ГОСТ Р ИСО 14839-2—2011
лярности. а ток в катушке убывает. Причем скорость убывания тока равна скорости его нарастания. Если ток проте
кает только через один переключатель, то напряжение на катушке практически равно нулю и ток остается
постоянным.
Эффективное напряжение на катушке равно среднему напряжению на катушке за один период коммутации.
Из рисунка С.1 видно, что эффективное напряжение на катушке находится в диапазоне между напряжениями шин
питания положительной и отрицательной полярностей. Этим определяется и максимальная скорость изменения
тока. Таким образом, ограничения по току и магнитной силе в подшипнике определены напряжением шины
питания (см. рисунок С.2).
X • - частота (в линейном масштабе); У — максимальная магнитная сила (в линейном масштабе); а — частота
излома характеристики
П р и м е ч а н и е — Ниже частоты излома допустимая нагрузка ограничена насыщением магнитной цепи и
максимальным током на выходе усилителя мощности. Выше частоты излома допустимая нагрузка ограничена на
пряжением питания. В этой области максимальная магнитная сила обратно пропорциональна частоте.
Рисунок С.2 — Зависимость допустимой нагрузки АМП от частоты сигнала
При нормальной работе АМП скорость изменения опорного сигнала меньше максимальной скорости измене
ния тока, которую способен обеспечить усилитель мощности, поэтому ток в катушке управления успевает отслежи
вать изменения опорного сигнала. Однако если требуется более резкое изменение опорного сигнала, то ток
в катушке за ним не успевает и начинает запаздывать. Возникает задержка по фазе. Эта задержка ухудшает
динами ку подшипника. Далее в настоящем приложении будут рассмотрены различные последствия эффекта
насыщения по напряжению.
С.З Высокочастотное насыщение усилителя
К насыщению по напряжению ведет сигнал возмущения большой амплитуды на высокой частоте. Насыщение
усилителя существенно ухудшает динамику подшипниковой опоры, поскольку такой усилитель вносит задержку по
фазе на любой частоте, а не только на частоте возмущения, вызвавшего насыщение. Возмущение может быть вы
звано. например, поврежденной поверхностью датчика перемещения, обусловливающей появление высших гар
моник частоты вращения, или просто неуравновешенностью ротора в сочетании с неэффективной работой
компенсатора дисбаланса. В случае неэкранированного АМП возмущение может быть связано с работой внешнего
электронного устройства, такого как частотный преобразователь. Необходимо отметить, что хорошо спроектиро
ванный АМП допускает относительно большое ограничение по напряжению, прежде чем проявится нестабиль
ность поведения ротора.
С.4 Нестабильность динамики ротора
Одно из ограничений управления связано с неподходящим выбором алгоритма управления, приводящего к
нестабильным режимам автоколебания ротора или поперечным резонансным колебаниям статора. Автоколебания
или амплитуда вибрации нарастают до тех пор. пока не вызовут насыщение усилителя по напряжению, после чего,
даже если автоколебания или вибрация относительно невелики, происходит ухудшение динамики ротора и. в худ
шем случае, возбуждение других форм колебаний. Риск появления такой ситуациидолжен быть исключен правиль
ным выбором алгоритма управления.
С.5 Высокоамплитудная нестабильность
Другой возможный сценарий развития нестабильности может быть связан с тем. что система управления
АМП хорошо отслеживает только возмущения малой амплитуды. Если же амплитуда возмущений велика, то в сис
теме управления генерируются колебания. В процессе испытаний такие высокоамплитудные возмущения могут
быть моделированы электрическим сигналом, например, от внешнего генератора. Другой вариант — механическое
возбуждение, например, посредством ударов по ротору или статору резиновым молотком. При этом, если выбран
неподходящий усилитель, возможно появление сильных колебаний системы АМП в целом (как единого жесткого
тела). Риск данного сценария возрастает, если граничная частота системы управления с обратной связью лежит
выше частоты излома характеристики, показанной на рисунке С.2. и запас устойчивости пофазе в системе управле
ния недостаточен. Однако более вероятным будет возбуждение высокоамплитудных упругих мод колебаний рото ра
или статора. Причина этого в наличии фазовой задержки, связанной с насыщением по напряжению, в сочетании со
слишком малым запасом устойчивости по фазе в цепи системы управления.
16