Устройство для регулирования частоты колебаний электромагнитного вибровозбудителя

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 07.07.76 (21) 2385286/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано15. 11,7 8. Бюллетень ¹ 42 (45) Дата опубликования описания 1а.l1.78 632995

Союз Советских

Социалистических

Республик (51) М. Кл.

605 .0 19/02

Государственный камнтет

Сааата Мнннстроа СССР ао делан нэабретеннй н аткрытнй (53) УДК681.555 (088.8) Л. Г. Гольденберг и E. В, Дюжаков (72) Авторы изобретения

Воронежский инженерно-строительный институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ

КОЛЕБАНИЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО

ВИБРОВОЗБУ,ДИТЕЛЯ

Изобретение относится к области вибротехники, в частности, к устройствам для регулирования частоты колебаний электро..агнитных вибровозбудителей механически колебаний.

Известны устройства (1), i 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 тиристорных 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 возбудчтелей, как правило, является нежелательной.

Для получения частоты механических колебаний, равной частоте питак шего 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 (3), содержащее последовательно соединенные задающий генератор, первый генератор пилообразного напряжения, первый пороговый блок, формирователь управ 5 ляющих импульсов и трехфазный тиристорнь и выппямитель, подключенный к электром агпитному вибровозбудителю.

В указанном устройстве осуществляется прерывание с заданной чгстстой постоян2о ного напряжения, приводящее к образованию последовательности импульсов напряжения, поступающих на электромагнитный вибровозбудитель. В вибровозбудителе воз632995 никают 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 ши ре 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 регулирования частоты 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 — ll 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; согласуюший блок 35. На фиг. 1 показано также напряжение Uq, поступающее на вход генератора 3.

На фиг. 2 обозначено: U „— напряжение на выходе задающего генератора 2; U„ напряжение на конденсаторе 7, ограниченное сверху линией, соответствующей порогу срабатывания U<» первого порогового блока 9 (в предположении, что компенсация неполной управляемости тиристоров отсутствует); U„— напряжение на выходе вы30 прямителя 22 (в предположении, что тиристоры выпрямителя постоянно закрыты); U>g и i;„ — напряжение и ток (показан пунктиром) электромагнитного вибровозбудителя 1 (при периодическом открывании тиристоров выпрямителя и отсутствии компенсации не35 полной управляемости тиристоров); U<

1/ напряжение на конденсаторе 7, ограниченное сверху линией, соответствующей порогу срабатывания Uz z первого порогового блока 9 (в предположении, что осуществляется компенсация неполной управляемости тиристоров); U;j и 1;,„— напряжение и ток (показан пунктиром) электромагнитного вибровозбудителя 1 (при периодическом открывании тиристоров выпрямителя и осуществлении компенсации неполной управляемости

45 тиристоров); U y, Ug y Up .n — напряжения на выходе второго порогового блока 23, первого дифференциатора 25 и второго генератора пилообразного напряжения 27; U„"„, Up, U„;„„„„— напряжения на выходе третьего порогового блока 24, второго дифференциатора 26 и третьего генератора пилообразного напряжения 31; 4 V>„разность напряжений на выходах второго и третьего генераторов пилообразного напряжения 27 и 31;

U„— напряжение компенсации на выходе согласующего блока 35, поступающее на дополнительный вход 10 — 11 первого порогового блока 9; г — промежуток времени, на который увеличивается продолжительность

632995

35

50

55 импульсов напряжения, подводимых к вибровозбудителю 1, за счет неполной управляемости тиристоров; t — время.

Работа устройства осуществляется следующим образом. а) Режим без компенсации неполной упр авляемости тиристоров.

Напряжение U„„вырабатываемое задающим генератором 2 (например, изменяющееся по гармоническому закону), поступает на первый вход первого генератора пилообразного напряжения 3. Частота на- пряжения U3„определяется настройкой задающего генератора 2 и регулируется. На второй вход первого генератора пилообразного напряжения 3 подается регулируемое напряжение U, численное значение которого устанавливается равным напряжению срабатывания U i первого порогового блока 9.

В положительный полупериод напряжения

U „транзистор 4 закрыт. При этом конденсатор 7 практически мгновенно заряжается до напряжения U„no цепи конденсатор 7— 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

U, характер этого заряда не показан) .

Поскольку напряжение Ц выбрано равным

U„p <, напряжение U,, практически мгновенно достигая значения U«, вызывает опрокидывание первого порогового блока 9, на выходе которого появляется сигнал, поступающггй на вход формирователя управляющих импульсов 21. Длительность этого сигнала равна длительности полупериода задающего напряжения, так как в отрицательный полупериод транзистор 4 открывается и срез него разряжается конденсатор 7.

Импульсы на выходе формирователя управляющих импульсов 21, также имеющие длительность, равную полупериоду напряжения 14 -,, синхронно и синфазно открывают тиристоры выпрямителя 22. К вибровозбудителю 1 начинают поступать импульсы напряжения U;g, по амплитуде равного напряжению выпрямителя Ug при открытых тиристорах. Длительность же импульсов напряжения 1); будет больше длительности полупериода. U>r 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 Ь ;в это время равно длительност t отрицательного всплеска напряжения)

Импульс л напряжения U;e вызывают протекание через вибровозбудитель импульсов тока i,q, что приводит к возникновению импульсов тягового усилия. Возникают колебания вибровозбудителя 1 с частотой, равной частоте задающего генератора 2. При изменении последней изменяется соответственно и частота колсбанн;i,ie:..р магнитного 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 отcóTñòâóåò и в течение которого осугцествляется 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, отводимос для движения вибровозбудителя в противоположную сторону,на величину r, причем компенсBLIHH должна осуществляться автоматически, так как промежуток времени г является переменным н зависит от того, в какие мам енты времени напряжение 11 „проходит через нулевые значения. б) Режим с компенсацией неполной управляемости тиристоров.

Для осуществления компенсации формируют два встречно включенных пилообразных напряжения, сдвинутых во времени на вел ичи н г .

Одно пилообразное напряжение форми- ° руется путем преобразования напряжения, поступающего с задающего генератора 2, в последовательность прямоуголbныx импулb"ов Li;,„ на выходе второго порогового блока 23, дифференцирования указанных импульсов с образованием на выходе первого дифференциатора 25 последовательности коротких импульсов L, 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 Li-, „„ на интервале времени, когда транзистор 28 закрыт. Другое пилообразное напряжение У„;„формируется аналогично, причем на вход третьего порогового олока

24 поступает напряжение с выхода тиристорного выпрямителя 22, а постоянная врем ени цепи резистор ЗЗ вЂ” 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 U .,ðàâíà скорости изменения напряжения С „,.

632995

Поскольку транзисторы 28 и 32 открываются отрицательными импульсами последовательностей Uz и U>", напряжение Ц; начинает возрастать через время т после начала возрастания напряжения U, „, т. е. разность напряжений Л U, 11, „„— Ur;, Hà конденсаторах 30 и 34 будет линейно зависеть от временного интервала г.

Напряжение Ы,, поступает на вход согласующего блока 35 с высоким входным и низким выходным сопротивлением. На выходе согласующего блока 35 образуется напряжение одного знака U„, поступающее на дополнительный вход 10 — 11 первого порогового блока 9. Характерной особенностью последнего является возможность изменения порога срабатывания при изменении напря-! жения на входе 10 в 11, в частности, при возрастании этого напряжения напряжение срабатывания первого порогового блока 9 возрастает. Так как w всегда больше нуля, напряжение срабатывания порогового блока

V<, будет всегда больше напряжения срабатывания U,„ (график для U " на фиг. 2)

Следовательно, напряжение U< на конденсаторе 7 достигнет напряжения срабатывания 11,ранe в начале полупериода напряжения U», 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 Uqg, вызывающие протекание тока i 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 114„, 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 вибро5 возбудители, позволяет стабилизировать резонансные режимы и т. д.

Формула изобретения

Устройство для регулирования частоты колебаний электромагнитного вибровозбудителя, содержащее последовательно соединенные задающий ген ратор, первый генератор пилообразного напряжения, первый пороговый блок, формирователь управляющих импульсов и трехфазный тиристорный выпрямитель, подключенный к электромагнитному вибровозбудителю, отличающееся тем, что, с целью увеличения диапазона регулирования, оно содержит последовательно соединен2Ц ные 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 согласующе30 го блока подключен к первым выходам второго и третьего генераторов пилообразного напряжения, вторые выходы которых соединены между собой.

Источники информации, принятые во вним ание при экспертизе:

1. Ситник И. X. Силовая полупроводниковая техника, «Энергия»,М., 1968, с. 215—

218.

2. Москвитин А. И. Электрические машины возвратно-поступательного движения, 4о М., 1950, с. 59.

3. Ривкин Г. А. Преобразовательные устройства, «Энергия», М., 1970, с. 313 †3.

Фиг / ис

1.г

1ñ иг

Составитель И. Буневич

Редактор Д. Зубов Техред О. Луговая Корректор Е. Дичинская

Заказ 6553/38 Тираж 991 11одписное

ИНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретен ий и откр ыт и и

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4IS

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4