книги / Электромеханические аппараты автоматики

Рис. 7.6. Магнитные опоры типа «магнит— ферромагне­ тик»:

1, 2— внешние магниты; 3, 4 —

неподвижные ферромагнитные! диски; 5 —подвижный ферромаг-,

го подвеса экипажа с по-' ступательным движением: 1— направляющий рельс; 2 —,

постоянные магниты на полотне

ные магниты экипажа

Основной проблемой при создании таких подвесов является выбор материала ПМ. В подвесах, использующих силу от­ талкивания, поля ПМ направлены встречно и возможно их взаимное размагничивание. Поэтому материалы таких ПМ должны характеризоваться высокими значениями коэрцитивной силы Нс, остаточной индукции Вг и максимальным значением магнитной энергии ВгНе. Другие требования касаются высокой стабильности магнитных характеристик малой плотности, ме­ ханической прочности, низкой стоимости и т. п. Для умень­ шения вихревых токов при больших скоростях движения необходимо большое удельное электрическое сопротивление: Всем этим требованиям в значительной степени удовлетворяет феррит бария Ba0-6Fe20 3, а также ПМ на основе ред­ коземельных элементов: кобальтовых и платинокобальтовых сплавов (празеодим — кобальт РгСо05; самарий — кобальт SmCo05; платина — кобальт CoPt). Например, диск из сплава CoPt диаметром 2 и толщиной 0,05 мм создает такое же усилие, как диск из кобальтовой стали диаметром 16 и тол­ щиной 0,4 мм. Однако ПМ на основе редкоземельных элементов и платины характеризуются высокой стоимостью,

сложной технологией изготовления. Тем не менее они перс­ пективны для использования.

7.3.2. Электромагнитные подвесы постоянного тока

Вподвесах такого типа ферромагнитное тело подвешивается

вполе электромагнита с регулируемым магнитным потоком. Система автоматического регулирования магнитного потока управляется сигналами от датчика положения подвешиваемого тела. Ток в обмотках регулируется в зависимости от положения подвешиваемого тела относительно электромагнита (подвес компенсационного типа). Движение подвешенного тела одно­ временно демпфируется.

Электромагнитная сила, действующая на подвешенное тело,

тела. В некоторых случаях для упрощения расчетов силовые

Если не учитывать трение о воздух, возникают незатуха­ ющие колебания подвешенного тела около положения равно­ весия.

Для получения асимптотически затухающих колебаний ток обмотки должен регулироваться по закону

где ос, р — постоянные для данной конструкции коэффициенты

[67].

7.4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОДВЕСЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

В зависимости от способа обеспечения устойчивого состо­ яния различают электромагнитные подвесы переменного тока с внутренней (параметрической) обратной связью, с внешней системой автоматического регулирования и с комбинированным регулированием. При первом способе схема подвеса строится на пассивных элементах и не требует дополнительного ис­ точника энергии. В таком подвесе ток электромагнитов ре­ гулируется в результате зависимости отдельных параметров схемы от положения подвешиваемого тела. При втором способе схема подвеса содержит активные элементы в виде датчиков пространственного положения подвешиваемого тела и системы авторегулирования тока электромагнитов. Габариты и масса

Рис. 7.10. Вариант конструкции и схемы двухосного магниторезонансного

подвеса:

а—конструкция; 6—схема восьмиполюсного подвеса

Изменения тока в обмотке и создаваемой им центрирующей силы сдвинуты между собой во времени, что вызывает структурную неустойчивость магниторезонансного подвеса и не­ обходимость внешних демпфирующих устройств (жидкостных, с использованием вихревых токов и т. д.).

Одноосные магниторезонансные подвесы применяются редко, но принципы их построения применяются в более точных многоосных системах. Многоосные подвесы отлича­ ются от одноосных числом электрических контуров (рис. 7.10). Подвешиваемое тело (ротор) выполняется из маг­ нитомягкого материала. Магнитное поле создается полюсами статора с чередующейся полярностью. В некоторых случаях при больших размерах подвешиваемого тела число полюсов увеличивается по конструктивным соображениям до шести, восьми и более. Для уменьшения числа настроечных конден­ саторов катушки соседних полюсов соединяются так, как указано на рис. 7.10, б. Сокращение числа настроечных конденсаторов приводит к незначительному уменьшению жесткости подвеса. Подвесы на рис. 7.10, строго говоря, трехосны, поскольку за счет возникающих осевых усилий ротор занимает положение, симметричное относительно ста­ тора, но осевое центрирование значительно слабее радиаль­

соответствуют равенству нулю центрирующего усилия, раз­ виваемого подвесом. При изменении зазоров между полюса­ ми 1— 4 (см. рис. 7.10) и подвешиваемым телом изменяются индуктивности соответствующих обмоток (например L2 и L {) и активные сопротивления обмоток. Поэтому изменяются токи обмоток (например, / 2 и /4), как показано на рис. 7.11, г.

В электростатических подвесах используется сила притяже­ ния между двумя проводящими поверхностями с различными потенциалами. Одна поверхность (рис. 7.13) принадлежит подвешенному телу 1, а другая— электродам 2, фиксированным относительно корпуса прибора. Устойчивое положение подве­ шенного тела достигается регулированием потенциалов элек­ тродов в зависимости от его направления и смещения. Стабилизация положения подвешенного тела обеспечивается следующими способами:

1) использованием внешней системы регулирования, в ко­ торую включены датчик положения подвешенного тела и ста­ билизатор этого положения. Датчиком является конденсатор, одной обкладкой которого служит поверхность центрируемого тела, а другой — отдельный специальный электрод. Входной величиной датчика может быть изменение емкости между центрируемым телом и этим электродом. Тогда для измерения перемещения на основное напряжение накладывается высоко­ частотное от специального источника. Сигнал, пропорциональ­ ный перемещению (изменению емкости), подается на стаби­

го последовательно с каждым электродом включается под­ строечная индуктивность. Рабочая точка на левой части резонансной кривой U (С), аналогичной рис. 7.11, г, полученного при этом контура выбирается таким образом, чтобы между изменением емкости С и напряжением источника питания 0 П была обратная зависимость. В результате подвешенное тело самонентрируется;

3) комбинированной системой управления, в которой сочета­ ются оба способа.

Основные преимущества электростатических подвесов по сравнению с электромагнитными заключаются в увеличении скорости отработки устойчивого состояния; отсутствии влияния внешних магнитных полей, практическом отсутствии тепло­ выделения. Недостатки таких подвесов в необходимости ис­ точника высокого (5 кВ и выше) напряжения частотой 400 Гц и выше и обеспечении высокого вакуума, ограниченности развиЭаемых усилий максимальным градиентом напряжения, которое может создаваться между электродом и центрируемым телом без электрического пробоя.

Электростатические подвесы применяются в основном для подвешивания роторов гироскопов.

Электростатические резонансные подвесы (электрорезонансиЫе) по способу управления потенциалом электродов

подразделяются на пассивные и активные. В пассивном электрорезонансном подвесе (рис. 7.14, а) используется явление перераспределения напряжения на реактивных элементах резонансного контура при изменении его параметров, вы­ званных смещением подвешенного тела. Подстроечная ин­ дуктивность L обеспечивает работу подвеса на требуемом участке резонансной характеристики.

В электрорезонансных подвесах используется как резонанс напряжений, так и токов (рис. 7.14, б). Реализация мостовых схем невозможна, поскольку возникает необходимость подво­ дить контакты к центрируемому телу, что нарушает его свободную левитацию.

В практике широко применяются двухосные и трехосные электрорезонансные подвесы. Как и магниторезонансные, электрорезонансные подвесы обладают структурной динамической неустойчивостью. Однако частоты сетевого напряжения и соб­ ственная резонансная подвеса на порядок и более выше, чем у магниторезонансных подвесов. Поэтому запаздывание в кон­ турах управления электрорезонансным подвесом значительно меньше, и в связи с этим накладываются менее жесткие требования к демпфированию.