Устройство для регулирования частоты колебаний электромагнитного вибровозбудителя

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 11632995 Союз Советских Социалистических Республик(45) Дата опубликования М. Кл.605 .О 19/02 Государственный комнтет Саавта Мнннстров СССР оо делан нэабретеннй н аткрытнйюллетень 42 исания 1 а.11.7 2) Авторы изобретен В, Дюжаков Л. Г. Гольден Воронежский инженерно-строительный инс 1) Заявите 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТО КОЛЕБАНИЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ВИБРОВОЗБУ,ДИТЕЛЯ Изобехники,улироваитных вебаний. ретение относится к области вибро в частности, к устройствам для ре ния частоты колебаний электро. аг ибровозбудителей механически ко Известны устройства 1,озволяюшие регулировать частоту колебаний электромагнитных вибровозбудителей, предназначенных для преобразования электромагнитной энергии в энергию механических кг "ебаний, Подобные устройства выполняют в виде непосредственных преобразователей частоты, содержащих два встречно включенных тирис торных трехфазных выпрямителя, собранных по мостовой схеме или схеме с нулевым выводом, и снабженных системой управле ния. При подключении к непосредствснным преобразователям частоты электромагнитных вибровозбудителей, частота и . механических колебаний вдвое больше частоты питающего напряжения, так как в возбудителях электромагнитного типа направление тягового усилия при изменении направления тока сохраняется. В технических приложениях эта особенность электромагнитных возбудителей, как правило, является нежелательной.Для получения частоты механических колебаний, равной частоте питакшего напряжения, возбудители подключают к источнику питания через диод 2. Однако такой способ питания приводит к неэкономичному использованию непосредственных преобразователей частоты, так как один полупериод питающего напряжения является нерабочим.Ближайшим по технической сущности является устройство для регулирования частоты колебаний электромагнитного вибровозбудителя 13, содержащее последовательно соединенные задающий енератор, первый генератор пилообразного напряжения, первый пороговый блок, формирователь управляющих импульсов и трехфазный тиристорный выппямитель, подключенный к электром агпитному вибровозбудителю.В указанном устройстве осуществляется прерывание с заданной частотой постоянного напряжения, приводящее к образованию последовательности импульсов напряжения, поступающих на электромагнитный вибровозбудитель, В вибровозбудителе возникают механические колебания с частотой, равной частоте следования импульсов. Постоянное напряжение образуется на выходе трехфазного тиристорного выпрямителя, одновременно тиристоры являются прерывателями этого напряжения. Частота прерывания 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 вып рямителя.Недостатком известных устройств является ограниченность диапазона регулирования частоты. Недостаток обусловлен неполной управляемостью тиристоров, поскольку тиристор закрывается лишь при уменьшении 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 уменьшению промежутка времени, отводимого для обратного хода вибровозбудителя, т. е. возникает необходимость ограничения верхнего значения частоты, При этом уменьшение 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 управляемости 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 м ежду собой.Функционально-элементная схема устройства приведена на фиг. 1, а эпюры (осциллограммы) напряжений и токов на элементах схемы - на фиг. 2.Устройство (фиг. 1) для регулированиячастоты 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 - 11 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 11 р, поступающее на вход генератора 3.На фиг, 2 обозначено: 11, - напряжениена выходе задающего генератора 2; Ь", напряжение на конденсаторе 7, ограниченное сверху линией, соответствующей порогу срабатывания 1 А, первого порогового блока 9 (в предположении, что компенсация неполной управляемости тиристоров отсутствует); 1.1 - напряжение на выходе вы прямителя 22 (в предположении, что тиристоры выпрямителя постоянно закрыты); Б, и 1, - напряжение и ток (показан пунктиром) электромагнитного вибровозбудителя 1 (при периодическом открывании тиристоров выпрямителя и отсутствии компенсации неполной управляемости тиристоров); 1.1н Цнапряжение на конденсаторе 7, ограниченное сверху линией, соответствующей порогу срабатывания 1.),рг первого порогового блока 9 (в предположении, что осуществляется компенсация неполной управляемости тиристоров); 114 и 1, - напряжение и ток (показан пунктиром) электромагнитного вибровозбудителя 1 (при периодическом открывании тиристоров выпрямителя и осуществле.нии компенсации неполной управляемости 45 тиристоров); Ы Б, Ц- напряженияна выходе второго порогового блока 23, первого дифференциатора 25 и второго генератора пилообразного напряжения 27; 1.1",1.1, Ц; - напряжения на выходе третьего порогового блока 24, второго дифференциатора 26 и третьего генератора пилообразного напряжения 31; Ы 1 глн - разность напряжений на выходах второго и третьего генераторов пилообразного напряжения 27 и 31;11 - напряжение компенсации на выходе согласующего блока 35, поступающее на дополнительный вход 10 - 11 первого порогового блока 9; г - промежуток времени, на который увеличивается продолжительностьимпульсов напряжения, подводимых к вибровозбудителю 1, за счет неполной управляемости тиристоров; 1 - время.Работа устройства осуществляется следующим образом.а) Режим без компенсации неполной управляемости тиристоров,Напряжение 1.3, вырабатываемое задающим генератором 2 (например, изменяющееся по гармоническому закону), поступает на первый вход первого генератора пилообразного напряжения 3. Частота на- пряжения 3 з определяется настройкой задающего генератора 2 и регулируется. На второй вход первого генератора пилообразного напряжения 3 подается регулируемое напряжение 13 численное значение которого устанавливается равным напряжению срабатывания 11 г первого порогового блока 9. В положительный полупериод напряжения 13 транзистор 4 закрыт. При этом конденсатор 7 практически мгновенно заряжается до напряжения Ц, по цепи конденсатор - диод 8, что обусловлено малой постоянной времени этой цепи. Дальнейший заряд конденсатора 7 происходит практически линейно по цепи резистор 5 - конденсатор 7 с большой постоянной времени (на графике 13, характер этого заряда не показан). Поскольку напряжение 13 выбрано равным Л 3 1, напряжение 13 практически мгновенно достигая значения 13, г, вызывает опрокидывание первого порогового блока 9, на выходе которого появляется сигнал, поступаюшг 1 й на вход формирователя управляющих импульсов 21. Длительность этого сигнала равна длительности полупериода задающего напряжения, так как в отрицательный полупериод транзистор 4 открывается и чсрез него разряжается конденсатор 7. Импульсы на выходе формирователя управляющих импульсов 21, также имеющие длительность, равную полупериоду напряжения 1.3- синхронно и синфазно открывают тиристоры выпрямителя 22. К вибровозбудителю 1 начинают поступать импульсы напряжения 13;в, по амплитуде равного напряжению выпрямителя 13 в при открытых тиристорах. Длительность же импульсов напряжения 13;в будет больше длительности полу- периода. 13 ьг 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 Г 3 в это время равно длительности отрицательного всплеска напряжения) Импульсы напряжения 13.е вызывают протекание через вибровозбудитель импульсов тока 1,в, что приводит к возникновению импульсов тягового усилия, Возникают колебания вибровозбудителя 1 с частотой, равной частоте задающего генератора 2. При изменении последней изменяется соответст 10 15 20 25 30 35 45 50 55 венно и частота колебанииго вибровозбудителя 1.При повышении частоты задающего генератора 2, уменьшается длительность полупсриода колебаний, которая оказывается соизмеримой с промежутком времени г, т. е, существенно уменьшается время, в течение которого ток через вибровозбудитель 1 отсутствует и в течение которого осуществляется его движение в противоположную сторону. Это приводит к резкому уменьшению амплитуды колебаний вибровозбудителя 1.Таким образом, из-за неполной управляемости тиристоров возникает необходимость в ограничении верхней частоты колебаний.Для увеличения диапазона регулирования частоты необходимо компенсировать неполную управляемость тиристоров, т. е. необходимо 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 Г 3 проходит через нулевые значения.б) Режим с компенсацией неполной управляемости тиристоров.Для осуществления компенсации формируют два встречно включенных пилообразных напряжения, сдвинутых во времени на величину г.Одно пилообразное напряжение формируется путем преобразования напряжения, поступающего с задающего генератора 2, в последовательность прямоугольных импуль. "ов 13;, на выходе второго порогового блока 23, дифференцирования указанных импульсов с образованием на выходе первого дифференциатора 25 последовательности коротких импульсов 1.3: с чередующейся полярностью и периодического открывания отрицательнымии импульсами последовательносги транзистора 28, шунтирующего конденсатор 30. Заряд последнего по цепи резистор 29 - конденсатор 30 при шунтировании прекращается. Постоянная времени зарядной цепи выбирается такой, чтобы на всем диапазоне частот обеспечивался практически линейный характер возрастания напряжения Г 3-, на интервале времени, когда транзистор 28 закрыт. Другое пилообразное напряжение 13;формируется аналогично, причем на вход третьего порогового олока 24 поступает напряжение с выхода тиристорного выпрямителя 22, а постоянная времени цепи резистор ЗЗ - конденсатор 34 и напряжение питания третьего генератора пилообразного напряжения 31 выбраны равными соответствующим постоянной врсмени и напряжеьчпо питания во втором генераторе пилообразного напряжения 27. Следовательно, скорость изменения напряжения 3.;,равна скорости изменения напряжения 1,.Поскольку транзисторы 28 и 32 открываются отрицательными импульсами последовательностей 11 и Б", напряжение А, начинает возрастать через время т после начала возрастания напряжения 1.1 г т. е.разность напряжений Л 1.1,=11; - 11;на конденсаторах 30 и 34 будет линейно зависеть от временного интервала г.Напряжение Ы 1 г.н поступает на вход согласующего блока 35 с высоким входным и низким выходным сопротивлением, На выходе согласующего блока 35 образуется напряжение одного знака 11, поступающее на дополнительный вход 10 - 11 первого порогового блока 9. Характерной особенностью последнего является возможность изменения порога срабатыванияпри изменении напряжения на входе 10 в 11, в частности, при возрастании этого напряжения напряжение срабатывания первого порогового блока 9 возрастает. Так каквсегда больше нуля, напряжение срабатывания порогового блока 11,будет всегда больше напряжения срабатывания Б.1 1 график для 11" на фиг. 2) Следовательно, напряжение Б" на конденсаторе 7 достигнет напряжения срабатывания 1.1,рдне в начале полупериода напряжения 1-1 зг, а через некоторое время, которое соответствующим выбором режимов устанавливается равным времени т. 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 1.1;в, вызывающие протекание тока 1,"6. Под действием последнего возникают импульсы тягового усилия, приводящие к колебаниям вибровозбудителя 1. Компенсация неполной управляемости тиристоров в предлагаемом устройстве, как это следует из вышеизложенного, осуществляется через половину периода напряжения 1) т. е. устройство обладает высоким быстродействием. Расширение диапазона регулирования частоты в 1,5 - 2 раза, которое достигается благодаря дополнительным элементам, расширяет технологические возможности объектов, использующих электромагнитные вибро возбудители, позволяет стабилизировать резонансные режимы и т. д.Формула изобретенияУстройство для регулирования частотыколебаний электромагнитного вибровозбудителя, содержащее последовательно соединенные задающий генратор, первый генераторпилообразного напряжения, первый пороговый блок, формирователь управляющих импульсов и трехфазный тиристорный выпрямитель, подключенный к электромагнитномувибровозбудителю, отличающееся тем, что,с целью увеличения диапазона регулирования, оно содержит последовательно соединен 20 ные второй пороговый блок, подключенныйк задающему генератору, первый дифференциатор и второй генератор пилообразногонапряжения, а также последовательно соединенные третий пороговый блок, подключенный к выходу трехфазного тиристорного выпрямителя, второй дифференциатор и третий генератор пилообразного напряжения, атакже согласующий блок, выход которогоподключен к дополнительному входу первого порогового блока, а вход согласующеЗО го блока подключен к первым выходам второго и третьего генераторов пилообразногонапряжения, вторые выходы которых соединены между собой.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:351. Ситник И. Х. Силовая полупроводниковая техника , Энергия,М., 1968, с. 25 -218.2. Москвитин А. И. Электрические машины возвратно-поступательного движения,4 о М., 1950, с. 59,3. Ривкин Г. А. Преобразовательные устройства, Энергия, М., 1970, с. 313 - 322.632995 иг/ ис тров СССР о комитета Совета Мин зобретений и открытий Ж, Раушская наб., д т, г. Ужгород, ул. Про 113лиа 4/5ктная, 4 Редактор Д. Зубо Заказ 6553/38 ЦНИИПИГосударственн по делам 035, Москва,ППП Пате