Устройство управления стендом для испытаний топливорегулирующей аппаратуры газотурбинных двигателей

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 G 1М150

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTOPCK0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

;В

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4763507/06 (22) 04.12.89 (46) 30.10.91. Бюл. № 40 (71) Пермское отделение Всесоюзного научно-исследовательского и проектно-конструкторского института по комплексной элект: рификации промышленных объектов «Тяжпромэлектропроект» им. Ф. Б. Якубовского (72) Г. А. Сторожев (5З) 621.438-55 (088.8) (56) Сторожев Г. А., Винокур В. М. Высокоскоростной электропривод безмоторного испытательного стенда по схеме вентильногс двигателя.— Авиационная промышленность, 1987, .% 8, с. 70 — 72.

„„SU„, 1688143 А1 (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ СТЕНДОМ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ТОПЛИВОРЕГУЛ ИРУЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ .(5?) Изобретение позволяет повысить надежность испытаний топливорегулирующей аппаратуры ГТД. Испытуемый агрегат 1 приводится в действие синхронной электрической машиной 2, связанной с системой 15 регулирования тока возбуждения и через инвертор 8 и сглаживающий дроссе.1ь 9 с выпрямителем 10. ЭВМ 4, на которой реализована модель ГТД, по сигналу от датчика 3 расхода топлива формирует сигнал в блок 5 управления электрической машиной 2, который содержит регуляторы 1 и 12 частоты вращения и выпрямленного тока, систему 13 управления выпрямителя, датчик 14 выпрямленного тока, блок 16 управления инвертором и систему 17 управления инвертора.

Нелинейный элемент 18 и реальное дифференцирующее звено 19 обеспечивают защиту от помех. Такое выполнение устройства позволяет повысить напежность его работы. 4 ил

1688143

Изобретение относится к моделированию газотурбинных двигателей (ГТД) и испытаниям топливорегулирующей аппаратуры (TPA) и может быть использовано в полунатурных стендах для испытаний ТРА, к которым предъявляются требования стабильности работы в статических режимах, например стабильности поддержания заданного значения частоты вращения.

Цель изобретения — — повышение надежности работы устройства.

На,фиг. 1 представлена структурная схема устройства управления стендом; на фиг . 2 — .временная характеристика нелинейного элемента типа «прямоугольный гистерезис»; на фиг. 3 — временная диаграмма сигналов элементов устройства с дифференцирующим звеном; на фиг. 4 — временная диаграмма сигналов элементов устройства без дифференцирующего звена.

Устройство управления стендом (фиг. 1) для испытаний топливорегулирующей аппаратуры газотурбинных двигателей, имеющим связанную с испытуемым агрегатом 1 синхронную электрическую машину 2, содержит датчик 3 расхода топлива, электронную вычислительную машину 4 для реализации модели газотурбинного двигателя, блок 5 управления синхронной электрической машиной, включающий датчик 6 положения ротора и тахогенератор 7 синхронной электрической машины 2, секции обмотки якоря которой подключены через иивертор 8 и сглаживающий дроссель 9 к выходу выпрямителя 10, последовательно соединенные регулятор 11 частоты вращения, регулятор 12 выпрямленного тока и систему 13 импульснофазового управления выпрямителя, выход которой подключен к входу выпрямителя 10, датчик 14 выпрямленного тока, выход которого подключен к второму входу регулятора 12 выпрямленного тока, систему 15 регулирования тока возбуждения, выход которой подключен к обмотке возбуждения синхронной электрической машины 2, а вход — к выходу датчика 14 выпрямленного тока, последовательно соединенные блок 16 управления инвертором и систему 17 импульснофазового управления инвертора, выход которой подключен к управляющему входу инвертора 8. Первый вход блока 16 управления инвертором подключен к выходу датчика 6 положения ротора. Первый вход регулятора 11 частоты вращения подклк>чен к выходу тахогенератора 7, а его второй вход — к выходу электронной вычислительной машины 4, вход которой подключен к выходу датчика 3 расхода топлива.

Кроме того, стенд содержит нелинейный элемент 18 с характеристикой типа «прямоугольный гистеревис» и реальное дифференцирующее звено 19, вход которого подключен к выходу электронной вычислительной машины 4, а выход — к первому входу нелинейного элемента 18, второй вход которого подключен к выходу регулятора 11 частоты

1О

Зо

55 вращения, а выход — к второму входу бло«а 16 управления инвертором.

Нелинейный элемент 18 с характеристикой типа «прямоугольный гистерезис» может быть выполнен в виде операционного усилителя, охваченного положительной обратной связью, а реальное дифференцирующее звено 19 — в виде трех операционных усилителей 20, 21 и 22, конденсатора 23 и резисторов 24 — 29 (фиг. 1).

Устройство работает следующим образом.

Изменение положения ручки сектора газа а „ ведет к изменению текущего расхода топлива испытуемого агрегата 1. Если ручка сектора газа а,уд переводится в положение, соответствующее увеличению расхода топлива ЛЙ+, то приращение Лб+ по каналу датчика 3 расхода топлива дает сигнал задания U«для вычислительной машины 4, которая воспроизводит математическую модель ГТД. Выходной сигнал модели U„, являющийся аналогом частоты вращения вала турбины и поступающий на вход регулятора 11 частоты вращения, увеличивает ся и вызывает увеличение выходного сигнала регулятора I! с положительным знаком, так как U„> больше по своей величине, чем сигнал фактического значения частоты вращения от тахогенератора 7. Выходной сигнал регулятора 11 частоты вращения поступает на вход регулятора 12 выпрямленного тока определяя заданное значение выпрямленно. го тока, а также на вход нелинейного элемента 18 с характеристикой типа «прямоугольный гистерезис» (фиг. 2). На другой вход элемента 18 поступает выходной сигнал реального дифференцирующего звена 19, который мгновенно (скачком) изменяется с положительной полярностью при увеличении выходного сигнала электронной вычислительной машины 4 и с отрицательной полярностью при уменьшении сигнала машины 4 (фиг. 3), а при неизменяющемся выходном сигнале машины 4 выходной сигнал реального дифференцирующего звена 19 ра ве н нул ю.

Так как сумма сигналов с выхода электронной вычислительной машины 4 и регулятора 11 частоты вращения намного больше, чем половина ширины а зоны гистерезиса нелинейного элемента 18 (фиг. 2). последний устанавливается в положение, при котором у него на выходе мгновенно появляется единичный сигнал +М, по которому блок 16 управления инвертором обеспечивает последовательность включения тиристоров инвертора 8, соответствующую двигательному режиму. Двигатель разгоняется.

При достижении заданного вычислительной машиной 4 значения частоты ращения выходной сигнал реального дифференцирующего звена 18 становится равным нулю, а выходной сигнал регулятора 1! частоты врашения уменьшается, оставаясь несколько

1688143 большим ширины 2а зоны гистерезиса нелинейного элемента 18.

При неизменном, выходном сигнале вычислительной машины 4 выход регулятора 11 частоты вращения не остается постоянным вСледствие всегда имеющих место сигналов помех, которые, попадая на вход регулято. ра 11, имеющего для обеспечения требуемой динамической точности большой коэффициент усиления, и усиливаясь им, в отдель- 1О ные моменты времени случайным образом уменьшают и даже делают отрицательным выходной сигнал регулятора 11. Несмотря на это, выходной сигнал нелинейного элемента .

18 с характеристикой типа «прямоугольный гистерезис» (фиг. 2) не изменяет своего знака и амплитуды, если флуктуации выходного сигнала регулятора 11 остаются в пределах ширины 2а зоны гистерезиса элемента 18, которая подбирается, исходя из максимальной амплитуды наиболее часто повторяющихся сигналов помех опытным путем. Поскольку выходной сигнал нелинейного элемента 18 не меняется, то вентильный двигатель продолжает работать в двигательном режиме, не изменяя установленного значения частоты вращения. При отсутствии не- 25 линейного элемента 18 и замене его релейным элементом типа «идеальное реле», как в известном устройстве, обусловленное сигналом помехи уменьшение выходного сигнала регулятора 11 до нуля вызвало бы переброс релейного элемента в состояние, соответствующее тормозному режиму, что, в свою очередь, вызвало бы резкое уменьшение частоты вращения на время существования помехи. При положении ручки сектора газа, ссютветствующем уменьшению расхода топлива Лб, это уменьшение Лб„вызывает 35 уменьшение выходного сигнала U датчика 3 расхода топлива и уменьшение выходного сигнала U„> модели ГТД, реализуемой вычислительной машиной 4. Так как этот сигнал является задающим для регулятора 11 частоты вращения, последний изменяет знак своего выходного сигнала на отрицательный, поскольку У„ становится меньше, чем сигнал фактического значения частоты вращения от тахогенератора 7. Одновременно на выходе реального дифференцирующего зве- 45 на 19 (фиг. 4) появляется скачком отрицательный сигнал U>q. Под воздействием суммы отрицательных сигналов U>i и Ущ нелинейный элемент 18 мгновенно перебрасывается в состояние, при котором у него на выходе появляется отрицательный сигнал 5п — М, так как сумма сигналов Ul I и UI9 больше, чем ширина 2а зоны гистерезиса элемента 18. По сигналу — М блок,16 управления инвертором вырабатывает команду на поступление импульсов от датчика 6 положения ротора на вход системы 17 импульснофазового управления в порядке, соответствующем тормозному режиму, в результате чего синхронная машина 2 тормозится. В связи с этим для того, чтобы исключить влияние зоны гистерезиса нелинейного элемента 8 на динамические характеристики, необходимо введение реального дифференцирующего звена 19. В случае его отсутствия (фиг. 4) для прохождения выходным сигналом пропорционально интегрального регулятора 11 частоты вращения зоны гистерезиса 2а требуется время Ж, на которое сигнал U реальной частоты вращения отстает при торможении от выходного сигнала U< (U„>) электронной вычислительной машины 4, что ухудшает динамическую точность преобразования выходного сигнала вычислительной машины 4 в реальную частоту вращения.

Реальное же дифференцирующее звено 19 за счет сложения своего выходного сигнала, величина и темп спадания которого могут быть установлены с помощью выбора ссютветствующих значений резисторов 24, 25, 26, 28, 29 и конденсатора 23 с выходным сигналом регулятора 11 частоты вращения (фиг. 3), позволяет мгновенно проходить зону гистерезиса 2а элемента 18 и исключать отставание на At.

Таким образом, в устройстве устраняется влияние флуктуаций выходного сигнала регулятора частоты вращения, обусловленных сигналами помех, на статические режимы работы стенда, тем самым повышая их стабильность при сохранении высокого быстродействия устройства, необходимого для обеспечения требуемой динамической точности, что повышает надежность работы стенда.

Формула изобретения

Устройство управления стендом для испытаний топливорегулирующей аппаратуры газотурбинных двигателей, имеющим связанную с испытуемым агрегатом синхронную электрическую машину, содержащее датчик расхода топлива, электронную вычислительную машину для реализации модели газотурбинного двигателя, блок управления синхронной электрической машиной, включающий датчик положения ротора и тахогенератор синхронной электрической машины, секции обмотки якоря которой подключены через инвертор и сглаживающий дроссель к выходу выпрямителя, последовательно соединенные регулятор частоты вращения, регулятор выпрямленного тока и систему импульсно-фазового управления выпрямителя, выход которой подключен к входу выпрямителя, датчик выпрямленного тока, выход которого подключен к второму входу регулятора выпрямленного тока, систему регулирования тока возбуждения, выход которой подключен к обмотке возбуждения синхронной электрической .машины, а вход— к выходу датчика выпрямленного тока, последовательно соединенные блок управления инвертором и систему импульсно-фазового

368814З

Бигательныц

ОГМКМ зц, о

- Й

7Ьрюю юй

pРж 4 1 управления инвертора, выход которой подключен к управляющему входу инвертора, первый вход блока управления инвертором подключен к выходу датчика положения ротора, первый вход регулятора частоты вращения — к выходу тахогенератора, а его

Второй вход — к выходу электронной вычислительной машины, вход которой подключен к выходу датчика расхода топлива, отличаюи ееся тем, что, с целью повышения наделанности, оно дополнительно содержит нелинейный элемент с характеристикой типа

<прямоугольный гистерезис» и реальное дифференцирующее звено, вход которого подключен к выходу электронной вычислительной машинМ, а выход — к первому входу нелинейного элемента, второй вход которого подключен к выходу регулятора частоты вращения, а выход — к второму входу блока управления инвертором.

Уу=МаРи u r a

Уу --- М лРо 0 < а

Н8= nfl И ь-а

Иу=-И про0,цс- а

1688143

Составитель В. Колясников

Редактор А. Лежнина Техред А. Кравчук Корректор M. Самборская

3аказ 3704 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям н открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101