RU2557805C1 - Pulse inductive dynamic drive - Google Patents

Pulse inductive dynamic drive Download PDF

Info

Publication number
RU2557805C1
RU2557805C1 RU2014100341/07A RU2014100341A RU2557805C1 RU 2557805 C1 RU2557805 C1 RU 2557805C1 RU 2014100341/07 A RU2014100341/07 A RU 2014100341/07A RU 2014100341 A RU2014100341 A RU 2014100341A RU 2557805 C1 RU2557805 C1 RU 2557805C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
winding
engine
motor
pulse
inductive dynamic
Prior art date
Application number
RU2014100341/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014100341A (en
Inventor
Виктор Васильевич Ивашин
Николай Александрович Иванников
Максим Владимирович Кочетков
Камиль Харрясович Узбеков
Артём Николаевич Чичков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тольяттинский государственный университет" (ТГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тольяттинский государственный университет" (ТГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тольяттинский государственный университет" (ТГУ)
Priority to RU2014100341/07A priority Critical patent/RU2557805C1/en
Publication of RU2014100341A publication Critical patent/RU2014100341A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2557805C1 publication Critical patent/RU2557805C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: motors and pumps.
SUBSTANCE: invention relates to inductive dynamic drives used for the creation of pulse actions of required values and durations, in particular for non-explosive sources of seismic waves. A pulse inductive dynamic drive contains an inductive dynamic engine, to the excitation winding of which through an operated key a capacitive storage with a charger is connected. A series connected diode and resistor are connected to leads of the engine winding, in parallel to which a capacitor is connected.
EFFECT: reduction in thermal losses and heating of the excitement winding of the inductive dynamic engine and reduction of duration of the back front of the force created by the engine.
2 dwg

Description

Изобретение относится к индукционно-динамическим приводам, применяемым для создания импульсных воздействий необходимой величины и длительности в технологических устройствах общепромышленного назначения, например в электрических аппаратах, при штамповке и формовке деталей, прессовании, а также в импульсных сейсмоисточниках, в которых индукционно-динамический привод обеспечивает импульсное воздействие на грунт или воду с целью формирования в них сейсмических волн.The invention relates to induction-dynamic drives used to create pulsed effects of the required size and duration in technological devices for general industrial use, for example, in electrical apparatuses, during stamping and molding of parts, pressing, and also in pulse seismic sources in which the induction-dynamic drive provides a pulse impact on soil or water in order to form seismic waves in them.

Известен принятый за аналог индукционно-динамический привод [Л.Н. Карпенко "Быстродействующие электродинамические отключающие устройства." (Изд-во "Энергия", Ленинградское отделение, 1973 г., стр.8-9, рис.156)], содержащий снабженный зарядным устройством емкостный накопитель энергии, управляемый ключ для разряда накопителя на обмотку возбуждения двигателя и присоединенный параллельно обмотке двигателя диод. Работает данное устройство следующим образом: предварительно заряженный от зарядного устройства емкостный накопитель через ключ разряжается на обмотку возбуждения двигателя. При прохождении тока через обмотку возбуждения двигатель создает электромагнитную силу, значение которой пропорционально квадратичному значению тока. В момент полного разряда емкостного накопителя напряжение на диоде изменяет знак, он открывается и ток, протекающий через обмотку двигателя, замыкается через диод. При этом ключ выключается и емкостный накопитель обесточивается, что обеспечивает уменьшение необходимой мощности зарядного устройства при последующем очередном заряде емкостного накопителя.Known accepted as an analog induction-dynamic drive [L.N. Karpenko "High-speed electrodynamic tripping devices." (Energia Publishing House, Leningrad Branch, 1973, pp. 8-9, Fig. 156)], which contains a capacitive energy storage device equipped with a charger, a controlled key for discharging the storage device to the motor excitation winding, and a diode connected in parallel to the motor winding . This device works as follows: a capacitive storage pre-charged from a charger through a key is discharged to the motor excitation winding. When the current passes through the field winding, the motor creates an electromagnetic force, the value of which is proportional to the quadratic value of the current. At the time of the full discharge of the capacitive storage, the voltage on the diode changes sign, it opens and the current flowing through the motor winding closes through the diode. In this case, the key is turned off and the capacitive storage is de-energized, which ensures a decrease in the required power of the charger during the next subsequent charge of the capacitive storage.

К недостаткам аналога относится значительное тепловыделение в обмотке при протекании по ней с момента включения диода экспоненциально уменьшающегося тока, что приводит к ее дополнительному нагреву. Привод по аналогу не обеспечивает возможности оперативного изменения длительности создаваемого механического импульса. Эти недостатки снижают технические характеристики привода и ограничивают возможности его применения.The disadvantages of the analogue include significant heat in the winding when it flows through it from the moment the diode turns on an exponentially decreasing current, which leads to its additional heating. The analog drive does not provide the ability to quickly change the duration of the generated mechanical impulse. These shortcomings reduce the technical characteristics of the drive and limit its application.

Известно принятое за прототип техническое решение индукционно-динамического привода [Изобретение RU 2485614 C2, опубл. 20.06.2013], которое, как и аналог, содержит емкостный накопитель энергии с зарядным устройством, управляемый ключ для разряда емкости на обмотку возбуждения двигателя и присоединенный к выводам обмотки диод. В отличие от аналога емкостный накопитель выполнен из основной емкости и присоединенной к ней через диод дополнительной емкости. Такое решение позволяет расширить вершину тока в обмотке возбуждения и, соответственно, увеличить создаваемый приводом механический импульс, прикладываемый к технологической нагрузке якорем двигателя.Known adopted for the prototype technical solution of the induction-dynamic drive [Invention RU 2485614 C2, publ. 06/20/2013], which, like the analogue, contains a capacitive energy storage device with a charger, a controllable key for discharging the capacitance to the field winding of the motor, and a diode connected to the terminals of the winding. Unlike the analog, the capacitive storage is made of the main capacity and additional capacity connected to it through the diode. This solution allows you to expand the peak of the current in the field winding and, accordingly, increase the mechanical impulse created by the drive applied to the process load by the motor armature.

Однако, как и в аналоге, в течение периода времени, когда ток обмотки протекает через присоединенный к ее выводам диод, в обмотке выделяется в виде тепла значительная доля непреобразованной в механическую энергию магнитного поля обмотки. Кроме этого, протекающий по обмотке и диоду ток характеризуется значительной, в несколько раз превышающий длительность разряда емкостного накопителя на обмотку постоянной времени. В результате, после формирования силы в течение времени разряда емкостного накопителя, привод создает значительную экспоненциально уменьшающуюся силу.However, as in the analogue, during the period of time when the winding current flows through a diode connected to its terminals, a significant portion of the winding magnetic field that is not converted into mechanical energy is released in the form of heat in the winding. In addition, the current flowing through the winding and the diode is characterized by a significant, several times greater than the duration of the discharge of the capacitive storage to the winding constant time. As a result, after the force is generated during the discharge time of the capacitive storage, the drive creates a significant exponentially decreasing force.

Данные недостатки снижают технические характеристики привода и ограничивают возможности его применения.These shortcomings reduce the technical characteristics of the drive and limit the possibility of its application.

Задача изобретения состоит в повышении технических характеристик импульсного индукционно-динамического привода и расширении области его применения.The objective of the invention is to improve the technical characteristics of a pulse induction-dynamic drive and expand the scope of its application.

Технический результат заключается в снижении тепловых потерь и нагрева обмотки возбуждения индукционно-динамического двигателя и уменьшении длительности заднего фронта создаваемой двигателем силы.The technical result consists in reducing heat losses and heating the field winding of the induction-dynamic motor and reducing the duration of the trailing edge of the force generated by the motor.

Предложенный импульсный индукционно-динамический привод содержит емкостный накопитель энергии с зарядным устройством, индукционно-динамический двигатель с обмоткой возбуждения и управляемый ключ для разряда емкостного накопителя на обмотку возбуждения. К выводам обмотки присоединены последовательно включенные диод и резистор с параллельно подсоединенным к нему конденсатором.The proposed pulsed induction-dynamic drive contains a capacitive energy storage device with a charger, an induction-dynamic motor with an excitation winding and a controlled key for discharging a capacitive storage device to the excitation winding. A series-connected diode and a resistor with a capacitor connected in parallel to it are connected to the winding conclusions.

Технический результат достигается за счет того, что между выводами обмотки возбуждения присоединены последовательно включенные диод и резистор, параллельно которому присоединен конденсатор.The technical result is achieved due to the fact that between the terminals of the field winding are connected series-connected diode and resistor, in parallel to which a capacitor is connected.

На фиг.1 приведена электрическая схема предложенного привода, а на фиг.2 - графики напряжения на обмотке возбуждения двигателя, тока обмотки возбуждения и создаваемой двигателем силы.Figure 1 shows the electrical circuit of the proposed drive, and figure 2 is a graph of the voltage on the field winding of the motor, the current of the field winding and the force generated by the motor.

Импульсный привод содержит емкостный накопитель энергии 1 с зарядным устройством 2. Управляемый ключ 3 включен в цепь разряда емкостного накопителя на обмотку возбуждения 4 двигателя, которая помещена в пазу индуктора 5 индукционно-динамического двигателя, а якорь двигателя выполнен в виде прилегающей к плоскости обмотки 4 пластины 6 из материала высокой электропроводности. К выводам обмотки 4 через диод 7 присоединен резистор 8, параллельно которому включен конденсатор 9.The pulse drive contains a capacitive energy storage device 1 with a charger 2. A controlled key 3 is included in the discharge circuit of the capacitive storage device on the excitation winding 4 of the motor, which is placed in the groove of the inductor 5 of the induction-dynamic motor, and the motor armature is made in the form of plates adjacent to the plane of the winding 4 6 made of high conductivity material. To the conclusions of the winding 4 through the diode 7 is connected a resistor 8, in parallel with which a capacitor 9 is connected.

Работает привод следующим образом. Перед началом работы емкостный накопитель 1 (фиг.1) заряжается от зарядного устройства 2 до необходимого напряжения. При открытии в момент t0 (фиг.2) от системы управления (на фиг.1 не показана) управляемого ключа 3 накопитель 1 за время t1 разряжается на обмотку возбуждения 4 двигателя, что приводит к приложению к обмотке импульса напряжения 10, протеканию по обмотке импульса тока 11 (фиг.2) и созданию вокруг обмотки магнитного потока 12 (фиг 1). За счет экранирования магнитного потока электропроводящей пластиной 6 якоря, поток проходит через область прилегания якоря к обмотке и между обмоткой и якорем создается расталкивающая их электродинамическая сила 13 (фиг.1 и 2).The drive operates as follows. Before starting work, the capacitive storage device 1 (Fig. 1) is charged from the charger 2 to the required voltage. When you open at the time t 0 (Fig. 2) from the control system (not shown in Fig. 1) the controlled key 3, the drive 1 is discharged to the excitation winding 4 of the motor for a time t 1 , which leads to the application of a voltage pulse 10 to the winding, flowing along winding a current pulse 11 (FIG. 2) and creating a magnetic flux 12 around the winding (FIG. 1). Due to the shielding of the magnetic flux by the conductive plate 6 of the armature, the flux passes through the region where the armature fits to the winding, and an electrodynamic force 13 repelling them is created between the armature and the armature (FIGS. 1 and 2).

Figure 00000001
Figure 00000001

где i(t) - ток 11 обмотки возбуждения;where i (t) is the current 11 of the field winding;

LЭ - эквивалентное значение индуктивности обмотки, зависящее от зазора между обмоткой и пластиной и коэффициента магнитной связи между ними.L e - the equivalent value of the inductance of the winding, depending on the gap between the winding and the plate and the coefficient of magnetic coupling between them.

Сила 13 имеет квадратичную зависимость от тока в обмотке. Из-за влияния активного сопротивления 14 обмотки ток 11 и, соответственно, сила 13 достигают максимального значения несколько раньше момента t1 изменения знака напряжения 10 на обмотке 4.Force 13 has a quadratic dependence on the current in the winding. Due to the influence of the active resistance 14 of the winding, the current 11 and, accordingly, the force 13 reach a maximum value somewhat earlier than the time t 1 of the change in sign of voltage 10 on the winding 4.

С момента t1 включения диода 7 и, соответственно, выключения управляемого ключа 3, ток 11 обмотки проходит через диод 7 и резистор 8 и уменьшается по близкому к экспоненциальному закону с постоянной времени τ.From the moment t 1 of turning on the diode 7 and, accordingly, turning off the controlled switch 3, the current 11 of the winding passes through the diode 7 and the resistor 8 and decreases according to an exponential law with a time constant τ.

Figure 00000002
Figure 00000002

где I1 - ток в обмотке в момент t1, awhere I 1 is the current in the winding at time t 1 , a

Figure 00000003
Figure 00000003

В (3) LЭ - индуктивность обмотки, значение которой может быть принято постоянным, а

Figure 00000004
, где r1 - сопротивление обмотки 4, а r2 - добавочного резистора 8.In (3) L E - inductance coil, which value can be assumed constant, and
Figure 00000004
where r 1 is the resistance of the winding 4, and r 2 is an additional resistor 8.

Потери Ar в обмотке и резисторе пропорциональны квадратичному значению тока:The losses A r in the winding and resistor are proportional to the quadratic value of the current:

Figure 00000005
Figure 00000005

С учетом (3)In view of (3)

Figure 00000006
Figure 00000006

и, следовательно, потери Ar не зависят от величины добавочного сопротивления r2 и равны энергии магнитного поля обмотки двигателя с индуктивностью LЭ при токе I1 в момент t1.and, therefore, the losses A r are independent of the value of the additional resistance r 2 and are equal to the energy of the magnetic field of the motor winding with inductance L E at current I 1 at time t 1 .

За счет включения последовательно с диодом 7 резистора 8 с сопротивлением r2 общие потери Ar разделяются на потери Ar1 в сопротивлении r1 обмотки и потери Ar2 в резисторе 8 в зависимости от значения

Figure 00000007
Их относительные значенияDue to the inclusion of a resistor 8 with resistance r 2 in series with diode 7, the total losses A r are divided into losses A r1 in the resistance r 1 of the winding and losses A r2 in the resistor 8, depending on the value
Figure 00000007
Their relative values

Figure 00000008
Figure 00000008

В реальных технических решениях значение сопротивления r2 может в 2-4 и более раз превышать значение r1, т.е. n≈2÷4. При n=2 потери

Figure 00000009
в обмотке уменьшаются до 1/3, а при n=4 - до 1/5 от потерь Ar, выделяемых в обмотке при n=0 (r2=0).In real technical solutions, the resistance value r 2 can be 2-4 or more times higher than the value r 1 , i.e. n≈2 ÷ 4. For n = 2 losses
Figure 00000009
in the winding are reduced to 1/3, and for n = 4 - to 1/5 of the losses A r allocated in the winding at n = 0 (r 2 = 0).

Развиваемая двигателем сила Р пропорциональна квадратичному значению тока и может быть записана какThe force P developed by the motor is proportional to the quadratic value of the current and can be written as

Figure 00000010
Figure 00000010

т.е. сила Р изменяется с постоянной времени

Figure 00000011
those. force P varies with time constant
Figure 00000011

На фиг.2 для сравнения приведена сила 13, развиваемая двигателем с момента времени t1 при значениях n=0 и n=2. В сравнении со случаем n=0 при n=2 задний фронт создаваемой силы 13 характеризуется более быстрым снижением силы, с постоянной времени τ/6.Figure 2 for comparison shows the force 13 developed by the engine from time t 1 at values n = 0 and n = 2. Compared with the case n = 0 at n = 2, the trailing edge of the generated force 13 is characterized by a faster decrease in force, with a time constant τ / 6.

При увеличении n снижается создаваемый с момента t1 механический импульс N между индуктором 5 с обмоткой 4 и якорем двигателя 6. Его величина N пропорциональна интегральному значению создаваемой силы и уменьшается с увеличением τ.With increasing n, the mechanical impulse N created from time t 1 decreases between the inductor 5 with the winding 4 and the armature of the motor 6. Its value N is proportional to the integral value of the generated force and decreases with increasing τ.

Figure 00000012
Figure 00000012

Относительное значение механического импульса, характеризуемое отношением его значений при n≠0 и n=0:The relative value of the mechanical impulse, characterized by the ratio of its values at n ≠ 0 and n = 0:

Figure 00000013
Figure 00000013

которое аналогично соотношению (6) для определения относительного значения потерь

Figure 00000014
в обмотке возбуждения двигателя.which is similar to relation (6) for determining the relative value of losses
Figure 00000014
in the field winding of the motor.

Управляемый ключ 3 может быть выполнен с использованием одного или нескольких последовательно-параллельно соединенных (в зависимости от мощности привода) однооперационных или двухоперационных (выключаемых) тиристоров. Применение параллельно подключенного к добавочному сопротивлению 8 конденсатора 9 снижает коммутационные потери в тиристорах и повышает надежность их работы.Managed key 3 can be performed using one or more series-parallel connected (depending on drive power) single-operation or two-operation (turn off) thyristors. The use of a capacitor 9 connected in parallel to an additional resistance 8 reduces the switching losses in the thyristors and increases the reliability of their operation.

Таким образом, предложенное техническое решение импульсного индукционно-динамического привода обеспечивает достижение поставленной задачи за счет уменьшения тепловых потерь в обмотке возбуждения двигателя привода и уменьшения после момента выключения управляемого ключа создаваемого двигателем механического импульса силы.Thus, the proposed technical solution of a pulsed induction-dynamic drive ensures the achievement of the task by reducing heat loss in the excitation winding of the drive motor and decreasing the force generated by the engine after the controlled key is turned off.

Claims (1)

Импульсный индукционно-динамический привод, содержащий индукционно-динамический двигатель, к обмотке возбуждения которого через управляемый ключ присоединен емкостной накопитель с зарядным устройством, отличающийся тем, что к выводам обмотки присоединены последовательно соединенные диод и резистор, параллельно к которому присоединен конденсатор. A pulse induction-dynamic drive containing an induction-dynamic motor, to the excitation winding of which a capacitive storage device with a charger is connected via a controlled key, characterized in that a series-connected diode and a resistor are connected to the winding leads, in parallel with which a capacitor is connected.
RU2014100341/07A 2014-01-09 2014-01-09 Pulse inductive dynamic drive RU2557805C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014100341/07A RU2557805C1 (en) 2014-01-09 2014-01-09 Pulse inductive dynamic drive

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014100341/07A RU2557805C1 (en) 2014-01-09 2014-01-09 Pulse inductive dynamic drive

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014100341A RU2014100341A (en) 2015-07-20
RU2557805C1 true RU2557805C1 (en) 2015-07-27

Family

ID=53611312

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014100341/07A RU2557805C1 (en) 2014-01-09 2014-01-09 Pulse inductive dynamic drive

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2557805C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2707699C1 (en) * 2019-01-24 2019-11-28 Эдвид Иванович Линевич Method for recuperation of electric power and device for its implementation

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU299909A1 (en) * DEVICE FOR TWO-TIME AUTOMATIC REPEAT SWITCHING OF SWITCHES
SU1762406A1 (en) * 1990-12-13 1992-09-15 Львовский Научно-Исследовательский Радиотехнический Институт Optoelectronic switch with current protector
RU2110102C1 (en) * 1995-07-11 1998-04-27 Осипов Виталий Михайлович Circuit for spark quenching in alternating current lines
RU2485614C2 (en) * 2011-08-03 2013-06-20 Виктор Васильевич Ивашин Inductive dynamic drive

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU299909A1 (en) * DEVICE FOR TWO-TIME AUTOMATIC REPEAT SWITCHING OF SWITCHES
SU1762406A1 (en) * 1990-12-13 1992-09-15 Львовский Научно-Исследовательский Радиотехнический Институт Optoelectronic switch with current protector
RU2110102C1 (en) * 1995-07-11 1998-04-27 Осипов Виталий Михайлович Circuit for spark quenching in alternating current lines
RU2485614C2 (en) * 2011-08-03 2013-06-20 Виктор Васильевич Ивашин Inductive dynamic drive

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2707699C1 (en) * 2019-01-24 2019-11-28 Эдвид Иванович Линевич Method for recuperation of electric power and device for its implementation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014100341A (en) 2015-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8710793B2 (en) Electrical converter with variable capacitor
Perotoni et al. Coilgun velocity optimization with current switch circuit
RU2557805C1 (en) Pulse inductive dynamic drive
RU2398247C1 (en) Pulsed drive of electromagnetic seismic source
US9570257B2 (en) Method for controlling a contactor device, and control unit
JP2010092746A (en) Driving circuit for solenoid operation mechanism
WO2008139250A1 (en) Combined electrically-controlled actuator
RU2498351C1 (en) Pulsed electromagnetic drive for seismic vibrator
RU2485614C2 (en) Inductive dynamic drive
Lu et al. Asynchronous discharge of an eight-module superconducting pulsed power supply for driving an electromagnetic railgun
US9472366B2 (en) Generation and use of electric fields from capacitive effects of a solenoid
RU2172496C1 (en) Pulse electromagnetic drive of non-explosive seismic source
CN107165758A (en) A kind of high-current pulsed electron beam source light remote control ignition driver
CN105656261B (en) The high-voltage pulse magnetizing apparatus of counter electromotive force of motor k-factor drops
CN205583949U (en) High -voltage pulse magnetizing apparatus of motor back electromotive force K coefficient falls
TW201603517A (en) Generation and use of magnetic vector potential
CN108449074A (en) High-power pulse back edge sharpening circuit based on magnetic switch
JP6986343B2 (en) Electromagnetic retarder with automatic switching function
RU2604356C1 (en) Pulsed electromagnetic drive
Huang et al. A novel-type velocity-controllable electromagnetic coil launcher based on voltage control
RU107652U1 (en) INDUCTIVE-CAPACITIVE CURRENT PULSE GENERATOR
EA200701722A1 (en) ELECTRODYNAMIC DRIVE
US11749436B2 (en) Method for generating a pulsed magnetic field and associated device
Yang et al. Soft-Landing Mechanism Design driven by Electromagnetic Repulsion Force with Application to Bypass Switch
RU167668U1 (en) GENERATOR OF POWERFUL MAGNETIC FIELD PULSES

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160110