Sposób zasilania obwodów zawierajacych indukcyjnosci i rezystancje, zwlaszcza elektrycznych silników impulsowych oraz polepszania przebiegu narastania pradu wlaczania i urzadzenie do zasilania obwodów zawierajacych indukcyjnosci i rezystancje Przedmiotem wynalazku jest sposób zasilania obwodów zawierajacych indukcyjnosci i rezystan¬ cje, zwlaszcza elektrycznych silników impulsowych oraz polepszania przebiegu narastania wlaczania i urzadzenie do stosowania tego sposobu. Wynala¬ zek nadaje sie przy tym równiez do korzystnego zastosowania przypadku wlaczania i zasilania in¬ nych obwodów, zawierajacych indukcyjnosci i re¬ zystancje, na przyklad stalopradowych elektromag¬ nesów przyciagajacych i odpychajacych, sprzegiel elektromagnetycznycfr i podobnych; to jest tam, gdzie jest szczególnie wazne z funkcjonalnego punktu widzenia jak najszybsze uzyskanie pradu znamionowego.Jak wiadomo w trakcie rozwoju techniki coraz szersze zastosowanie znajduja elektryczne silniki impulsowe, które pracuja na duzych czestotliwos¬ ciach i z duzymi predkosciami. Jeden z najwaz¬ niejszych warunków stawianych takim silnikom polega na tym, by po kazdym wlaczeniu, to jest po dolaczeniu jednego z uzwojen fazowych do na¬ piecia zasilania, prad powstajacy w uzwojeniu osiagal jak najszybciej swa wartosc znamionowa, lub tez by osiagal ja w zadanym czasie, ponie¬ waz silnik tylko wtedy jest w stanie dac znamio¬ nowy moment obrotowy. • Z literatury i z praktyki znanych jest juz obec¬ nie wiele takich rozwiazan, które sluza do zreali¬ zowania wymienionego celu, czyli do uzyskania szybkiego narastania pradu.Wspólna cecha czesci znanych rozwiazan jest to, ze z kazdym z uzwojen silnika impulsowego, to jest z obwodem zawierajacym indukcyjnosc i re¬ zystancje, polaczona jest szeregowo rezystancja 5 zewnetrzna (patenty Republiki Federalnej Niemiec Nr 1066272 i 1076246, oraz Fujitsu Ltd. Motor Drive Unit „Fanuc 613" J1967)), na skutek czego teoretycznie stala czasu maleje, przez co uzyskuje sie szybsze narastanie pradu. 10 Wada takiego rozwiazania jest to, ze w stoso¬ wanej rezystancji zewnetrznej wystepuja duze straity, a praca urzadzenia jest zwiazana z wy¬ twarzaniem znacznych ilosci ciepla.Wedlug innego znanego rozwiazania do obwodu 15 przyklada sie bardzo silny impuls napieciowy (The Pratt Corporation, The Electronic Drive Unit „SMDU. 1", 1968), który równiez powoduje szyb¬ kie narastanie pradu. W tym przypadku powstaje jednak w uzwojeniu prad znacznie wiekszy od 20 pradu znamionowego, dla unikniecia czego stosu¬ je sie czlon czasowy, który obcina skoki napiecia tak, ze powstajacy prad moze narastac jedynie do wartosci znamionowej pradu w uzwojeniu.Bardzo istotna wada tego rozwiazania jest to, 25 ze czlon czasowy musi byc bardzo skomplikowa¬ ny i musi miec duza dokladnosc, poniewaz w przypadku gdy impuls napieciowy zostanie obcie¬ ty wczesniej niz potrzeba, prad nie osiaga swej wartosci znamionowej, jezeli natomiast zostanie 30 obciety pózniej, urzadzenie moze zostac uszkodzo- 83 5523 ne. Jest to szczególnie niebezpieczne, poniewaz chodzi tu o impuls bardzo wysokiego napiecia.Szybkosc narastania pradu moze mianowicie pozo¬ stawac pod wplywem tylko amplitudy impulsu napiecia, poniewaz nie ma rezystancji zewnetrz¬ nej, a wiec stala czasu obwodu jest stala.Celem wynalazku jest usuniecie powyzszych wad i zapewnienie bezstratnej* lub zwiazanej z minimalnymi stratami pracy przy zasilaniu ob¬ wodów zawierajacych indukcyjnosci i rezystancje, zwlaszcza przy zasilaniu elektrycznych silników impulsowych, oraz zapewnienie szybkiego narasta¬ nia pradu wlaczania przy uzyciu prostszych srod¬ ków niz w przypadku znanych dotychczas roz¬ wiazan.Stwierdzilismy, ze w zawierajacym indukcyjnosc i. rezystancje obwodzie wzrost pradu zadanej war¬ tosci i w zadanym czasie mozna bardzo latwo osiag¬ nac, gdy do tego obwodu przez czlon RC lub przez element pojemnosciowy przyklada sie napiecie stale, a wartosc czlonu RC lub elementu pojemnosciowego wybiera sie w taklich granicach, ze w obwodzie wy¬ stepuja drgania tlumione pradu. W takim przypadku zadany czas narastania pradu, czyli czestotliwosc drgan tlumionych, ustala sie za pomoca doboru war¬ tosci pojemnosci, a zadana amplitude reguluje sie przez dobór wartosdi napiecia stalego tak, by juz w pierwszej cwiartce okresu drgan pradu, prad osiagal potrzebna i wystarczajaca wartosc.Stwierdzono równiez, ze zadany czas narastania pradu mozna osiagnac przy minimalnej rezystan¬ cji i przy minimalnej w stosunku do pradu zna¬ mionowego relaksacji pradu, to jest przy optymal¬ nej wartosci pojemnosci, jezeli amplitude sklado¬ wej sinusoidalnej drgan pradu rozlozonego w funk¬ cji czasu na skladowe wyreguluje sie na wartosc zerowa.Jezeli do zawierajacego indukcyjnosc i rezystan¬ cje obwodu przylozy sie napiecie stale wywoluja¬ ce bezposrednio prad znamionowy, wówczas pow¬ stajacy prad zbliza sie z czasem asymptotycznie do wartosci znamionowej.Stwierdzono równiez, ze w obwodzie takim mozna uzyskac bardzo szybkie i korzystne nara¬ stanie pradu, jezeli równoczesnie z przykladaniem napiecia stalego wywolujacego prad znamionowy przez element wylacznie pojemnosciowy i przy odpowiednim wyborze wielkosci przykladanego przez ten element innego znacznie wiekszego na¬ piecia stalego, w obwodzie wytwarzaja sie drga¬ nia tlumione napiecia, na skutek dzialania które¬ go pierwsza, najwyzsza amplituda drgajacego pra¬ du jest równa pradowi znamionowemu obwodu.Po osiagnieciu tej wartosci, czyli po pierwszej cwiartce okresu, prad nie moze wykonywac dal¬ szych drgan, poniewaz istniejacy juz prad znamio¬ nowy podtrzymywany jest przez pierwsze zródlo napieciowe. Zadany czas narastania pradu okreslo¬ ny jest przez czestotliwosc pradu, na która ma wplyw jedynie wybór elementu pojemnosciowego.Ze wzgledu na to, ze obwody zawierajace in¬ dukcyjnosci i pojemnosci, zwlaszcza uzwojenia fa¬ zowe silników impulsowych, odpowiednio do cha¬ rakteru ich zastosowania sa poddane bardzo cze- 3 552 4 stym wlaczaniom, bezwarunkowo potrzebne jest, aby ladunek polaczonego szeregowo z obwodem elementu byl bardzo szybko odprowadzany, w ce¬ lu mozliwosci ponownego wlaczenia obwodu. 5 Stwierdzono równiez, ze w celu szybkiego roz¬ ladowywania elementu pojemnosciowego polaczo¬ nego szeregowo z obwodem zawierajacym induk¬ cyjnosc i rezystancje nalezy stosowac element po¬ laczony równolegle z tym elementem pojemnoscio- io wym.Istotna zaleta wyplywajaca ze stosowania wy¬ nalazku jest to, ze w obwodzie zawierajacym in¬ dukcyjnosc i rezystancje dla osiagniecia odpowied¬ nio szybkiego narastania pradu, wzglednie dla 15 osiagniecia korzystnego ksztaltu krzywej pradu wla¬ czania, nie jest potrzebne stosowanie duzej rezystan¬ cji do zmniejszania stalej czasu obwodu.Sposób wedlug wynalazku zapewnia prace bez strat lub z minimalnymi stratami. Dalsza zaleta 20 polega na tym, ze nie jest potrzebne stosowanie wysokonapieciowych impulsów wzbudzenia wzgled¬ nie wyrównujacych je, chroniacych przed relaksa¬ cja, skomplikowanych czlonów czasowych.Szczególnie korzystna dla stosowania wynalazku 25 jest wlasciwosc, ze obwody w przypadku uszko¬ dzenia urzadzenia nie zostaja uszkodzone, ponie¬ waz w urzadzeniu nie moga wystapic prady wiek¬ sze niz znamionowy. Oprócz zalet funkcjonalnych wynalazek ma zalete ekonomiczna, polegajaca na 30 tym, ze zadany wynik osiagnieto w prosty sposób i za pomoca znacznie tanszych srodków.Wspomniane zalety i nowe dzialanie osiagnieto przez to, ze do zasilania obwodu zawierajacego indukcyjnosc i rezystancje zwlaszcza pracujacego 35 z duza czestotliwoscia, szczególnie do zasilania uzwojen fazowych silnika impulsywnego zasilane¬ go przez stanowiacy n-fazowy uklad napieciowy, oraz dla polepszenia przebiegu narastania pradu wlaczania, zastosowano, sposób wedlug wynalazku. 40 Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze na obciazony indukcyjnoscia i rezystancja obwód przyklada sie napiecie stale poprzez obwód RC lub poprzez elementy pojemnosciowy, przy czym przebieg narastania pradu jest uwarunkowany 45 uprzednim doborem czlonu RC lub elementu po¬ jemnosciowego w takim zakresie, ze w obwodzie wystepuja drgania tlumione pradu, a ponadto re¬ guluje sie odpowiednio wartosc napiecia w pierw¬ szej cwiartce okresu drgan pradu tak, aby uzys- 50 kac najwieksza wartosc amplitudy pradu równa amplitudzie pradu znamionowego, przy czym za* bieg ten powtarza sie w poszczególnych uzwoje¬ niach fazowych w kolejnosci prawidlowej dla n- fazowego ukladu napieciowego. 55 Dla uzyskania zadanego czasu narastania pradu przy minimalnych stratach, amplitude skladowej sinusoidalnej drgan pradu reguluje sie na wartosc zerowa przez celowy dobór wartosci rezystancji i pojemnosci. 60 Sposób wedlug wynalazku zapewnia bezstratna prace dzieki temu, ze do obwodu zawierajacego indukcyjnosc i rezystancje, na jedno lub kilka uz- uzwojen fazowych silnika impulsowego, przyklada sie napiecie stale Uj, które wywoluje prad I o war- 65 tosci przyblizajacej sie asymptotycznie do wartosci83 552 6 znamionowej Iu, a równoczesnie przez wlaczony szeregowo element wylacznie pojemnosciowy przy¬ klada sie równiez napiecie U2 wywolujace drgania tlumione pradu I2, przy czym napiecie U2 wywo¬ lujace drgania tlumione pradu I2 jest wieksze od przylozonego napiecia stalego Ui, a najwieksza amplituda plynacego pradu I2 jest równa wartosci I2 znamionowej, a wartosc czestotliwosci drgan pradu I2, czyli czas narastania pradu, reguluje sie wylacznie przez znany dobór elementu pojemnos¬ ciowego.Urzadzenie do stosowania sposobu wedlug wyna¬ lazku, które posiada obwód zawierajacy indukcyj- nosc i rezystancje, tworzacy n-fazowy uklad napie¬ ciowy licznika i zasilacz pradu stalego, w którym kazde z wyjsc licznika, których liczba jest równa liczbie faz, z jednej strony jest polaczone z wejsciem wzmacniacza przelaczajacego, a z drugiej strony przez czlon rózniczkujacy i inwertor z wejsciem zasilajacego transformator wzmacniacza, przy czym wyjscie zasilajacego transformator wzmacniacza jest polaczone z poczatkiem uzwojenia pierwot¬ nego transformatora zaplonowego, a koniec uzwo¬ jenia pierwotnego transformatora zaplonowego jest polaczony z dajacym napiecie stale Ui biegunem zasilacza, a ponadto dajacy napiecie Uj biegun jest polaczony z katoda diody rozdzielajacej i z koncami uzwojen pierwotnych transformatorów zaplonowych, natomiast anoda diody rozdzielaja¬ cej jest polaczona z biegunem laczacym jeden ko¬ niec obwodu zawierajacego indukcyjnosc i rezy¬ stancje z anoda diody zabezpieczajacej, a katoda diody zabezpieczajacej jest polaczona z zaciskiem laczacym drugi koniec obwodu zawierajacego in¬ dukcyjnosc i rezystancje z wyjsciem wzmacniacza przelaczajacego, charakteryzuje sie tym, ze zacisk laczacy jeden biegun elementu pojemnosciowego i anoda sterowanego elementu pólprzewodnikowe¬ go jest polaczony z laczacym drugi biegun ele¬ mentu pojemnosciowego i katode sterowanego ele¬ mentu pólprzewodnikowego do dajacego napiecie U2 bieguna, przy czym elektroda sterujaca stero¬ wanego elementu pólprzewodnikowego jest pola¬ czona z poczatkiem uzwojenia wtórnego transfor¬ matora zaplonowego, a koniec uzwojenia wtórne¬ go transformatora zaplonowego jest polaczony z z katoda sterowanego elementu pólprzewodniko¬ wego.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia charakterystyki pradowe wzglednie ich skladowe w funkcji czasu dla stosowania obarczonego minimalnymi, stratami sposobu we¬ dlug wynalazku w przypadku obwodu zawieraja¬ cego indukcyjnosc i rezystancje, fig. 2 — wykresy wystepujacych przy itym napiec i pradów w funk¬ cji czasu, fig. 3 — przyklad wykonania urzadze¬ nia do stosowania sposobu wedlug wynalazku bez strat, a fig. 4 — przyklad wykonania urzadzenia do stosowania z minimalnymi stratami sposobu wedlug wynalazku.Na fig. 1 pokazano gruba linia krzywa pradowa uzyskiwana w obwodzie obciazonym indukcyjnos- cia i rezystancja w przypadku, gdy napiecie stale Uo jest przykladane z zasilacza przez obwód RC.Pokazane sa równiez poszczególne skladowe wy¬ padkowej krzywej pradowej. Pokazano, ze jesli amplituda skladowej sinusoidalnej zbliza sie do zera, wówczas wypadkowa krzywa pradowa zbli- B za sie do wartosci znamionowej pradu i dalej jest silnie tlumiona. Wartosc pradu juz w pierwszej cwiartce okresu drgan jest z duzym przyblizeniem równa wartosci znamionowej pradu.Pokazane na fig. 2 napiecie stale Ui, przylozo- l0 ne na obciazony indukcyjnoscia i rezystancja ob¬ wód wytwarza w obwodzie prad lu który asymp¬ totycznie zbliza sie do wartosci znamionowej pradu obwodu. Jezeli równoczesnie z przylozeniem napiecia stalego V1 do obwodu zostanie przez ele- 15 ment pojemnosciowy przylozone równiez napiecie stale U2, przy czym V2^V1 wówczas w obwodzie obciazonym indukcyjnoscia i rezystancja powstaja drgania tlumione napiecia U2 i pradu I2, którego szybkosc narastania zalezy jedynie od czestotliT M wosci drgan. Przez wybór wartosci napiecia sta¬ lego U2 i wartosci elementu pojemnosciowego mozna uzyskac taki prad I* którego uzyskiwana po pierwszej cwiartce okresu najwyzsza amplitu¬ da jest w przyblizeniu zgodna z wartoscia zna- 25 mionowa pradu obwodu.Tak uzyskany w obwodzie prad I2 nie powinien juz drgac po pierwszej cwiartce okresu, to jest powinien sie zmniejszac, poniewaz napiecie stale Ui utrzymuje istniejacy juz prad, równy pradowi go znamionowemu In. W obwodzie przeplywa zatem prad zobrazowany przez krzywa narysowana linia ciagla.Na fig. 3 pokazano przyklad rozwiazania bez¬ stratnego sposobu wedlug wynalazku. Na fig. 3 35 przez 8a, 8b oznaczono zasilane, zlozone z induk- cyjnosci i rezystancji, obwody, które moga przy¬ kladowo stanowic uzwojenia fazowe a, b wielofa¬ zowego, elektrycznego silnika impulsowego, lub cewki sprzegla elektromagnetycznego, albo tez 4a cewki przyciagajace i odpychajace elektromagne¬ sów.Uklad polaczen, wzglednie sposób dzialania urza¬ dzenia wedlug wynalazku omówiono na podstawie uzwojenia fazowego elektrycznego silnika impul- tó sowego, jednakze mozna zastosowac zwielokrotnie¬ nie obwodu zaznaczonego na rysunku linia osio¬ wa, zasilanie n-fazowyeh uzwojen elektrycznego silnika impulsowego, luib n innych obwodów ob¬ ciazonych indukcyjnosciami i rezystancjami, wzgled¬ nie mozna w nich uzyskac szybki wzrost pradu znamionowego.Wyjscie 2a tworzacego n-fazowy uklad napie¬ ciowy licznika wyposazonego w wyjscia 2a, 2b...2n jest z jednej strony polaczone z wejsciem lOaz eB wzmacniacza przelaczajacego lOa, a z drugiej stro- 55 ny przez czlon rózniczkujacy lla i inwertor 12a z wejsciem 9au zasilajacego transformator wzmac¬ niacza 9a. Wyjscie 9at zasilajacego transformator wzmacniacza 9a jest polaczone z poczatkiem 5ah uzwojenia pierwotnego transformatora zaplonowe- eo go 5a, natomiast koniec 5ae uzwojenia pierwotne¬ go transformatora zaplonowego 5a jest polaczone z zaciskiem lc zasilacza 1 pradu stalego. Biegun lc, dajacy napiecie Ui, jest przy tym polaczony 35 z katoda Gai diody rozdzielajacej 6a, oraz z kon- 5083 7 cami uzwojenia pierwotnego transformatorów za¬ plonowych 5b,... 5n kolejnych uzwojen fazowych b,... n i z zaciskiem laczacym katody diod rozdzie¬ lajacych 6b,... 6n.Anoda 6ao diody rozdzielajacej 6a jest przy tym polaczona z biegunem 8aq, który laczy anode 7an diody zabezpieczajacej 7a z koncem obciazonego indukcyjnoscia 8al i rezystancja 8ar obwodu 8a, oraz katode 7ap diody 7a z zaciskiem 8as, który laczy drugi koniec obciazonego indukcyjnoscia 8al i rezystancja 8ar obwodu 8a z wyjsciem 10ax wzmacniacza przelaczajacego. Zacisk laczacy bie¬ gun 3ay elementu pojemnosciowego 3a i anode 4aw sterowanego elementu pólprzewodnikowego 4a jest polaczony z koncem 8aq obciazonego indukcyj¬ noscia 8al i rezystancja 8ar obwodu 8a, a zacisk laczacy biegun 3am elementu pojemnosciowego 3a i: katode 4ak sterowanego elementu pólprzewodni¬ kowego 4a jest polaczony z dajacym napiecie U2 biegunem Id zasilacza 1.Elektroda sterujaca 4av sterowanego elementu pólprzewodnikowego 4a jest przy tym polaczona z poczatkiem 5aj uzwojenia wtórnego transforma¬ tora zaplonowego 5a a koniec 5ag uzwojenia wtór¬ nego transformatora zaplonowego 5a jest polaczony z katoda 4ak literowanego elementu pólprzewodni¬ kowego 4a.Zasilacz 1 pradu stalego, wzmacniacz przelacza¬ jacy lOa i emitery lf zasilajacego transformator wzmacniacza 9a tworza razem mase ukladu.Na uzwojenie fazowe 8a obciazonego indukcyj¬ noscia 8al i rezystancja 8ar n-fazowego silnika im¬ pulsowego podawane jest z jednej strony z zasi¬ lacza 1 przez wyjscie lc i przez diode rozdziela¬ jaca 6a napiecie stale Ui wytwarzajace prad zna¬ mionowy In, a z drugiej strony przez wyjscie Id i przez element pojemnosciowy 3a równiez napie¬ cie stale U2, przy czym napiecie U2 jest znacznie wieksze od napiecia Ui.Napiecia te sa podawane na obwód 8a przez wzmacniacz przelaczajacy lOa, przelaczany za po¬ moca sygnalu sterujacego wytwarzanego na wyj¬ sciu 2a stanowiacego n-fazowy uklad napieciowy licznika 2. Napiecie V1 jest tak okreslone, ze w stanie statycznym wytwarza ono w obwodzie 8a prad na poziomie pozadanego pradu znamionowego, którego utworzenie jest ustalane przez stala czasu, okreslona przez induikcyjnosc i rezystancje obwodu.Wartosc napiecia stalego U2 i pojemnosc elemen¬ tu pojemnosciowego sa tak dobrane, ze w obwo¬ dzie 8a powstaja drgania tlumione napiecia U2 oraz prad tego samego charakteru, którego war¬ tosc maksymalna jest równa w przyblizeniu war¬ tosci znamionowej pradu. Wzrost pradu w obwo¬ dzie 8a w funkcji czasu jest okreslony przez cze¬ stotliwosc drgan pradu J2 lub napiecia U'2, które z kolei sa okreslane przez wartosc pojemnosci ele¬ mentu pojemnosciowego.Po wlaczeniu wzmacniacza przelaczajacego lOa przez element pojemnosciowy 3a plynie prad la¬ dowania, który osiaga swa wartosc maksymalna podczas pierwszej cwiartki okresu, przy czym na¬ piecie jest w przyblizeniu równe zeru. Druga cwiartka okresu drgan nie moze juz jednak pow¬ stac, poniewaz istniejacy juz prad maksymalny 552 8 równy znamionowemu jest utrzymywany nadal przez napiecie stale U^ Kiedy na wyjsciu 2a licz¬ nika 2 zanika sygnal sterujacy wzmacniacz prze¬ laczajacy, zanika równiez prad w obwodzie 8a 5 i dioda zabezpieczajaca 7a odcina powstajacy skok napiecia na indukcyjnosci.Element pojemnosciowy 3a musi zostac bardzo szybko rozladowany, aby przebieg mógl sie pow¬ tórzyc w przypadku ponownego wlaczenia po 10 krótkim czasie. Dlatego, gdy wzmacniacz przela¬ czajacy lOa zostanie wylaczony przez biegun 2a, równoczesnie przez czlon rózniczkujacy lla i przez inwertor 12a zostaje wlaczony transformator zasi¬ lajacy wzmacniacz 9a, na skutek czego transfor- 15 mator zaplonowy 5a wlacza sterowany element pólprzewodnikowy 4a, przez który element pojem¬ nosciowy 3a bardzo szybko sie rozladowuje. Za¬ danie diody rozdzielajacej polega na uniemozliwie¬ niu przejscia z czesci wysokonapieciowej na czesc 20 niskonapieciowa.Na fig. 4 pokazano przyklad wykonania urza¬ dzenia wedlug wynalazku, w którym elementy ob¬ wodu oznaczone przez x sa takie same jest ele¬ menty z fig. 3. Na obciazony indukcyjnoscia i re- 25 zystancja obwód jest podawane napiecie przez czlon RC, gdzie na rezystancji wystepuje mini¬ malna strata, urzadzenie to ma jednak znacznie prostszy uklad polaczen niz poprzednie. Rozlado¬ wanie elementu pojemnosciowego nastepuje tu 30 przez rezystancje. PL PL