Устройство для управления электромагнитной левитацией транспортного средства

 

Изобретение относится к высокоскоростному наземному транспорту с электромагнитным подвешиванием и может быть использовано в областях техники , в которых применяются магнитные опоры. Цель изобретения - снижение энергозатрат на левитацию. Для обеспечения левитации при изменении силовой нагрузки потребуется изменение подъемной силы электромагнита 3, обеспечить которое возможно либо путем увеличения постоянной составляющей тока в управляемой обмотке 5 при неизменном значении заданного зазора , либо путем изменения .заданного значения зазора при среднем значении тока в управляемой обмотке 5, равном нулю, что осуществляется с помощью импульсной интегрирующей обратной связи между выходным наЬряжением регулятора и напряжением, пропорциональным заданному значению зазора, 3 ил. с (Л

СО1ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

yg 4 В 60 I 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2I) 4217273/24-11 (22) 31.03.87 (46) 30.09.88. Бюл. Р 36 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт электровозостроения (72) А.И,Манихин, М.М,Савин, Н,А,Режко и Ю.А.Никитенко ,(53) 621,336,9(088,8 ) (56) Forschungsinformation Bahntechnik: Neue Magnetkonzepte Гш die Magnetfahrtechnik. — Eisenbahntechnische Rundschau-ETR, 33 (1984), Н9, s. 726-728, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ЛЕВИТАЦИЕЙ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (57) Изобретение относится к высокоскоростному наземному транспорту с

„„SU,, 14268?1 A 1 электромагнитным подвешиванием и может быть использовано в областях техники, в которых применяются магнитные опоры, Цель изобретения — снижение энергозатрат на левитацию, Для обеспечения левитации при изменении силовой нагрузки потребуется изменение подъемной силы электромагнита 3, обеспечить которое возможно либо путем увеличения постоянной составляющеи тока в управляемой обмотке 5 при неизменном значении заданного зазора, либо путем изменения .заданного значения зазора при среднем значении тока в управляемой обмотке 5, равном нулю, что осуществляется с помощью импульсной интегрирующей обратной связи между выходным напряжением регулятора и напряжением, пропорциональным заданному значению зазора.

3 ил, Ф

1426871

Изобретение относится к высокоскоростному наземному транспорту с электромагнитным подвешиванием и может быть использовано в областях техники, в которых применяются магнитные опоры.

Цель изобретения — снижение энергозатрат на левитацию.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2— зависимость суммарной подъемной силы; на фиг. 3 — временные диаграммы процессов, происходящих в устройстве, Устройство. содержит блок 1 сравнения с регулятором на выходе, выход которого подключен ко входу реверсивного источника питания 2, электромагнит 3, укрепленный на транспортном средстве 4 посредством элементов эластичного подвешивания (демпфера и пружины), содержит на магнитопроводе две обмотки. Одна из них — управляемая обмотка (УО) 5 — с малым числом витков, размещенная в верхней части магнитопровода, включена в цепь нагрузки реверсивного источника питания 2, а вторая — .неуправляемая обмотка (НО ) 6 — с большим числом витков, расположенная ниже управляемой обмотки, питается от источника постоянного напряжения 7, при этом величина зазора между электромагнитом

3 и ферр ор ель сом из меря ет ся у ст ановленным на электромагните датчиком 8 зазора, выход которого подключен к первому входу блока 1, выход которого подключен также ко входу блока

9 выбора временного интервала интегрирования, соединенного своим выходом со входом интегратора 10, выход которого подключен ко входу ключево го элемент а 1 1, к выходу к от ор ого подключен вход второго интегратора

12, выход которого соединен с первым входом суммирующего усилителя 13, второй вход которого предназначен для подключения к источнику задающего напряжения, а его выход подключен ко второму входу блока 1, Устройство работает следующим образом. Неуправляемая обмотка 6 питается от источника постоянного напряжения

7 (фиг. 1). Значение тока в ней задается таким, чтобы она создавала постоянную составляющую подъемной силы, удерживающую массу, приходящуюся на один электромагнит 3 на за10

l данном зазоре (при отсутствии внешних возмущений). Вниду того, что значение тока в НО 6 является неизменным, целесообразно подключение соединенных последовательно между собой

НО нескольких электромагнитов к общему источнику 7, при этом взаимное влияние НО 6 и управляемой обмотки

5, размещенных на общем магнитопроводе, значительно снижается, УО 5 создает переменную составляющую подъемной силы. Амплитуда и полярность тока в ней изменяются в зависимости от амплитуды и полярности отклонения зазора от заданного значения, происходящего под действием внешних возмущений (неровность феррорельса и др,),,При этом в магнитопроводе электромагнита 3 создается дополнительный поток, направленный согласно либо встречно потоку HO 6 и усиливая либо ослабляя подъемную силу, приводит зазор к заданному значению.

Постоянное напряжение, пропорциональное заданному значению зазора, поступает на один из входов блока 1, Истинное значение зазора, измеряемое с помощью датчика з аэ ор а, поступает на другой вход блока 1, Реверсивный йсточник питания 2 усиливает выходное напряжение блока 1 и ток до необходимых значений, Состояние равновесия возможно при у слов ии р ав ен ст в а подь емно и силы электромагнита 3 алгебраической сумме постоянных противодействующих сил (собственный вес, полезная нагрузка и др,).

В динамическом режиме при отработке внешних возмущений и постоянной нагрузке отклонения зазора от saданного значения компенсируются подачей тока той или иной полярности в

УО 5. Ввиду того, что возмущения, вызванные, н апример, н ер овиост ью феррорельса, имеют только переменную составляющую, среднее значение тока в УО 5 близко к нулю, При этом потери энергии в ней незначительны, Для обеспечения левитации при изменении результирующей противодействующей силы (например, полезной нагрузки транспортного средства) требуется изменение подъемной силы электромагнита 3, обеспечить которое возможно либо путем увеличения постоянной составляющей тока в УО 5

:3 14 (того или иного знака) при неизменном значении заданного э аз ора (как это прои сходит в устройстве прототипа), либо путем иэменения заданного значения зазора при среднем значении тока н УО 5, равном нулю, При увеличении постоянной составляющей тока в УО 5 усиливается ее нагрев и, следовательно, резко возрастают энергозатраты не левитацию, При номинальном значении нагрузки

Р транспортное средство удерживается на заданном зазоре 8 д усилием, создаваемым НО 6, при этом номинальное значение тока УО 5 Q =О. При изменении значения нагрузки Р или

Р (при условии, что заданное значение зазора Ó» точно реализуется контуром регулирования) ток УО 5 имеет отличное от нуля значение I „или I< соответственно, Если при этом измеf нить заданный зазор до значения 3 или д"д, то ток УО 5 принимает прежнее значение I 0, что обеспечивается в предлагаемом устройстве действием импульсной интегрирующей обратной связи.

Импульсный хар актер регулирования необходим для обеспечения устойчивости процесса изменения задания и устройства в целом. Охват регулятора, закон управления которого содержит, кроме прочи х, пропорциональную составляющую непрерывной интегрирующей обратной связью, с учетом того, что электромагнит является неустойчивым звеном, приводит к возникновению апериодической неустойчивости.

Хотя целью введения дополнительной обратной связи является стабилизация тока в УО 5, лучше осуществлять ее по выходному напряжению блока 1, так как в статическом режиме значение определяет значение I (в соответствии с законом Ома) и при этом повышается ее быстродействие (между напряжением и током существует инерционность, определяемая постоянной времени УО 5), не требуется применение дополнительного датчика тока.

Блок 9 и интегратор !О выполняют функцию усреднения 11у р с целью выделения только ее- постоянной состанляющей, действие которой приводит к появлению установившегося значения тока Iq,, а величина последнего определяет в основном энергоэатраты на левитацию.

26871

Элементы 1 1 и 1 2 выполняют функцию собственно интегрирующей импульсной обратной связи, изменяющей заданное значение зазора, При изменении силовой нагрузки на транспортное средство 4 появляется постоянная составляющая тока в УО 5 I„<», обусловленная соответствующим изменением выходного напряжения U „» регулятора

1, которое поступает на вход импульсного элемента 9. Импульсный элемент

9 ныделяет иэ усредняемой временной функции управляющего напряжения 1 р отрезок, продолжительность которого

1„,,равна периоду самой низкочастотной составляющей возмущающих воздейН ствий. Укаэанный период определяется экспериментально по реализации возмущений на стадии проектирования и в процессе работы не меняется. Интегратор 10 осуществляет интегрирование, т.е. усреднение ординат этого отрезка на данном интервале нремени. Сигнал на его выходе U« нарастает (при унеличении нагрузки). При этом ключевой элемент 11 разомкнут и выходное напряжение интегратора 12 а U,ä равно нулю. Затем появляется сигнал на выходе блока 9, а элемент 11 замыкается и на его выходе появляется напря/ жение, равное Ucp. За время действия

t <,< элемента 11 напряжение остается неизменным, а л 11,д нарастает до э нач еI ния 6 U >< обе сп ечин ающе го переход электромагнита 3 на зазор 0ьд (фиг.2).

При этом управляющее напряжение в первый момент времени повышается (так как для перехода на меньший зазор необходимо увеличение подъемной силы, а следовательно, тока положительного направления в УО 5), а затем при достижении д и по мере затухания переходного процесса снижается до нуля. По окончании процесса изменения задания импульсный элемент

11 также размыкается. При этом выходное напряжение интегратора 12 сохраняет свое значение AU>» à U„ ™сбрасывается до нуля. Затем наступает пауза, время которой 1п выбирается большим времени переходного процесса в устройстве. По истечении t < описанный процесс с периодом Т повторяется, причем установиншееся значение тока в УО 5 приводится к нулю независимо от направления изменения нагрузки. Время действия импульсного элемента 11 tl4a< и постоянная интег426871 и, Составитель 3. Кондратенко

Техред А. Кравчук

Корректор Г. Решетник

Редактор Н.Горват

Заказ 4817/20 Тираж 569 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Пр изводственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проек ная, 5 1

° о рирования интегратора 12 выбираются таким образом, чтобы за одно включение заданное значение зазора изменя— лось иа требуемую величину.

Формула изобретения

Устройство для управления электромагнитной левитацией транспортного средства, содержащее закрепленный жестко на электромагните датчик заэора, соединенный выходом с одним иэ входов блока сравнения, соединенного выходом с регулятором, подключенным выходом к реверсивному источнику питания электромагнита, о т л нчающееся тем,что,сцелью снижения энергозатрат на левитацию, 5 оно снабжено интеграторами, блоком выбора временного интервала интегрирования, ключевым элементом и суммирующим усилителем, выход которого подключен к другому входу блока сравнения, а вход — к выходу одного из интеграторов, вход которого через ключевой элемент соединен,с выходом блока выбора временного интервала интегрирования, вход которого подключен к выходу блока сравнения,