релейный элемент (РЭ) 8, усилитель мощности (УМ) 9, датчик тока (ДТ) 10 обмотки 3 и преобразователь "частота-напряже- . ние" 11, Первый прямой вход сумматора 7 является входом регулятора тока 6, а второй прямой его вход соединен с выходом преобразователя "частота-напряжение" 11. Инвертирующий вход сумматора 7 соединен с датчиком тока 10. Выход сумматора 7 соединен со входом РЭ 8, выход которого, в свою очередь, соединен, соответственно, со входами преобразователя "частота-напряжение" 11, и УМ 9, выходом подключенного к обмотке 3.Преобразователь "частота-напряжение" 6 содержит первый формирователь импульсов (ФИ 1) 12 и второй формирователь импульсов (ФИ 2) 13, генератор пилообразного напряжения (ГПН) 14, устройство "выборки-хранения" (УВХ) 15 (3) и инвертирующий усилитель 16.Входом преобразователя 6 является вход ФИ 1 12, выходом подключенного ко входам ФИ 2 13 и управляющему входу УВХ 15. Выход УВХ 15 соединен со входом инвертирующего усилителя 16, выход которого образует выход преобразователя 6.Устройство работает следующим образом,Подвешенное тело 2 стабилизируется в заданном положении при помощи 2 и электромагнитных опор (одна из которых изображена на фиг. 1), где и - число степеней свободы тела 2, ограниченных электромагнитными опорами. В номинальном положении (положении равновесия) через обмотку 3 протекает номинальный ток 1 О, и между магнитопроводами 1 действует номинальная электромагнитная сила притяжения, компенсирующая внешнюю силу, приложенную к телу 2 (или создаваемую аналогичной электромагнитной опорой, расположенной с противоположной стороны подвешиваемого тела), В регуляторе тока при этом положении происходят автоколебания напряжения на выходе РЗ 8 и УМ 9 с номинальной частотой 10, которые и обеспечивают протекание через обмотку 3 тока 1 О, При этом между магнитопроводами 1 поддерживается номинальный зазор до, измеряемый ДП 4, При отклонении величины зазора от номинального значения, д 0 ДП 4 вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный данному отклонению который поступает в РЭМС 5. После формирования в РЭМС 5 сигнала, соответствующего требуемому для возвращения подвешиваемого тела 2 в номинальное положение приращению электромагнитной силы, он подается на вход регулятора тока 6. Одновременно при изменении величины воздушного зазора дпроисходит и изменение частоты 1 автоколебаний напряжения в регуляторе тока 6, причем при увеличении д.частота 1 растет, а при уменьшении д.; падает, Сигнал постоянного напряжения, пропорциональный частоте Ф, полученный в преобразователе "частота-напряжение" 11 подается на прямой вход сумматор 7, где суммируется с сигналом РЗМС 5. Суммарный сигнал подается на РЗ 8, что приводит к соответствующему изменению действующего значения тока 1 и созданию приращения электромагнитной силы требуемого для возвращения тела 2 в номинальное положение.Сигнал импульсов напряжения с выходаРЗ 8 поступает на вход ФИ 1 (фиг. 2), явля ющегося входом преобразователя "частота-напряжение" 11, где преобразуется в10 короткие управляющие импульсы напряже,ния Офи 1, посредством которых в УВХ 15осуществляется запись и хранение до прихода следующего импульса сигнала, поступающего на прямой вход УВХ 15. Задним15 фронтом импульса Офи 1 формируется импульс Офи 2 в ФИ 2 13, который обнуляетсигнал Огпн на выходе ГПН 14 и вновь запускает ГПН 14. Таким образом, непосредственно после запоминания в УВХ 1520 напряжения, достигнутого ГПН 14 на момент прихода управляющего импульсаОфи 1, происходит перезапускание ГПН 14посредством импульса ОФИ 2, сдвинутогововремени относительно Офи 1, Инвертирую 25 щий усилитель 16 инвертируют сигнал Оувхна выходе УВХ 15 для получения прямо пропорциональной зависимости между частотой т на входе преобразователя 11 инапряжением Овцх на его выходе.30 В регуляторе тока 6 вследствие наличияглубокой отрицательной связи по току, которая образована ДТ 10, сумматором 7 и РЗ 8,постоянно генерируются высокочастотныеколебания напряжения (фиг. 3), подаваемые35 на обмотку 3, При отсутствии сигнала навыходе преобразователя 11 и РЗМС 5 этообеспечивает протекание через обмотку 3номинального тока 1,Частота переключения РЗ 8 определя 40 ется его параметрами (гистерезисом или зоной нечувствительности), коэффициентомпередачи "ток-напряжение" ДТ 10 и индуктивностью обмотки 3, определяемой в линейном приближении воздушным зазором45 между магнитопроводами 1. Поскольку прифункционировании электромагнитной опоры изменяющимся параметром среди перечисленных является только воздушныйзазор, то положение подвешенного тела 250 по данной координате однозначно связано счастотой перекл 1 очений РЭ 8. Поэтому присмещении подвешиваемого тела 2 из заданного номинального положения (по данной координате) наряду с соответствующим изменением управляющего сигнала на выходе РЭМС 5 происходит изменение частоты переключений на выходе РЭ 8. Этот сигнал поступает на вход преобразователя "частота-напряжение" 11, При увеличении воздушного зазора между магнитопроводами1 частота переключений увеличивается (фиг.3, Огэ). Увеличивается также и напряжениена выходе преобразователя 11 Овца. Данноенапряжение складывается в сумматоре 7 снапряжением, поступающим с выхода 5РЭМС 5, что повышает динамическую жесткость, запас устойчивости и надежностьподвеса.Введение преобразователя "частотанапряжение" позволяет получить в данной 10электромагнитной опоре дополнительнуюинформацию о положении подвешиваемоготела. Благодаря этому повышается динамическая жесткость опоры, поскольку преобразователь 11 обладает большим 15быстродействием, чем РЗМС, вследствиеменьшего числа звеньев в цепи преобразования "перемещение-постоянное напряжение". Одновременно повышается и запасустойчивости, потому что управляющие сигналы по перемещению перераспределяются между РЭМС 5 и преобразователем 11,что расширяет диапазон линейной работы(без насыщения) входящих в РЭМС 5 электронных звеньев, Повышение надежности 25опоры обеспечивается созданием параллельного канала управления, который может дублировать основной (РЗМС 5) привыходе его из строя. При этом преобразователь "частота-напряжение" может быть также снабжен и дифференцирующим звеном,как РЗМС 5,Таким образом, предложенная электромагнитная опора имеет высокую динамическую. жесткость, большой запас 35устойчивости и высокую надежность.Опора может быть использована какдля подвеса роторов электромашин, турбомашин, центрифуг, так и для подвеса линейно перемещающихся тел, например 40транспорта на электромагнитном подвесе. Формула изобретения1, Электромагнитная опора, содержащая магнитопроводц, расположенные на 45 подвешиваемом теле и на статоре с зазором друг относительно друга, обмотки, расположенные на магнитопроводах статора, датчики положения подвешиваемого тела, регуляторы электромагнитной силы, регуляторы токов обмоток, включающие в себя сумматор с инвертирующим и первым прямым входами, релейный элемент, усилитель мощности и датчик тока обмотки, причем датчик положения подвешиваемого тела по каждой его степени свободы соединен с входом соответствующего регулятора электромагнитнойсилы, выходом подключенного к входу регулятора тока соответствующей обмотки статора, первый прямой вход сумматора является входом регулятора тока, выход сумматора подключен к входу релейного элемента, выход которого через усилитель мощности и датчик тока подключен к обмотке, а выход датчика тока соединен с инвертирующим входом сумматора, о тл и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повышения динамической жесткости, запаса устойчивости и надежности электромагнитной опоры, она снабжена преобразователем частота-напряжение, а сумматор регулятора тока снабжен вторым прямым входом, причем вход преобразователя частота-напряжение соединен с выходом релейного элемента, а выход - с вторым прямым входом сумматора.2. Опора по п.1, отл ич а ю щая ся тем, что преобразователь частота-напряжение содержит два формирователя управляющих импульсов, генератор пилообразного напряжения, устройство выборки-хранения с нормальным входом и входом управления и инвертирующий усилитель, причем вход первого формирователя управляющих импульсов является входом преобразователя частота-напряжение, а выход соединен с входом второго формирователя управляю-.щих импульсов и с управляющим входом устройства выборки-хранения, выход второго формирователя управляющих импульсов соединен с входом генератора пилообразного напряжения, выходом подключенного к прямому входу устройства выборки-хранения, выход которого соединен с входом инвертирующего усилителя, а выход инвертирующего усилителя образует выход преобразователя частота-напряжение.Производственнотельский комбинат "Патент", г. Ужго ул. Гагарина, 10 Заказ 127 Ф Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5