1

Синтез системы электропривода низкочастотного

вибровозбудителя с активным магнитным подвесом подвижной

части

Федоров Дмитрий Сергеевич

2

Актуальность работы

• Необходимость поверки акселерометров, работающих в сверхнизком диапазоне частот.

• При малых амплитудах и низких частотах скорость и ускорение синусоидального закона перемещения, пропорциональные соответственно частоте колебаний и квадрату этой частоты, имеют малые амплитудные значения. Этим обусловлена необходимость создания больших амплитуд перемещения.

3

Цель работы: разработка метода синтеза низкочастотного вибровозбудителя, обеспечивающего колебания в области инфранизких частот.

Задачи:1. Выбор оптимальной конструкции вибровозбудителя2. Оптимизация геометрии активных магнитных опор с

целью обеспечения минимизации веса подвижной части вибровозбудителя

3. Получение аналитического выражения для тягового усилия подвижной части вибровозбудителя

4. Обеспечение приемлимых значений токов в катушках при снижении частоты колебаний

5. Разработка цифровой системы управления электроприводом вибровозбудителя

6. Обеспечение устойчивого центра колебаний подвижной части в средней точке магнитопровода

7. Подтверждение достоверности разработанных методов и моделей на макете вибровозбудителя

4

Требования, предъявляемые к вибровозбудителю:

Вибровозбудитель должен обеспечивать горизонтальные колебания подвижной части на требуемое амплитудное значение перемещения (1 м); рабочий частотный диапазон колебаний от

0,01 до 0,2 Гц; колебания должны соответствовать гармоническому

(синусоидальному) закону изменения на всем рабочем диапазоне частот; грузоподъемность подвижной части должна быть максимальной.

5

Схема привода низкочастотного электродинамического вибровозбудителя

1 – неподвижные катушки намагничивания2 – подвижная катушка3 – продольные стержни магнитопровода4 – поперечные стержни магнитопровода

6

Декомпозиция магнитной системы на две подсистемы с питанием от катушек намагничивания: а) левых; б) правых.

7

Полагая, что левые и правые катушки намагничивания создают встречно направленные магнитные потоки, имеем

.))()(Ф()()()(2

2

п

2

2п21

л2121

2

2

dxхФхl

wzzz

lz

lz

л∫+

−

−=Ψ+Ψ=Ψ

Расчетная схема магнитной цепи.

8

Расчетная схема эквивалентной двухпроводной магнитной цепи

9

f P 21ww 1w 2w

Учет изменения тягового усилия вибровозбудителя в зависимости от частоты колебаний при постоянных токах в обмотках

катушек.

Частота

,Гц

Тяговое усилие

,Н

витки витки витки

0,01 0,0118 336 16 16

0,02 0,0473 986 30 33

0,05 0,2958 6162 40 154

0,1 1,1832 24646 60 410

0,15 2,6621 55454 80 693

Так как при использовании полного числа витков катушек при снижении частоты колебаний значения токов становятся соизмеримы с токами помех, то регулирование МДС, определяющих тяговое усилие, осуществляется секционированием обмоток катушек при постоянстве токов в обмотках.

10

Функциональная схема цифровой системы управления приводом вибровозбудителя.

11

Блок-схема цифровой системы управления электроприводом вибровозбудителя

12

1- центральный продольный стержень; 2 – поперечные стержни магнитопровода;3 – катушки подмагничивания; 4 – подвижная катушка; 5 – стойки; 6 – электромаг-нитная опора; 7 – направляющая; 8 – станина; 9 – ограничивающий вращательное движение активный магнитный подшипник; 10 – радиальные линейные активные магнитные подшипники.

13

Электромагнитная опора.1- радиальные активные магнитные подшипники; 2 –

стакан из алюминиевого сплава; 3 – направляющая; 4 – стойки; 5 – индуктивный радиальный датчик.

14

15

Геометрия радиального активного магнитного подшипника

16

Экспериментальная и теоретическая зависимости силы тяги от тока подвижной катушки.

Зависимости тягового усилия от координаты подвижной части.

17

Результаты работы:1) получено аналитическое выражение для

тягового усилия низкочастотного электродинамического вибровозбудителя как системы с распределенными параметрами.

2) составлена дискретная модель объекта управления и разработана цифровая система управления вибровозбудителем.

3) проведен сравнительный анализ теоретических данных и результатов эксперимента

4) решена задача оптимизации геометрии активного магнитного подшипника с произвольным числом пар полюсов по минимальному весу