Пристрій для управління двигуном зворотно-поступального руху

Пристрій для управління двигуном зворотнопоступального руху, який містить джерело живлення, два основних тиристора, кожний з яких катодом підключений до однієї з двох обмоток дви 34276 туючого конденсатора, зашунтованого послідовно з'єднаними третім діодом і котушкою індуктивності. Пропонований винахід ілюструється малюнками: на фіг. 1 зображено пристрій для управління двигуном зворотно-поступального руху; на фіг. 2 наведені криві струмів і напруг на елементах пристрою при прямому і зворотному ході якоря в режимі форсування гашення електромагнітного поля двигуна зворотно-поступального руху: 20, 21 струм в обмотках збудження 9, 13 прямого і зворотного ходу якоря 11 двигуна 10 відповідно; 22 - напруга на комутуючій ємності 14; 23, 24 - напруга на першому 2 і другому 3 накопичувальних конденсаторах відповідно; 25 - струм в котушці індуктивності 17; на фіг. 3 наведені криві напруг і струмів на елементах пристрою при переміщенні якоря в одне з двох крайніх положень в режимі форсування збудження і гашення електромагнітного поля двигуна зворотно-поступального руху: 26 - струм в обмотці збудження 9 чи 13; 27 - напруга на комутуючій ємності 14; 28 - напруга на першому 2 або другому 3 накопичувальному конденсаторі; 29 струм в котушці індуктивності 17. Пропонований пристрій для управління двигуном зворотно-поступального руху складається з джерела живлення 1, першого 2 і другого 3 накопичувальних конденсаторів, підключених до джерела живлення 1 через першу 4 і другу 5 котушки індуктивності і перший 6 і другий 7 діоди відповідно. Перший накопичувальний конденсатор 2 через перший силовий тиристор 8 підключений до першої обмотки 9, виконаної у вигляді обмотки збудження прямого ходу двигуна зворотно-поступального руху 10 з якорем 11. Другий накопичувальний конденсатор 3 через другий силовий тиристор 12 підключений до другої обмотки 13, виконаної у вигляді обмотки збудження зворотного ходу двигуна 10. Комутуючий конденсатор 14 через перший комутуючий тиристор 15 підключений до обмотки збудження 9 прямого ходу якоря двигуна і через другий комутуючий тиристор 16 до обмотки збудження 13 зворотного ходу якоря 11. Комутуючий конденсатор 14 зашунтований послідовно включеними котушкою індуктивності 17 і третім діодом 18. Якір 11 двигуна 10 утримується в крайніх положеннях упорами 19. Пристрій для управління двигуном зворотнопоступального руху працює в двох режимах. Пристрій для управління двигуном зворотнопоступального руху в режимі форсування гашення електромагнітного поля двигуна працює таким чином. В початковому стані конденсатори 2, 3 і 14 заряджені полярністю, що вказана на фіг. 1 без дужок. Заряд конденсатора 2 здійснюється від джерела живлення 1 через послідовно включені діод 6 і котушку індуктивності 4, а конденсатора 3 - через діод 7 і котушку індуктивності 5. Попереднє зарядження конденсатора 14 здійснюється від джерела живлення 1, наприклад, через активний опір. Ланцюг попереднього зарядження конденсатора 14 на фіг. 1 не показаний. Для генерації імпульсів струму в момент часу t0 від схеми управління (на фіг. 1 не показана) подають відпираючий імпульс на перший силовий тиристор 8. Тиристор 8 відкривається і перший накопичувальний конденсатор 2 розряджається на обмотку збудження 9 прямого ходу якоря 11 реверсивного двигуна зворотно-поступального руху 10. При цьому напруга на конденсаторі 2 зменшується (див. криву 23 на фіг. 2), а струм в обмотці збудження 9 наростає (див. криву 20 на фіг. 2). Якір 11 прискорюється і під дією електромагнітних сил переміщується в крайнє ліве положення. В момент часу t1, коли основна частина енергії конденсатора 2 перетворилась в електромагнітне поле двигуна 10, конденсатор 2 відключають від обмотки збудження 9, забезпечуючи форсування гашення її поля. Для цього в момент часу t1 включають перший комутуючий тиристор 15. Тиристор 15 відкривається, а до тиристора 8 прикладається різниця напруг DU на конденсаторах 14 і 2, більша нуля. Тиристор 8 закривається, конденсатор 2 відключається від обмотки збудження 9 і по ланцюгу діода 6 і котушки індуктивності 4 заряджається від джерела живлення 1 за час t>t1 до початкової напруги. Після того, як тиристор 8 закриється, струм обмотки збудження 9 перехоплюється в ланцюг конденсатора 14 і тиристора 15, що забезпечує на інтервалі часу t1...t2 рекуперацію не перетвореної електромагнітної енергії двигуна в електричну енергію конденсатора 14. Оскільки ємність конденсатора 14 в 40-60 разів менше від ємності конденсатора 2, то рекуперація енергії в конденсатор меншої ємності протікає в форсованому режимі, який характеризується меншими утратами і часом гашення струму в обмотці 9 до нуля. Це забезпечує більш високий коефіцієнт корисної дії і частоту спрацьовування двигуна зворотно-поступального руху. За час t1...t2 рекуперації енергії конденсатор 14 перезаряджається (полярністю, вказаній в дужках на фіг. 1). В момент часу t2 струм обмотки 9 стає рівним нулю. Конденсатор 14 по ланцюгу котушки індуктивності 17 і діода 18 за час t2...t3 перезаряджається до початкових полярності і напруги. Якщо до моменту часу t=t3 накопичувальний конденсатор 3 виявиться зарядженим до початкової напруги, то пристрій при t³t3 готовий до повторного спрацьовування двигуна 10. Для цього включають тиристор 12 і конденсатор 3 за час t4...t5 розряджається на обмотку 13 зворотного ходу якоря 11 двигуна зворотно-поступального руху 10. Напруга U на конденсаторі 3 зменшується (див. криву 24 на фіг. 2). Струм в обмотці збудження 13 наростає по закону, який описує крива 21, а якір 11 двигуна 10 під дією електромагнітних сил прискорюється вліво до упору 19. Для рекуперації (не перетвореної на механічну) енергії двигуна 10 в комутуючу ємність 14 відкривають другий комутуючий тиристор 16. При цьому різницею напруг DU на конденсаторах 14, 3 тиристор 12 закривається, а струм обмотки збудження 13 при t=t5 перехоплюється в ланцюг конденсатора 14 і тиристора 16. Конденсатор 3 від джерела живлення 1 через діод 7 і котушку індуктивності 5 за час t>t5 заряджається до початкової напруги. На інтервалі часу t5...t6 конденсатор 14 перезаряджається, що забезпечує форсований режим гашення електромагнітного поля двигуна 10 і рекуперацію не перетвореної енергії в конденсатор 14. В момент часу t6 струм обмотки збудження 13 стає рівним нулю, процес рекуперації закінчується, після чого за час t6...t7 конденсатор перезаряджається струмом, що змінюється по закону, який описує крива 24, по 2 34276 обмотку збудження 9 (13) двигуна зворотнопоступального руху, яке описується кривою 28 зміни напруги на конденсаторі, забезпечує на інтервалі часу t1...t2 ефективне перетворення електричної енергії конденсатора в механічну енергію двигуна шляхом підтримки струму (електромагнітного поля) на оптимальному рівні. Характер зміни струму на інтервалі часу t1...t2 залежить від ємності конденсатора 2 (3) і може збільшуватись або залишатися постійним (як це показано на фіг. 3). Оскільки в момент часу t1 якір 11 має деяку початкову швидкість u>0, то на відрізку часу t1...t2 якір двигуна розганяється до великих швидкостей. Це покращує енергоперетворення, підвищує коефіцієнт корисної дії, а також зменшує час переміщення якоря на робочому ході, що сприяє підвищенню частоти силової дії, яку розвиває двигун зворотнопоступального руху. В момент часу t2, коли необхідна частина енергії конденсатора 2 (3) перетворюється в механічну енергію переміщення якоря 11 двигуна 10, конденсатор 2 (3) відключають від обмотки збудження 9 (13), що забезпечує форсування гашення її поля. Для цього в момент часу t2 відкривають комутуючий тиристор 15 (16). Різницею напруг U2 на конденсаторах 2 (3) і 14 тиристор 8 (12) закривається. Конденсатор 2 (3) по ланцюгу діода 6 (7) і котушки індуктивності 4 (5) заряджається від джерела живлення 1 за час t>t2 до початкової напруги. Енергія обмотки збудження 9 (13), яка залишилася, рекуперує в конденсатор 14, перезаряджає його до напруги більшої, ніж напруга на конденсаторі 2 (3) (див. криву 27 на фіг. 3) і забезпечує на інтервалі часу t2...t3 форсування гашення поля двигуна. В момент часу t3 струм обмотки 9 (13) (див. криву 26 на фіг. 3) стає рівним нулю. Конденсатор 14 по ланцюгу котушки індуктивності 17 і діода 18 за час t3...t4 перезаряджається до початкових полярності і напруги, необхідних при повторному спрацьовуванні пристрою для управління двигуном зворотно-поступального руху. Підключення першого і другого накопичувального конденсатора через відповідні перший і другий послідовно з'єднані діод і струмообмежуючий дросель до позитивного полюсу джерела живлення, а через перший і другий основні тиристори - до першої і другої обмоток двигуна, які підключені через перший і другий допоміжні тиристори до комутуючого конденсатора, зашунтованого послідовно з'єднаними третім діодом і котушкою індуктивності вигідно відрізняє пропонований пристрій від відомого і дозволяє підвищити швидкодію двигуна зворотно-поступального руху і надійність роботи пристрою, що досягається за рахунок спрощення конструкції і скорочення кількості напівпровідникових приладів. Джерела інформації 1. А.с. СССР № 1598099, кл. Н02Р7/62, Б.И. № 37, 1990. 2. А.с. СССР № 1697253, кл. Н02Р7/62, Б.И. № 45, 1991 (прототип). ланцюгу котушки індуктивності 17 і діода18 до початкових полярності і напруги. В момент часу t7 пристрій готовий до повторного спрацьовування. Регулювання амплітуди і тривалості імпульсів струму в обмотках двигуна здійснюється зміною часу t0...t1 (фіг. 2) від моменту відкриття силового тиристора 8 (12) і до моменту його закриття. Цей час дорівнює тривалості розряду конденсатора 2 (3) на обмотку 9 (13). Зі збільшенням цього часу накопичувальний конденсатор 2 (3) розряджається до більшої напруги. Енергія W Э, яку споживає двигун з конденсатора 2 (3) при цьому зростає. Це зумовлює збільшення амплітуди зусилля F=dW Э/dx (х - переміщення якоря двигуна, х=const), яке розвиває двигун. Збільшення часу t0...t1 призводить до збільшення тривалості t0...t2 імпульсу струму в обмотках збудження і збільшенню тривалості силової дії. Зі зменшенням часу t0...t1 зменшується енергія WЭ, яку споживає двигун і зусилля F=dW Э/dx, яке він розвиває. При цьому зменшується тривалість t0...t2 імпульсів струму в обмотках збудження двигуна і тривалість силової дії. Відомо, що для підвищення коефіцієнта корисної дії двигунів зворотно-поступального руху використовують також режим форсування збудження електромагнітного поля двигуна. Такий режим роботи можливий в тому випадку, коли перед спрацьовуванням пристрою напруга на конденсаторі 14 буде вища за напругу на конденсаторі 2 (3). Пропонований пристрій для управління двигуном зворотно-поступального руху в режимі з форсуванням збудження і гашення електромагнітного поля двигуна працює таким чином. В момент часу t0 (фіг. 3) відкривається тиристор 15 (16). При цьому на обмотку збудження 9 (13) розряджається комутуючий конденсатор 14, напруга на якому зменшується (див. криву 27 на фіг. 3), а струм в обмотці збудження 9 (13) наростає (див. криву 26 на фіг. 3). Так як ємність конденсатора 14 набагато (на 20...40 разів) менше від ємності конденсатора 2 (3), а напруга на ньому вище від напруги на конденсаторах 2 і 3, то при розрядженні конденсатора 14 на обмотку збудження 9 отримаємо високочастотний контур, який складається з елементів 14 і 9 (13) пристрою. Це забезпечує швидкий увід енергії з конденсатора 14, швидке наростання струму (поля) (див. криву 26 на фіг. 3) і електромагнітних зусиль, які розвиває двигун зворотнопоступального руху. При цьому якір двигуна під дією швидко наростаючих електромагнітних зусиль починає переміщуватися з великим прискоренням, що сприяє зменшенню часу зрушування якоря і часу спрацьовування двигуна і підвищення коефіцієнта корисної дії енергоперетворення. В момент часу t1, коли напруга на конденсаторі 2 (3) стане більше від напруги на конденсаторі 14 на величину U1, яка необхідна для запирання тиристора 15 (16), а якір двигуна набрав швидкість u0, відкривають силовий тиристор 8 (12). При цьому тиристор 15 (16) протилежною напругою U1 закривається. Розрядження конденсатора 2 (3) на 3 34276 Фіг. 1 Фіг. 2 4 34276 Фіг. 3 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5