Устройство для управления механическими колебаниями при пуске и торможении машины с переходом через резонанс

 

t. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛБтя МЕХАНИЧЕСКИШ КОЛЕБАНИЯМИ ПРИ ПУСКЕ И ТОРМШЕНЙИ М/ШМНЫ С ПЕРЕХОДОМ ЧЕРЕЗ РЕЗОНАНС, содержащее приводной асинхронный электродвигатель с вентил ьным пускателем, поеледоватеп ьно соедивенные блок фазонаправленного переключения, блок управляющих RS-триггеров и блок управления вентилями, a также кнопочн 1й узел, кнопка Сброс которого подключена к S-входам управляющих триггеров, от л и ч a ю щ е е с я тем, что, с целью повышения его надежности и снижения энергопотребления, устройство снаб-. жено логическим блоком и датчиком угла сдвига фаз ме9вду BeKTopafei прогиба вала и возмзгщающей силы, выходы которого подключены к входам логического блока, включенного между кнопочным узлом и блоком фазонаправленного переключения, 2. Устройство по п.1, о т л и ч a ю щ е ее я тем, что, датчик угла сдвига фаз выполнен в виде последовательно соединённых датчика угла поворота вала машины, тригонометрического блока и блока фазовых дискриминаторов, a также датчика отклонений вала машины, подключенного к второму входу блока фазовых дискриминаторов, выходы которых являются выходами датчика угла сдвига фаз. , 3. Устройство по п.1, о т л и ча ющ е е ся тем, что логический блок содержит шесть логических элементов И, четыре элемента ИЛИ, два элемента ИЛИ-НЕ и шесть RS-триггеров , к объединенным S-входам которых подключена кнопка Сброс кнопочного узла, к S-входу и к R-входам первого и третьего триггеров подключена кнопка Пуск, a к S-вхсяу первого и к R-входам второго и пятого триггеров подключена кнопка Торможение кнов почного узла, при этом инверсный выход второго триггера через первый элемент И связан с S-вхсдом третьего и через второй элемент И с R-входом четвертого триггера, инверсный выход первого триггера через третий элемент И связан с S-входом пятого, a через четвертый элемент И с R-входом шестого триггера, причем к вторым СО 00 01 входам указанных элементов И подключены выходы датчика угла сдврга фаз, инверсные выходы первого и 00 О) второго триггеров подключены к входам соответственно первого и второго элементов ШШ-НЕ, a прямые В1)1ходы третьего и пятого триггеров соответственно через первый и второй элементы ШШ подключены к первым входам третьего и четвертого элементов ШШ, к вторым входам которых через соответствующие элементы ИПИ-НЕ, подключены выходы первого и второго элементов ШШ, кроме того, к вторым входам первого элеьюнта ИЛИ через пятый элемент И подключены также поямые

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ае а1 (Я1 G 05,D 19/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3615125/24-24 (22) 06.07.83 (46) 07.01.85. Бюп. У 1 (72) А.М. Зюзев и В.Г. Трощенко (53) 62.50(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 133720, кл. F 16 F 13/00, 1960.

2. Авторское свидетельство СССР

9 657551, кл. Н 02 P 1/40, 1979. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИМИ КОЛЕБАНИЯМИ ПРИ

ПУСКЕ И ТОРМ(%ЕНИИ МАШИНЫ С ПЕРЕХОДОМ

ЧЕРЕЗ РЕЗОНАНС, содержащее приводной асинхронный электродвигатель с вентильным пускателем, последовательно соединенные блок фазонаправленного переключения, блок управляющих RS-триггеров и блок управления вентилями, а также кнопочньй узел, кнопка

"Сброс" которого подкпючена .к S-входам управляющих триггеров, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения его надежности и снижения энергопотребления, устройство снаб-. жено логическим .блоком и датчиком угла сдвига фаз.мелду векторамн прогиба вала и возмущающей силы, вькоды которого подключены к входам лбгического блока, включенного между кнопочным узлом и блоком фазонаправленного переключения, 2. Устройство по п. 1 . о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, датчик угла сдвига фаз выполнен в виде последовательно соединенньк датчика угла поворота вала машины, тригонометрического блока и блока фазовьк дискриминаторов, а также датчика отклонений вале машины, подключенного к второму входу блока фазовьк дискриминаторов, выходы которых являются вькодами датчика угла сдвига фаз.

3. Устройство по.п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что логический блок содержит шесть логических элементов И, четыре элемента ИЛИ, два элемента КПИ-НЕ и шесть КЗ-триггеров, к объединенным S-входам которьк подключена кнопка "Сброс" кнопочного узла, к S-входу и к R-входам первого и третьего триггеров подключена кнопка "Пуск", а к S-входу первого и к

R-входам второго и пятого триггеров подключена кнопка Торможение" кнопочного узла, при этом инверсный вькод второго триггера через первый элемент И связан с S-входом третьего и через второй элемент И с R-входом четвертого триггера, инверсный выход первого триггера через третий элемент И связан с S-входом пятого, а через четвертый элемент И с R-входом шестого триггера, причем к вторым .входам указанньк элементов И подключены выходы датчика угла сдвига фаз, инверсные вькоды первого и второго триггеров подключены к входам соответственно первого и второго элементов ИЛИ-НЕ, а прямые вькоды третьего и пятого триггеров соответственно через первый и второй элементы ИЛИ подключены, к первым входам третьего и четвертого элементов ИЛИ, к вторым входам которых через соответствуюарюе элементы ИЛИ-НЕ„ подключены выходы первого и второго элементов ИЛИ, кроме того, к вторым входам .первого элемента ИЛИ через пятый элемент И подключены также пвямые

1133586 выходы первого и четвертого и инверс- пятого триггеров, причем вторые ный выход третьего триггеров, а к вто- входы первого, второго, третьего и чет- . рым входам второго элемента ИЛИ через . вертого элементов И являются входами шестой элемент И вЂ” прямые выходы,логического блока,а выходы третьего и второго и шестого и инверсный выход четвертого элементов ИЛИ-его зыходоми.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам управления механическиии колебаниями при пуске и торможении машины, и . может быть использовано. в химической, нефтеперерабатывающей и других отрас-.. лях проиьпппенности, где применяются машины, рабочая частота вращения которых больше критической.

3 современном химическом проиэвод. 1О стве широкое прииенение нашли высо кооборотные иашины (центрифуги, экстракторы, сепвраторй и т.д. ) ° вал которых, как правило, выполнен гиб.ким и имеет критические частоты врв15 щения. При работе этих машин в установивиихся режимах происходит свиоцентрирование вала, а при пуске и торможении неизбежен переход через критическую частоту вращения, при которой резко увеличивается ампли" туда колебания вала и возрастают динамические нагрузки, что снижает

:25 надежность работы машин и может при-: вести к их неработоспособности.

Известны устройства управления колебанияии при пуске и торможении механических систем, заключающиеся -в том, что изменяют собственную частоту колебаний путем изменения же- 30 сткости, массы или числа степеней свободы механической системы (1) .

Недостатком данных устройств яв" ляется то, что их техническая реализация приводит к значительному услсвснению конструкций машин.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст» ройство для управления асинхронная электроприводом, содержащее трех- 4п фвзный электродвигатель с вентильник пускателем, последовательно соеди» пенные блок фазонаправленного пере- . ключения, блок управляющих RS-триггеров и блок управления вентилями, в также кнопочньй узел, подключенный

2 к S-входам блока управляницих тригге- . ров и к блоку фазонаправленного переключения (21 .

Недостатком известного устройства является необходимость существенного увеличения электрозатрат для создания требуемого значения ускорения. Кроме того, устройство не позволяет автоматически изменять ускорения в процессе пуска и торможения и воздействовать таким образом на амплитуду колебвния вала. . Цель изобретения — увеличение надежности работы машины эа счет ограничения амплитуды колебания вала при одновременном уменьшении энергопотребления.

Поставленная цель достигается тем, что Устройство для управления механическими колебаниями при пуске и торможении. мазины с переходом через резонанс, содержащее приводной асинхронный электродвигатель с вентипьным пускателем, последовательно соединенsaic блок фазонаправленного переключения, блок управления RS-триггеров и блок управления вен гилями, а также кнопочный узел, кнопка "Сброс" которого подключена к S-входам ynpasnseщах триггеров, снабжено логическим блоком и датчиком угла сдвига фаз между вектораии прогиба sana и возмущающей силы, выходы которого подключены к входам логического блока, включенного мезду кнопочным узлом и блоком фазонаправленного переключения.

При этом датчик угла сдвига фаз выполнен в виде последовательно соединенных датчика угла поворота вала мазины, тригонометрического блока и блока фазовыс дискриминаторов, а также датчика отклонения вала машины, подключенного к второму входу блока фазовых дискриминаторов, выходы

11335 которых являются выходами датчика. угла сдвига фаз.

Логический блок содержит шесть .логических элементов И1 четыре элемента ИЛИ1 два элемента ИЛИ-НЕ и шесть RS-триггеров, к объединенным

S-входам которых подключена кноп. ка "Сброс" кнопочного узла, а

S-входу второго н R-входам первого и третьего триггеров подключена кноп- 10 ка "Пуск", а к S-входу первого и

R" входам второго и пятого триггеров — кнопка "Торможение" кнопочного узла, при этом инверсный выход второго триггера через первый элемент И связан с S-входом третьего, а через второй элемент И вЂ” с R-входом четвертого триггера, инверсный выход первого триггера через третий элемент И связан с S-входом пятого;, а через четвертый элемент И с R-входом шестого триггера, причем к вторым входам укаэанных элементов И подключены выходы датчика угла сдвига фаз, кроме того, инверсные выходы первого и второго триггеров подключены к входам соответственно первого и второго элементов ИЛИ-НЕ, а прямые выходы третьего и пятого триггеров через соответственно первый и второй элементы ИЛИ вЂ” к первым входам третьего и четвертого элементов ИЛИ, к вторым входам которых через соответствующие элементы ИЛИ-НЕ подключены выходы первого и второго элементов

И, кроме того, к вторым входам пер35 вого элемента ИЛИ через пятый элемент И подключены также прямые выходы первого и четвертого и инверсный выход третьего триггеров к вто40 рым входам второго элемента ИЛИ через шестой элемент И вЂ” прямые выходы второго и шестого и инверсный выход пятого триггеров, причем вторые входы, первого, второго, третьего и четвертого элементов И являются входами

45 логического блока, а выходы третьего и четвертого элементов ИЛИ - его .: вькодами.

Подключение кнопочного узла через 50 логический блок к блоку фазонаправленного переключения позволяет в процессе пуска или торможения автоматически дважды изменять знак ускорения машины по сигналу от датчика 55 угла ) сдвига фаз между векторами прогиба вала и возмущающей силы.

Выбор значения угла „ при которых

86 4 изменяют знак ускорения, осущество ляют следующим образом: (р, =40 -70 для первого переключения 9 = 10— о г (-30) для второго переключения при пуске; "(=140-1100 для первого переключения, <1 „= 170 — 210 для второго переключения при торможении. При этом для больших абсолютных значений ускорения принимают соответственно большие значения углов )„ и Р4 ,и меньшие значения углов < и (.

Особенностью динамических процессов в колебательном звене при передаче частотно-модулированного сигна" ла, амплитуда которого изменяется в функции часототы,является зависимость максимума амплитуды колебаний выходного сигнала и соответствующей ему частоты от значения частоты и скорости ее изменения. Причем с увеличением скорости снижается максимум амплитуды колебаний и увеличивается смещение соответствующей ему частоты относительно собственной частоты колебаний. Это смещение происходит при пуске в сторону больших, а при торможении - в сторону меньших частот. Указанные свойства рассматриваемых звеньев обеспечивают такое сочетание вынужденных и свободньм составляющих амплитуды колебаний, благодаря которому и достигается эффект снижения максимума амплитуды колебаний. При определении значения углов (, при которых изменение знака ускорения обеспечивает эффективное подавление амплитуды колебаний, необходимо учитывать,что для рассмат риваемьм звеньев максимуму амплитуды колебаний соответствует угол (= 90 ° а при = 0 и (= 180 колебания минимальные, следовательно, первое переключение знака ускорения необ0 ходимо выполнять, не допуская достижения углом f значения 90о, а второе — в области значений ) около 0 а (для пуска) или 1800 (для торможения).

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства. т

Устройство содержит привод 1, асинхронный электродвигатель 2 с вентильным пускателем 3, последовательно соединенные блок 4 фаэнаправленного переключения, блок 5 управляющих RS-триггеров и блок 6 управления вентилями, а также кнопочный узел 7, кнопка сброса режимов

11 tt

Сброс которого подключена к S-вхо

1133586 дам управляющих триггеров блока 5.

В устройство дополнительно введены логический блок 8 и датчик 9 угла сдвига фаз между векторами прогиба вала и возмущающей силы, выходы ко- 5 торого подключены к логическому блоку.

8, включенному между кнопочным узлом

7 и блоком 4 фазонаправленного переключения.

Вентильный пускатель 3 состоит из трех пар тиристоров 10-15, включенных в .статорные цепи двигателя по встречно-параллельной схеме, и двух дополнительньк тиристоров 16 и 17 включенных по мостовой схеме с тиристорами 11 и 12. При пуске двигателя открываются тиристоры 10-15, а при торможении — тиристоры 11, 12, 16 и 17, обеспечивающие режим динами ческого торможения двигателя. Отпираю; 20 щне импульсы подаются на тиристоры от блока 6 управления вентилями, который может быть выполнен по любой известной схеме. Сигналами разрешения на генерацию управляющих 25 импульсов для соответствующей группы тиристоров являются сигналы, поступающие на блок 6 управления вентилямн от управляющих RS-триггеров 18 (" Пуск" ) и 19 ("Торможе- 3п

-ние") блока 5.

Блок 4 фазонаправленного переключения содержит логические элементы

И 20-23 и две ячейки 24 и 25 фазирования eH

Логический блок 8, осуществляющий выбор режимов работы двигателя и формирование соответствующих команд, содержит шесть логических зле ментов И 26-31 четыре элемента ИЛИ

32 35, два элемента ИЛИ-НЕ 36-37 и шесть RS-триггеров 38-43, к объединенным S"âõîäàì которых подключена кнопка "Сброс" кнопочного узла 7, к S-входу второго и К-входу первого и третьего триггеров — кнопка "Пуск", а к S-входу первого н R-входам второго и пятого триггеров — кнопка

"Торможение", При этом инверсный выход второго триггера через первый элемент И 26 связан с S-входом третьего 40, а через второй элемент

27 — с R-входом четвертого 41 триггеров, инверсный выход первого триггера через третий элемент И 28 связан с S-входом пятого триггера 42, а через четвертый элемент И 29 — с

R-входом шестого триггера 43. Причем к вторым входам указанных элементов И подключаются выходы датчика 9 угла сдвига фаз. Кроме того, инверсные выходы первого 38 н второго 39 триггеров подключены к входам соответственно первого и второго элементов ИЛИ-НЕ 36 и 37, а прямые выходы третьего 40 и пятого 42 триггеров через соответственно первый 32 и второй 33 элементы ИЛИ подключены к первым входам третьего

34 и четвертого 35 элементов ИЛИ, к вторым входам которых через соответствующие элементы ИЛИ-НЕ подключены выходы первого и второго элементов ИЛИ, причем к вторым входам элементов ИЛИ через пятый элемент.

И 30 для первого и шестой элемент

И 31 для второго подключены: у первого - прямые выходы первого 38 и четвертого 41 и инверсный выход третьего 40 триггеров, а у второго - прямые выходы второго 39 и шестого 43 и инверсный вькод пятого 42 триггеров, при этом вторые вькоды первого, второго, третьего и четвертого элементов

И являются входами логического блока, а выходы третьего и четвертого элементов ИЛИ - его выходами.

Датчик 9 угла сдвига фаз состоит из последовательно соединенных датчи-, ка 44 угла поворота вала машины, три.гонометрического блока 45, осуществляющего косинусоидапьное преобразование входного сигнала, и блока 46 фазовьк дискриминаторов, а также датчика 47 прогиба вала машины, подключенного к второму входу блока фазовьк дискриминаторов. В качестве дат1133586

30 чика 44 угла поворота вала цвигателя может бьггь использован сельсин.

Выходные сигнапы тригонометрического блока 45 и датчика 47 прогиба вала машины являются гармоническиМи сигналами одинаковой частоты. Очевидно, разность фаз этих сигналов характеризует величину угла (Блок 12 фазовых дискриминаторов представляет собой параллельное сое- 10 динение четырех дискриминаторов 4851, имеющих различные пороги сраба тывания в зависимости от угла сдвига о фаз входных сигналов:, = 50, $ =О о

$1=130, Q4 = 180 .Указанные значения 15 углов выбраны на основе результатов аналогового моделирования.

Ус1ройство функционирует следующим образом.

В исходном состоянии, в которое 20 схема переводится нажатием кнопки

"Сброс", все триггеры устройства находятся в положении, когда на прямых выходах их присутствуют сигналы логического "О"; При этом блок 6 25

1 управления вентилями управляющих импульсов не генерирует, вследствие чего тиристоры находятся в закрытом состоянии, а двигатель отключен от сети.

Для пуска машины нажимают кнопку

"Пуск", по сигналу от которой переключаются триггеры 38 и 40, что вызывает появление сигнала логической

"1" на выходе элемента ИЛИ 34 и пере-ЗЗ ключение триггера 18, разрешающего генерацию управляющих импульсов для тиристоров 1Π— 15, через которые напряжение питающей сети приклады-. вается к двигателю, вследствие чего 40 он начинает разгоняться. По мере разгона и приближения к резонансной частоте вал центрифуги отклоняется от оси вращения, и увеличивается угол сдвига фаз гармонических сигналов на выходе тригонометрического блока И 5 и датчика 47. При достижении этим углом значения, = 50

0 срабатывают фазовый дискриминатор

48, сигнал логической " 1" на выходе ЬО которого через первый элемент И 26 переключает триггер 40, что вызывает сброс на "О" сигнала на выходе элемента ИЛИ 34. и появление сигнала логической "1" на выходе элемента ИЛИ

35. Указанная смена сигналов на выходе логического блока 8 приводит к переключению триггеров 18 и 19 блока 5, а следовательно, к торможению двигателя при питании статора постоянным током от моста, образованного тиристорыми !О, 11, 16 и 17.

Вследствие замедления величины отклонения вала машины от оси вращения уменьшается, и уменьшается фазовый сдвиг сигналов на выходе тригонометрического блока 45 и датчика 47. о

При уменьшении этого угла до О срабатывает дискриминатор 49, который через элемент И 27 переключает триггер 41, изменяющий состояние сигналов на выходе логического блока

8 на противоположное. Тем самым обеспечивается повторное включение двигателя в режим пуска, который заканчивается разгоном машины до полной скорости с одновременным увеличением угла приблизительно до 180

Для останова машины нажимают кнопку "Торможение, по сигналу от которой аналогично процессу пуска происходит трехэтапный процесс торможения двигателя до его полной остановки, после завершения которого нажатием кнопки "Сброс" схему приводят в исходное состояние.

Использование предлагаемого уст- " ройства управления механическими колебаниями при пуске и торможении машины с переходом через резонанс позволяет по соавнению с известным чстэойством чменьшить амплитуду иэгибных колебаний и вследствие этого ослабить разрушающее действие на механизм явлений, возникающих при пуске и торможении машины с переходом через резонанс, причем это достигается без увеличения мощности приводного двигателя.

Введение датчика угла сдвига фаз между векторами прогиба вала и возрастающей, силы, подключенного к логическому блоку, который включен между блоком фаэонаправленного переключения и кнопочной станцией, выгодно отличает предлагаемое усТройство от известного, так как позволяет осуществить управление блоками фазонаправленного переключения по сигналам от датчика угла сдвига фаз, обеспечивая тем самым автоматическое изменение режимов работы двигателя, а следовательно, и изменение знака ускорения в зависимости от значений указанного угла.

1 133586

3ННИПИ Заказ 9947/40 . .Тираж 863 Полписиое

Фмлкал ШШ атвмт,. г.Уаеород, .ул.Проектная, 4

Данные преимущества предлагаемого устройства обеспечивают повыше ние надежности работы машин, проходящих при пуске и торможении через резонансную частоту и увеличение их межремонтных сроков службы при одновременном снижении энергопотребления,