Спосіб дискретного управління електромагнітним підшипником

Предлагаемый способ относится к электротехнике, в частности, к системам бесконтактного удержания быстровращающихся роторов в магнитных подшипниках и может быть использован в энергетике, например, в газоперекачивающих агрегатах. Сложность удержания ротора электромагнитным подшипником в заданном диапазоне определяется, в основном, следующими условиями: - ограниченностью диапазона, в котором допустимо нахождение вала; - при выходе вала из равновесного состояния возмущающее усилие, создаваемое притягивающим электромагнитом, возрастает по мере движения вала обратно пропорционально квадрату расстояния от притягивающего магнита; - в это же время стабилизирующее усилие, создаваемое противорасположенным электромагнитом, уменьшается также в квадратичной зависимости от величины рассогласования. Поэтому система управления должна при минимальной величине смещения вала создать стабилизирующее усилие, которое обеспечит его торможение и возвращение в равновесное состояние, т.е. иметь высокую жесткость регулирования. Известны способы управления электромагнитными подшипниками, реализуемые устройствами, описанными в указанных источниках. Регулирование места расположения вала проводится путем отслеживания и отработки сигнала рассогласования между заданным и измеренным значением регулируемой величины В авт.св. СССР № 1739100, кл F16С32/04 предложено расширение линейного диапазона регулирования за счет введения специальных элементов, компенсирующи х нелинейности, что снижает Эффект квадратичной зависимости усилий электромагнитов от величины рассогласования. В авт.св. СССР № 1744313, кл. F 16 С 32/04 предложено использовать управляющие сигналы, пропорциональные величине отклонения ротора и скорости его перемещения, что дает возможность форсировать нарастание стабилизирующего воздействия при рассогласовании, приближающемся к предельно допустимому. Однако при малой величине рассогласования реакции системы управления недостаточна для жесткого воздействия на перемещение вала, которое обеспечило бы его торможение, поэтому ни один из рассмотренных способов не может обеспечить достаточно жесткую реакцию, необходимую для быстрого реагирования на малые отклонения вала. Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности и стабильности работы магнитного подшипника за счет максимального воздействия на вал при его минимальном отклонении от заданного положения. Поставленная цель достигается тем, что в катушки электромагнитов подают статические составляющие токов, уравновешивающие ротор при его расположении по оси подшипника, а при смещении вала агрегата из равновесного состояния формируют динамические составляющие токов так, чтобы суммарное воздействие статических и динамических токов было направлено а сторону уравновешивания вала, причем динамическая составляющая тока является дискретной величиной, не зависящей от величины смещения вала, крутизна фронта дискретной составляющей ограничена только постоянной времени катушки электромагнита и источника питания, причем дискретную составляющую тока суммируют со статической в катушке электромагнита, от которого вал удалился, и вычитаюут из тока катушки противорасположенного электромагнита, а при расположении вала по оси подшипника разрывают цепь питания дискретной составляющей тока. Эффективность стабилизации вала при использовании предлагаемого способа повышается за счет независимости величины воздействия от степени рассогласования показаний датчиков положения вала, т.е. при минимальном рассогласовании обеспечивается максимальное воздействие регулирующих элементов (электромагнитов). На фиг 1 иллюстрирующей алгоритм предлагаемого способа управления, приняты следующие обозначения: d1 , d2 - показания первого и второго датчиков смещения, х1 , х2 - вы ходные сигналы системы управлениями соответствует сигналу, при котором формируется дискретная составляющая тока) Как следует из алгоритма, возможны три состояния системы управления. При равенстве сигналов датчиков (d1=d2) х1=х2=0 и в обмотки электромагнитов подают только статические токи, при d1>d2 x1=1, х2=0 дискретная составляющая действует в направлении одного из противорасположенных электромагнитов, при d1 d2) то и процесс стабилизации пройдет в обратном направлении, т.е. статические и дискретные составляющие ампервитков обмоток электромагнита ЭМ2 будут суммироваться, а электромагнита ЭМ1 - вычита ться. Таким образом, предлагаемый способ управления электромагнитным подшипником дает возможность повысить быстродействие и устойчивость системы управления за счет использования дискретной обратной связи, которая в момент ухода ротора из уравновешенного состояния практически безынерционно задает стабилизирующее усилие, возвращающее ротор в положение, определяемое равенством зазоров между валом ротора и противорасположенными электромагнитами.