ГЕНЕРАТОР МЕХАНИЧЕСКИХ АВТОКОЛЕБАНИЙ
GENERATOR OF MECHANICAL AUTO-OSCILLATIONS

Предлагаемое изобретение относится к области механики, электромеханики и испытательной техники.
Известны генераторы механических автоколебаний, содержащие синхронную электрическую машину с постоянными магнитами на роторе и фазными обмотками на статоре, одна из которых подключена к регулируемому источнику постоянного тока, а вторая обмотка подключена к выходу источника переменного напряжения (Патент РФ №2284019, МПК G01M 3/04; G01N 19/02. Способ идентификации диссипативных характеристик подшипников / С.И. Малафеев, А.И. Копейкин, В.Н. Шамберов. - Опубл. 20.09.2006. Бюлл. №26; Патент РФ №2360231, МПК G01N 19/02. Способ идентификации диссипативных характеристик трения / С.И. Малафеев, А.А. Малафеева, А.И. Копейкин. - Опубл. 27.06.2009, Бюл. №19; Патент РФ №2025890, МПК Н02Р 7/00. Способ управления синхронным двигателем в режиме колебаний / А.И. Копейкин; С.И. Малафеев - Опубл. 30.12.1994, Бюл. №19). При таком включении обмоток электрической машины переменного тока в зазоре статор - ротор возникает качающееся магнитное поле. Активный ротор создает постоянное магнитное поле. Взаимодействие качающегося и постоянного полей приводит к образованию знакопеременного момента, вызывающего колебательное движение ротора. При этом параметры механических колебаний являются функциями характеристик механической части системы: момента инерции, характеристик трения, жесткости.
Недостаток известных технических решений - ограниченные функциональные возможности вследствие сложности организации обратной связи для возбуждения автоколебаний.
Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому по достигаемому результату является генератор механических автоколебаний, содержащий синхронную электрическую машину с постоянными магнитами на роторе и тремя фазными обмотками на статоре, две из которых соединены последовательно и подключены к регулируемому источнику постоянного тока, а третья обмотка подключена к выходу усилителя мощности, вход которого соединен с выходом корректирующего блока, выход которого соединен с входом усилителя мощности (Патент РФ №2725897, МПК В06В 1/16. Способ возбуждения механических автоколебаний / А.И. Копейкин, С.С. Малафеев. - Опубл. 07.07.2020. Бюлл. №19).
В известном генераторе механических автоколебаний одна из обмоток статора синхронной электрической машины подключена к выходу усилителя мощности, а две другие обмотки, соединенные последовательно, подключены к выходу регулируемого источника постоянного тока и выполняют одновременно функции электрической пружины и датчика обратной связи. Переменное напряжение на двух последовательно соединенных обмотках имеет пространственный сдвиг относительно напряжения на первой обмотке на угол , преобразуется корректирующим блоком, усиливается усилителем мощности и подается на первую обмотку. Автоколебания возникают за счет действия обратной связи, образованной с помощью корректирующего блока.
Сигнал положительной обратной связи, формируемый на двух последовательно соединенных обмотках, представляет собой сумму ЭДС, возникающей при колебаниях ротора с постоянными магнитами, и падения напряжения на обмотке при протекании тока от источника постоянного тока. Наличие в сигнале обратной связи постоянного напряжения приводит к изменению параметров автоколебаний в зависимости от постоянного тока в обмотках и активного сопротивления этих обмоток.
Следовательно, недостаток известного генератора механических автоколебаний - зависимость параметров автоколебаний от постоянного тока и сопротивления обмоток.
Цель предполагаемого изобретения - снижение чувствительности параметров автоколебаний к изменениям постоянного тока и сопротивления обмоток.
Поставленная цель достигается тем, что в известный генератор механических автоколебаний, содержащий синхронную электрическую машину с постоянными магнитами на роторе и тремя фазными обмотками на статоре, две из которых соединены последовательно и подключены к регулируемому источнику постоянного тока, а третья обмотка подключена к выходу усилителя мощности, вход которого соединен с выходом корректирующего блока, дополнительно введены алгебраический сумматор, усилитель и датчик тока, включенный последовательно с регулируемым источником постоянного тока, выход датчика тока через усилитель соединен с вычитающим входом алгебраического сумматора, суммирующий вход которого подключен к последовательно соединенным двум обмоткам статора синхронного двигателя, а выход соединен с входом корректирующего блока.
По сравнению с наиболее близким аналогичным техническим решением предлагаемый способ имеет следующие новые признаки:
- алгебраический сумматор; усилитель; датчик тока.
Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «новизна».
При реализации предполагаемого изобретения обеспечивается снижение чувствительности параметров автоколебаний к изменениям постоянного тока и сопротивления обмоток статора электрической машины. Снижение чувствительности достигается тем, что в генераторе механических автоколебаний производится измерение постоянного тока в двух последовательно соединенных обмотках и коррекция сигнала обратной связи путем вычитания из напряжения на двух последовательно соединенных обмотках сигнала, равного произведению измеренного тока в обмотках и активного сопротивления этих обмоток.
Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «положительный эффект».
По каждому отличительному признаку проведен поиск известных технических решений в области электротехники, автоматики, электропривода и испытательной техники.
Известны датчики тока и усилители в генераторах механических автоколебаний, например: Патент РФ №2360231, МПК G01N 19/02. Способ идентификации диссипативных характеристик трения / СИ. Малафеев, А.А. Малафеева, А.И. Копейкин. - Опубл. 27.06.2009, Бюл. №19. Однако, в известных технических решениях датчик тока включен последовательно с обмоткой, соединенной с источником переменного тока. В предлагаемом техническом решении датчик тока соединен последовательно с обмотками, подключенными к выходу источника постоянного тока.
Алгебраические сумматоры в известных устройствах аналогичного назначения не обнаружены.
Таким образом, указанные признаки обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие требованию «существенные отличия».
Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежом. На фиг.1 показана функциональная схема генератора механических автоколебаний, где обозначено: 1 - источник постоянного тока; 2 - корректирующий блок; 3 - алгебраический сумматор; 4 - усилитель; 5 - датчик тока (шунт); 6 -усилитель мощности; 7 - ротор синхронного двигателя с постоянными магнитами; 8, 9 и 10 - фазные обмотки статора синхронной машины.
В генераторе механических автоколебаний синхронная электрическая машина с постоянными магнитами на роторе 7 и тремя фазными обмотками на статоре 8, 9 и 10, две из которых 9 (фаза В) и 10 (фаза С) соединены последовательно и подключены к регулируемому источнику постоянного тока 1, а третья обмотка 8 (фаза А) подключена к выходу усилителя мощности 6, вход которого соединен с выходом корректирующего блока 2, датчик тока 5 включен последовательно с источником постоянного тока 1, выход датчика тока 5 через усилитель 4 соединен с вычитающим входом алгебраического сумматора 3, суммирующий вход которого подключен к последовательно соединенным двум обмоткам статора синхронного двигателя 9 и 10, а выход соединен с входом корректирующего блока 2.
Генератор механических автоколебаний работает следующим образом. Последовательно соединенные обмотки статора 9 и 10 синхронной электрической машины с постоянными магнитами на роторе 7 подключены к источнику постоянного тока 1. Эти обмотки выполняют функцию электрической пружины, устанавливающей ротор 7 с постоянными магнитами в начальное положение при отсутствии переменного тока в другой обмотке статора. Жесткость электрической пружины определяется величиной постоянного тока в последовательно соединенных обмотках 9 и 10.
Обмотка 8 (А) синхронной электрической машины подключена к выходу усилителя мощности 6.
Возбуждение автоколебаний в электромеханической системе происходит за счет действия положительной обратной связи по напряжению на двух последовательно соединенных обмотках 9 и 10 синхронной электрической машины с коррекцией по току в этих обмотках. При гармонических колебаниях в электромеханической системе на двух последовательно соединенных обмотках 9 и 10 наводится ЭДС
где k - коэффициент пропорциональности;
Ψ - потокосцепление;
Ω - угловая скорость ротора;
t - время.
0
При протекании постоянного тока I в последовательно соединенных обмотках 9 и 10 синхронной электрической машины от источника тока 1 на этих обмотках возникает падение напряжения
где r - активное сопротивление последовательно соединенных обмоток 9 и 10.
Напряжение на последовательно соединенных обмотках 9 и 10 равно
Постоянный ток, протекающий в последовательно соединенных обмотках 9 и 10, измеряется с помощью датчика тока 5. Сигнал датчика тока усиливается усилителем 4 и поступает на вычитающий вход алгебраического сумматора 3. На суммирующем входе алгебраического сумматора 3 действует напряжение с последовательно соединенных обмоток 9 и 10 синхронной электрической машины.
Выходной сигнал алгебраического сумматора равен
i
где k - коэффициент передачи датчика и усилителя тока.
i
Если выбрать коэффициент передачи датчика тока равным k=r, то выходной сигнал алгебраического сумматора будет определяться выражением
Таким образом, сигнал обратной связи строго пропорционален ЭДС на двух последовательно соединенных обмотках 9 и 10 синхронной электрической машины и не зависит от изменений величины постоянного тока в обмотках.
Следовательно, в предлагаемом техническом решении обеспечивается снижение чувствительности параметров автоколебаний к изменениям постоянного тока и сопротивления обмоток статора электрической машины за счет коррекции сигнала обратной связи путем вычитания из напряжения на двух последовательно соединенных обмотках сигнала, равного произведению измеренного тока в обмотках и активного сопротивления этих обмоток.
Таким образом, использование в генераторе механических автоколебаний, содержащем синхронную электрическую машину с постоянными магнитами на роторе и тремя фазными обмотками на статоре, две из которых соединены последовательно и подключены к регулируемому источнику постоянного тока, а третья обмотка подключена к выходу усилителя мощности, вход которого соединен с выходом корректирующего блока, дополнительно алгебраического сумматора, усилителя и датчика тока, включенного последовательно с регулируемым источником постоянного тока, выход датчика тока через усилитель соединен с вычитающим входом алгебраического сумматора, суммирующий вход которого подключен к последовательно соединенным двум обмоткам статора синхронного двигателя, а выход соединен с входом корректирующего блока, обеспечивается снижение чувствительности параметров автоколебаний к изменениям постоянного тока и сопротивления обмоток статора электрической машины.