Способ управления радиальными магнитными опорами ротора

(51С 3204 РЕТ ЛЬСТВУ ВТОРСКОМУ СВИ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЬТИЯПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗ(71) Московский энергетический институт(56) Лимэн Дж. и Ямамура А. Магнитныеподшипники и высокие скорости вращения.Магниты из сплавов редкоземельных металлов с кобальтом, М.: Металлургия, 1978,с. 161-175.(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАДИАЛЬНЫМИ МАГНИТНЫМИ ОПОРАМИ РОТОРА Изобретение относится к машиностроению, а именно к управляемым радиальным магнитным опорам.Цель изобретения - повышение надежности путем снижения амплитуды колебаний ротора в резонансной области.На фиг. 1 дана блок-схема устройства для осуществления способа; на фиг. 2 электрическая схема элемента контура управления с изменяемым коэффициентом усиления; н а фи г. 3 - за виси мости а млитуды а вынужденных радиальных колебаний ротора, вызванных остаточным дисбалансом, от частоты при различных величинах коэффиента усиления р; на фиг, 4 - амлитудная характеристика ротора при управлении по предложенному способу; на фиг, 5 - качественные зависимости рассогласования (разности амплитуд) Ла и вольт-добавки У, пропорциональной разности коэффициейтов усиления Лр, от времени в процессе разгона и торможения ротора при регулировании коэффициента усиления по предложенному способу; на фиг. 6 - амплитудно- и фазочастотные характеристики разомкнутой системы магнитной опоры,2(57) Изобретение относится к машиностроению, а именно к управляемым радиальным магнитным опорам. Цель изобретения - повышение надежности. Измеряют коэффициенты усиления токов радиальных мапштных опор в функции интеграла по времени от рассогласования измеренной и заданной амплитуд радиальных колебаний ротора. Это позволяет снизить амплитуду радиальных колебаний ротора в резонансных областях до заданного значения, сделать ее инвариантной к величине дисбаланса и динамическим характеристикам радиальных магнитных опор. 6 ил. Устройство 1 для осуществления способа содержит фильтр нижних частот (ФНЧ) удав 2, вход которого соединен с датчиком 3 положения (ДП) контура 4 регулирования магнитной опоры 5, а выход - с вычитающим блоком 6 (сумматор с обратным знаком), с которым соединен также задатчик 7 амплитуды. Вычитающий блок 6 соединен выхо- (Р дом с логическим блоком 8 типа триггера и фф управляемым ключом 9. Логический блок8 своим выходом соединен с управляющим элементом 10 ключа 9. Ключ 9 своим выходом соединен с входом интегратора 11, который выходом подключен при необходимости 4 через усилитель к регулятору 12 или усилителю 3 мощности (УМ) контура 4 регулирования магнитной опоры 5. Место подключения выхода интегратора 11 может быть разнообразным. Например, он может быть ф подключен к входу 14 элемента контура управления с изменяемым коэффициентом уси- Ь ления, управляемым напряжением С.Устройство снаб;кено логическим блоком 15, соединенным входом с выходом интегратора 11, а выходом - с управляющим элементом 16 ключа 9 и с входом логичес 16137245 д 15 20 кого блока 8. При необходимости обеспечения требуемых динамических качеств регулирования между интегратором 11 и регулятором 12 или УМ 13 может быть включен блок коррекции.Способ управления радиальными магНитными опорами заклочаегся в следую щем.При разгоне ротора 17 в радиальных магнитных опорах 18, например электромагг)итных (ЭМ), измеряют амплитуду колебаггий ротора 17, например, с помощью датика 3 контура регулирования магнитной гоноры. Определяют величину рассогласоваг 1 ия, т.е. разность между сигналом, пропорциональным измеренной величине амплитуды колебаний, и заданным значением этого ггигнала, вырабатываемым задатчи ком 7 фмплитудггь Определение рассогласования гожно осуществить посредством вычитаю 1 иего блока 6. Момент изменения знака расггогласования фиксируют с цомошью блокатипа триггера и управляемого ключа 9. Сигнал рассогласования интегрируют по времени посредством интегратора 11, который подключается к выходу вычитаюшего блока 6 ключом 9 при первом изменении знака рассогласования (с отрицательцогс ца колокительный). Для исключения ложцьх срабатываний устройства 1 при единичных имПульсцых возмущениях между,ЧП 3 и блоком 6 включен ФНЧ 2, выделяющий действующее йли среднее значение сигнала ДП 3, проггорциокалькое амплитуде колебаний. При Первом изменении знака рассогласования логический блок 8 блокируется и це реагиует на изменение знака рассогласовацзя 1 го поступления на него сигнала с логичес)сого блока 15, возвращающего блок 8 в исходное положение. Коэффи циент усиления контура 4 регулирования изменяют в фукк - ции сигнала интеграла от рассогласовакияпо времени, уменьшая коэффициент усиления при положительном знаке сигнала рассогласования и увеличивая го при отрицательном знаке рассогласования, Для этого сигнал интегратора 11 через усилитель и соответствующий корректируюпгий блок, если они необходимы для обесгечеция устойчивости системы у правлен:я, подают ка управляемый элемент контура регулирования в виде, например, постоянного напряжения (вольтдобавки) . Управляем -.й элемент может быть расположен в любом месте контура регулирования, например в регуляторе 12, усилителе 13 мошцости и т.ц.Когда сигнал, пропорциональный интегралу от рассогласования, станет равным нулю, прекращают изменение коэффициента усиления в функции амплитуды колебаний ротора.При разгоне ротора вследствие наличия неуравновегценности от остаточного деба, ланса, который не может быть полностью устранен, возникают колебания ротора, частота которых равна частоте вращения. Эти колебания сушественно возрастают по амплитуде на частоте вращения, соответствующей собственной (резоггансггой) частоте магнитной оггоры о,. Поэтому амплитуда колебаний может достигать значений, которые недопустимы как с точки зрения требований к функциональным характеристикам используемого привода (электродвигатель, турбомашина), так и с точки зрения задевания ротора и статора магнитных опор. Кроме гого, при колебаниях ротора часть энергии врашения чере колебания от дисбаланса передается магнитной опоре вследствие эксцентричного врашения ротора, рассеивается в цей и создает тормозной момент, , являющийся нагрузкой для привода, Частотная характеристика этого момента имеет максим "м )3 резонацснОЙ Области и Определяется, в частности, величиной дисбаланса и амплитудой колебаний. В некоторых случаях ротор может застревать в области собственной частоты радиальных колебаний зли ка частоте врашения, близкОЙ к неЙ. Эти явления характерны для приводов ограниченной мощности и происходят вследствие уравновешивания момента привода моментом сопротивления, вь 1 звакцым радиальны.ми колебаниями от дебаланса.При снижении коэффициента усиления контуров регулирования радиальных магнитнь х опор их собственнач частота смещается в область низких частот с одновременным снижением макси:"гума амплитуды радиальных колебаний. Величина и 1 характеризует установившугося ам пл итуду а колебаний. При смещении собственной частоты системы ротор - опоры в Область низких частот врагггецггя максимальная амплитуда колебаний уменьшается, так как уменьшается возмугцаюшаяся сила, вызванная дисбалансом, которая пропорциональна о-. Кроме того, снижение максимальной амплитуды колебаний приводит к соответствующему снижению максимума моменга сопротивления магнитных опор, вызванного колебаниями от дисбаланса.Изменение коэффициента усиления происходит в диапазоне м (го(ь", причем при разгоне началу реулирования (точка со) соответствует момент, когда амплитуда радиальных колебаний ротора впервые превышает заданную, а точке ю" -- консц регулирования; когда коэффициент усиления вновь достигает номинального значения, соответствующего собственной частоте в, (сигнал интегратора равен нулю).При снижении амплитуды колебаний.ниже заданной величина рассогласования (ошибки), поступающая на вход интегратора 11, меняет знак. При этом начинает уменьшаться выходной сигнал ицтегратора 1 и вместе с ним управляющее напряжение (/, пропорциональное изменению коэффициента усиления. Снижение управляющегоформула изобретения напряжения О, и соответствующее повышение коэффициента усиления р должно осуществляться до тех пор, пока сигнал, пропорциональный интегралу от рассогласования, не станет равным нулю, что соответствует номинальному значению коэффициента усиления магнитной опоры, который должен удовлетворять требуемым статическим и динамическим характеристикам магнитной опоры в номинальном режиме, т.е. при отсутствии управления по предложенному способу. В этот момент сигнал, пропорциональный интегралу от рассогласования, должен быть отключен, что приведет к прекращению изменения коэффициента усиления.После прекращения изменения коэффициента усиления система управления должна быть приведена в исходное положение, чтобы при повторном разгоне она могла реагировать на изменение знака рассогласования. Логический блок 14 при снижении управляющего напряжения У, ниже нуля отключает выход вычитающего блока 6 от входа интегратора 11 и одновременно возвращается логический блок 8 в исходное положение. Далее амплитуда колебаний ротора изменяется по естественной амплитудно- частотной характеристике. Предложенный способ можно использовать как в магнитных опорах с внешним контуром регулирования, например ма гнитоэлектрических, электромагнитных, так и в магнитных опорах с внутренней обратной связью (с само- регулированием), например магниторезонансных. В этом случае коэффициент усиления внутренней обратной связи опоры и, соответственно, ее жесткости можно изменять, воздействуя на частоту питания опоры, добротность резонансного контура и т,д.При торможении ротора происходят те же процессы, что и при разгоне. Поскольку система приведена в исходное положение, при уменьшении частоты вращения в резонансной области возникают колебания ротора повышенной амплитуды. Здесь также необходимо зафиксировать момент, когда амплитуда колебаний превышает заданную величину, а далее регулировать коэффициент усиления по сигналу, пропорциональному интегралу по времени от рассогласования амплитуды колебаний ротора от заданной. В этом случае началу регулирования соответствует точка в", а точка в концу регулирования. При этом повышение момента сопротивления может оказывать при маломощных приводах и значительном дебалансе ротора существенное влияние на время разгона. В ряде случаев возможно застревание ротора на частоте вращения в резонансной зоне. Снижение коэффициента усиления в этой зоне частот позволяет исключить застревание и уменьшить время 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 разгона, а следовательно, и энергию, потребляемую приводом при разгонеПри управлении магнитной опорой с внешним контуром регулирования по предлагаемому способу целесообразно устанавливать сочетание амплитудно- и фазочастотной характеристик разомкнутой системы магнитной опоры (фиг. 6). При этом при снижении коэффициента усиления р(рг (Д ) и соответствующем снижении собственной (резонансной) частоты (аг(а(а ) происходит возрастание запаса по фазе (ргр ), что означает одновременное повышение демпфируюших свойств магнитной опоры, т.е. более резкое снижение максимальной амплитуды колебаний при снижении коэффициента усиления р,Предложенный способ позволяет снизить (или полностью устранить) также субгармонические и у.пыра гармонические колебания, поскольку на кратных в, частотах вращения система управления находится в исходном состоянии и при превышении амплитуды колебаний заданной величины а ф происходит аналогичное регулирование коэффициента усиления, который определяет и области существования суб. и ультрагармонических колебаний.Таким образом, изобретение обеспечивает понижение амплитуды радиальных колебаний ротора в управляемых магнитных опорах при разгоне и торможении до уровня заданной амплитуды и тем самым повышение надежности ротора в магнитных опорах, предотвращая возможность задевания вращающихся частей за неподвижные даже при относительно высоких уровнях дисбаланса. Способ управления радиальными магнитными опорами ротора при разгоне, заключающийся в том, что изменяют жесткость опор путем одновременного изменения коэффициентов усиления токов контуров регулирования опор, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности управления, определяют величину рассогласования амплитуды колебаний с заданной, фиксируют момент изменения знака рассогласования, формируют сигнал, пропорциональный интегралу по времени от рассогпасования, и изменяют коэффициенты усиления токов контуров регулирования опор в функции сигнала, пропорционального интегралу от рассогласования, уменьшая коэффициенты усиления токов при положительном знаке сигнала рассогласования и увеличивая их при отрицательном знаке сигнала рассогласования, а изменение коэффициентов усиления прекращают при нулевом значении интеграла от рассогласования