CC BY
57
№5
2007
621.891 (093)
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРА ДЕМПФИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРИВОДА
Канд. техн. наук доц. А.И КОПЕЙКИН
Рассматривается колебательный метод идентификации параметра демпфирования е приводных системах. Метод основан на использовании электромеханической колебательной системы с управляемой «электрической пружиной» и позволяет определять основные характеристики механической части приводной системы по измеренным параметрам электрических и механических колебаний
The oscillatory method of the damping parameter definition for the drive systems is considered. The method is based on use of electi-omechanical systems with controlled by «an electric spring» and allows to investigate characteristics of driving systems in a mode of the compelled established mechanical fluctuations.
Динамические и энергетические характеристики приводных систем находятся в зависимости от параметра демпфирования Особый интерес информация о количественном значении представляет при оценке свойств системы в резонансной области, где стабилизирующие свойства системы определяются в основном диссипативными характеристиками узлов трения и электромагнитного демпфирования. В этом случае параметр Е, является интегральной оценкой необратимого процесса рассеяния энергии.
Известные методы исследования характеристик рассеяния энергии в материалах и изделиях основаны на непосредственном измерении величины потерянной энергии (прямые методы) или по относительным характеристикам рассеяния (косвенные методы) [1]. Для механических и электромеханических систем коэффициенты демпфирования вычисляются по отношению частот, соответствующих экстремальным значениям действительной и мнимой составляющих амплитудно-фазовой частотной характеристики системы для кинематического параметра (перемещения, скорости или ускорения) [2].
В работе рассматривается колебательный метод определения параметра демпфирования приводных систем. Он основан на использовании электромеханических систем с управляемой «электрической пружиной» [3] и позволяет исследовать диссипативные характеристики приводных систем в режиме вынужденных установившихся механических колебаний в рабочем диапазоне частот, с малой трудоемкостью и высокой точностью. Важной особенностью метода является возможность определения параметра демпфирования механической подсистемы электропривода в собранном состоянии.
На рис. 1 показана упрощенная модель механической части колебательной системы с приводным синхронным двигателем, где обозначено: М— электромагнитный момент двигателя; J— момент инерции колеблющейся части; р—эквивалентный диссипативный коэффициент привода; и б — соответственно механическая скорость и угол поворота ротора двигателя; ф0 — магнитный поток, создаваемый постоянным магнитным полем ротора; 1А 0 —ток в обмотке^ статора двигателя; k —коэффициент пропорциональности для позиционного момента; S — комплексная величина.
При малых значениях угла поворота ротора можно принять sin0 ~0.В этом случае передаточная функция механической части системы по углу 8 относительно Мимеет вид [4]:
¿о . 1 , Т = I J . tj. I 1
+ + kIA0Ф0' a Кфо
№5
2007
АО
Р
р йгвтб
Ф,
1 1
Л £ > 5
Рис. 1. Структурная схема МП электроприводов измерения параметра демпфирования
Резонансная частота этой системы
со0 =
- Д-^2- ^0фр Р2
Т V J ыг
(1)
Решение (1) относительно IА0 дает значение, при котором обеспечивается постоянство необходимой резонансной частоты 0)0 в случае ее изменения при вариациях Ф0, ]3, к, т.е.
АО
кФ4
0 и
Уравнение (1) служит основой методики определения параметра , сущность которой заключается в следующем. Если измерять при двух различных значениях демпфирования и амплитуды А1 и А2 колебаний и соответствующие им частоты С01 и С02>то из условия постоянства собственной частоты системы и отношения квадратов амплитуд следуют соотношения:
Совместное решение уравнений (2) дает формулы для и £,2:
(2)
1 1 с (2а.-с)
2 р 4(а2Ь-1)'
где а
V
0),
Ь =
'4*
; с = а-1
Экспериментальная проверка метода проводилась на установке, показанной на рис. 2. Основу ее составляют измерительная машина (ИМ), выполняющая функцию генератора механических колебаний. Объект измерения — либо сама ИМ, либо механический редуктор или какой-либо другой узел вращения, либо привод в целом, демпфирующие свойства которых исследуются, и соединяемые с валом ИМ с помощью специального механического
№5
2007
приспособления. Колебательная система выполнена на основе двухфазного синхронного электродвигателя с активным ротором. Обмотка фазы А двигателя подключена к источнику постоянного тока 1А0 (блоку жесткости), благодаря чему при отсутствии тока в обмотке фазы В ротор устанавливается в начальное положение 9 = 0. Фаза В питается переменным током с выхода преобразователя, электрически связанного с дополнительной обмоткой Д ось которой геометрически совпадает с осью обмотки В. При таком включении обмоток электрической машины действует положительная обратная связь по скорости ротора, которая обуславливает автоколебательный режим.
\
ИМ
\
(ох
БЛОК ЖЕСТКОСТИ
+
БЛОК РЕЗОНАНСА
ЕЛОК ИНДИ КАЦИ И
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ А ^ А БЛОК ЗАДАНИЯ КОЛЕБАНИЙ
V 4
Ч
Рис. 2. Функциональная схема установки для измерения параметра демпфирования
Для выполнения измерений при вынужденном движении с различными амплитудами и частотами в зависимости от объекта исследования и требуемой точности в системе предусмотрены блоки поиска резонанса и задания колебаний (рис. 2). Регистрация результатов измерения производится с помощью блока индикации. При использовании вынужденных колебаний измерения производятся в резонансном режиме [5]. Поиск резонанса осуществляется по минимуму тока.
Амплитуды колебаний ротора двигателя Ах =89* и А,-16* замерялись на частотах /{= 7,75Гц и /2 = 5,5Гц соответственно. На частоте /2 = 5,5Гц было применено электромагнитное демпфирование. Параметры демпфирования в эксперименте: =0,46; £2 = 0,597. Согласно этому опыту частота системы при отсутствии затухания:
/о, =т^Ц« = 10,21Гц; = Гц.
Второй опыт проводился на этой же установке, но при пониженной температуре окружающей среды на 7°С. Результаты эксперимента: ^ = 0,47; ^ =0,61. Частота системы при отсутствии затухания: /01 =10,54 Гц; /02 =10,52 Гц;
Полученные экспериментальные данные подтверждают перспективность колебательного метода определения параметров демпфирования.
Разработанный колебательный метод позволяет идентификацию параметра демпфирования на всех этапах жизненного цикла электроприводов, включая научные исследования, проектирование, испытания и эксплуатацию, способствуя повышению их технического
№ 5 2007
уровня и обеспечению работоспособности и долговечности различных технических объектов с электрическими приводами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Писаренко Г. С. Рассеяние энергии при механических колебаниях. — Киев, Изд-во АН УССР, 1962. — 432 с.
2. Патент РФ №2108502, Способ определения относительных коэффициентов демпфирования механических и электромеханических систем по ускорению // Санкин Ю.Н., Санкин Н.Ю., УГТУ: Опубл. 10.04.98.
3. КопейкинА. И„ Малафеев С. И, Управляемые электромеханические колебательные системы, — Изд-во Посад, Владимир, 2001.— 128 с.
4. Ключев В. И. Теория электроприводе. — М.: Энергоатомиздат, 2001. — 704 с.
5. Патент РФ №207703 6. Резонансный способ измерения моментов инерции типа тел вращения // А.И. Копейкин, С.И. Малафеев — Опубл. в БИ, 1997, № 10,
