SU1229419A1 - Термомеханический электропривод - Google Patents

Description

О/

4: :0

Y

(Pm.f

2. Электропривод по п. 1, отличающийс  тем, что блок управлени  ключевым элементом содержит два формировател  импульсов, J-K- триггер, последовательно соединенные первый элемент И, счетчик и депшфра- тор, а также генератор импульсов, второй и третий элементы И, элемент задержки, Т-триггер, формирователь синхроимпульсов, причем вход пуска блока управлени  через один из форми рователей импульсов св зан с J-вхо- дом J-К-триггера, К-вход которого св зан с Т-входом Т-триггера, а также с выходами дешифратора и другого формировател  импульсов, вход которого подключен к входу остановки блока управлени , выход J-К-триггера

Изобретение относитс  к машиностроению , а именно к устройствам дл  преобразовани  тепловой энергии, получаемой при разогреве проводника электрическим током, в механическую энергию с про влением эффекта термо- меканической пам ти формы рабочего элемента, и,может быть использовано дл  привода запорной трубопроводной арматуры, масл ных и воздушных электрических выключателей, разъединителей , а также других аппаратов, где имеютс  жесткие ограничени  по весу, габаритам и времени срабатывани , при наличии достаточно мощных источников питани .

Цель изобретени  - повышение быстродействи , уменьшение габаритов и массы путем увеличени  потребл емого тока при заданном напр жении источника питани  без введени  промежуточных трансформаторных источников питани .

На фиг. 1 изображена принщ1пиаль- на  электрическа  схема предлагаемого электропривода; на фиг. 2 - графи зависимости относительной деформации рабочего элемента от температуры при про влении эффекта термомеханической пам ти формы; на фиг, 3 - график зависимости напр жени  и тока питани  рабочего элемента, а также температуры последнего от времени; на

29419

подклкЛен к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы которых св заны с выходами формировател  синхроимпульсов и генератора импульсов соответственно, один из входов третьего элемента И подключен через элемент задержки к выходу генератора импульсов, синхровход которого св зан с выходом формировател  синхроимпульсов, а другой вход третьего элемента И соединен с выходом Т-триггера, выходы второго и третьего элементов И соединены между собой и подключены к выходу блока управлени , синхровход формировател  синхроимпульсов подключен к источнику питани  - сети переменного тока .

фиг,. 4 - блок управлени  ключевым элементом электропривода (логическа  схема).

Термомеханический электропривод

содержит электроприводный рабочий

элемент 1, выполненный на основе материала с эффектом термомеханической пам ти формы, например из нитинола (сплав ТН-1) или алюминиевой бронзы

(сплав ), Рабочий элемент 1 подключен к источнику 2 питани  (к электрической сети) через ключевой элемент 3 в виде полупроводниковых ключей. Дл  управлени  ключевым элементом 3 предлагаемый электропривод содержит также блок 4 управлени . Рабочий элемент 1 выполнен в виде последовательно механически соединенных между собой идентичных участков 5

или проволоки. Каждый из участков 5 электрически параллельно подключен к источнику 2 питани  при noMoiujn соединительных проводов 6 и 7. Один конец рабочего элемента 1 механически св зан с неподвижной опорой 8, а другой конец - с звеном 9 нагрузки (таким звеном 9 может быть клапан, задвижка, контактна  группа реле ц т „ д. ) .

Блок 4 управлени  ключевым элементом 3 содержит два формировател  10 и 1 импульсов, J-К-триггер 12, последовательно соединенные первый эле

мент И 13, счетчик 14 и дешифратор 1 а также генератор 16 импульсов, второй 17 и третий 18 элементы И, элемент 19 задержки, Т-триггер 20 и формирователь 21 синхроимпульсов. Вход пуска блока 4 управлени  через один из формирователей 10 синхроимпульсов св зан с J-входом J-К-триггера 12, К-вход которого св зан с Т-входом Т-триггера 20, а также с выходом дешифратора 15 и другого формировател  11 импульсов, вход которого подключен к входу остановки блока 4 управлени . Выход J-К-триггера 12 подключен к первым входам первого 13 и второго 17 элементов И, вторые входы которых св заны с выходами формц- ровател  21 синхроимпульсов и генератора 16 импульсов соответственно. Один из входов третьего элейента И 18 подключен через элемент 19 задержки к выходу генератора 16 импульсов, син хровход которого св зан с выходом формировател  21 синхроимпульсов, а другой вход третьего элемента И 18 соединен с выходом Т-триггера. Выходы второго 17 и третьего 18 элементов И соединены между собой и подклю- че.ны к выходу блока 4 управлени . Синхровход формирователей 21 синхроимпульсов подключен к источнику 2 питани  - сети переменного уока.

териала рабочего элемента 1, % Дл  про влени  эффекта термомеханической пам ти формы рабочий элемент 1 предварительно нагревают дл  перехода в высокотемпературную модификацию , в этом состо нии ему придают форму, при которой он имеет укороченную длину. Затем сплавохлаждаетс  ниже критической температуры и переходит в другую - низкотемпературПредлагаемый привод с рабочим элементом 1 из материала с эффектом.

термомеханической пам ти формы рабо- 35 . модификацию. Это превращение натает следующим образом.поминает термоупругое мартенситное

превращение.

Если рабочий элемент из сплава в низкотемпературной модификации под- и 3, где использованы следующие обо- 40 пластической деформации рас Изменение параметров процесса при работе привода показано на фиг. 2

значени :

и - электрическое напр жение на

каждом участке 5 рабочего элемента 1;

i - сила тока в рабочем элементе 1 45

t - врем ;

наго врем  первоначального нагрева рабочего элемента 1 до температуры А при включении привода;50 врем  охлаждени  рабочего элемента 1 до температуры Мц; момент первоначального включени  напр жени  на рабочем элементе 1 ; 55 момент отключени  напр жени  на рабочем элементе 1 после его нагрева до температуры

олп

1

t т жени  (допускаема  относительна  деформаци  Б до 6 - 8%) и потом нагреть его, перевод  в высокотемпературную модификацию, то за счет обратного мартенситного превращени  он принимает свою первоначальную укороченную форму, котора  была ему задана при первой деформации в состо нии высокотемпературной модификации. Температуры А„ , А, М и Nf, нос т также название температур начала и конца обратного и пр мого мартенситных превращений .

Усилие, генерируемое материалом с эффектом термомеханической пам ти формы при обратном мартенситном превращении , может достигать величины

10

15

, 2о

в«л.сост

нач

25

0

врем  нахождени  рабочего элемента 1 во включенном состо нии после его охлаждени  до температуры температура рабочего элемента 1;

начальна  температура рабочего элемента 1;

темлература начала перехода материала рабочего элемента 1 в высокотемпературную модификацию;

Ау - температура окончани  перехо- да материала рабочего элемента 1 в высокотемпературную модификацию;

Мц - температура начала перехода материала рабочего элемента 1 в низкотемпературную модификацию;

М - температура окончани  перехода материала рабочего элемента 1 в низкотемпературную модификацию; - относительна  деформаци  материала рабочего элемента 1, %, Дл  про влени  эффекта термомеханической пам ти формы рабочий элемент 1 предварительно нагревают дл  перехода в высокотемпературную модификацию , в этом состо нии ему придают форму, при которой он имеет укороченную длину. Затем сплавохлаждаетс  ниже критической температуры и переходит в другую - низкотемператур5 . модификацию. Это превращение напоминает термоупругое мартенситное

т жени  (допускаема  относительна  деформаци  Б до 6 - 8%) и потом нагреть его, перевод  в высокотемпературную модификацию, то за счет обратного мартенситного превращени  он принимает свою первоначальную укороченную форму, котора  была ему задана при первой деформации в состо нии высокотемпературной модификации. Температуры А„ , А, М и Nf, нос т также название температур начала и конца обратного и пр мого мартенситных превращений .

Усилие, генерируемое материалом с эффектом термомеханической пам ти формы при обратном мартенситном превращении , может достигать величины

512

до 60 кГ/мм. Поскольку деформаци  такого материала может быть значительной (6-8%), значительной может быть и работа, выполн ема  таким материалом .

Дл  обеспечени  заданного времени срабатывани  предлагаемого привода нагрев его рабочего элемента 1 осуществл ют импульсом тока, после чего рабочий элемент 1 отключают от сети во избежание его перегорани , В заданный момент времени блок 4 управлени  ключевым элементом вырабатываеи сигнал на включение ключевого элемента 3 (фиг, 1) и в течение времени Тнагр. J необходимого лш  нагрева материала рабочего элемента 1 до температуры At, по рабочему элементу 1 протекает кратковременный импульс тока (фиг, 3),

В нагретом состо нии про вл етс  эффект термомеханической пам ти рабо чего элемента 1, в результате чего он укорачиваетс , привод  в движение звено 9 нагрузки. Если после этого просто отключить рабочий элемент 1 от электрической цепи, то он охладитс , потер ет свои свойства и не сможет удерживать приводимое звено 9 нагрузки в требуемом положении. По- этому материал рабочего элемента 1 удерживают в нагретом состо нии, но уже не до температуры А к (фиг. 2)5 а только до температуры М,ц, При этом материал рабочего элемента 1 все еще находитс  в высокотемпературной модификации . Это обеспечиваетс  за счет того, что рабочий элемент 1 периодически подключают к источнику 2 питани  , и напр жение на рабочий элемент подают в виде импульсов, сформированных из напр жени  источника 2 питани  , За счет воздействи  более низкой температуры окружающей среды tia температура материала рабочего элемента 1 снижаетс  от величины А|(.доМ Действующее значение тока протекающего по материалу рабочего элемента 1, обеспечивает стабильное поддержание этой температуры. I

Блок 4 управлени  ключевым элементом 3 работает следующим образом.

При подаче питани  на блок 4 управлени  содержимое всех триггеров 12 и 20 обнул етс , и на их выходах поддерживаетс  Лог. О, Предположим, что поступает сигнал на вход пуска формировател  10 импульсов. Теперь на

,

ю |5 2Q

75 JQ 0

5

5

196

J-входе J-К-триггера 12 имеютс  Лог, О и Лог, Г , следовательно он переходит в противоположное состо ние , и на его выходе по вл етс  лог, 1, котора  поступает на вход второго элемента И 17, На последний одновременно поступают импульсы, син- хро1-тизированные с сетевым напр жением от генератора импульсов 16, Ключевой элемент 3 (фиг. 1) срабатывает, и по рабочему элементу 1 протекает импульс тока. Ключевой элемент 3 (фиг, 1) находитс  в полностью включенном состо нии до тех пор, пока на выходе Л-К--триггера 12 находитс  Лог,1,

Указанна  Лог, 1 также поступает на один из входов первого элемента И 135 на другой вход которого поступают импульсы, синхронизированные с напр51жением с выхода формировател  21 синхроимпульсов. Дешифратор 15, спуст  заданное в счетчике 14 врем , вырабатывает Лог, 1, идущую на |С-вход J-К-триггера 12 и Т-вход Т-триггера 20. Поскольку на J-входе триггера 12 сигнал от формировател  10 импульсов уже закончилс , триггер 12 переходит в противоположное состо ние, на выходе его по вл етс  Лог. О, и сигналы управлени  полупроводниковыми ключами ключевого элемента 3 от генератора 16 41мпуль - сов через элемент И 17 уже не поступают ,

Однако импульсы от генератора 16 (фиг. 4) поступают через элемент 19 задеркЕси на первый вход третьего элемента И J8, на втором входе которого находитс  Лог, 1, поступивша  с Т-триггера 20, Теперь ключевой элемент 3 (фиг. 1) подключает оабочий элемент 1 к источнику 2 питани  - питающей сети - периодически (фиг.З) .

При необходимости отключени  привода подаетс  сигнал остановки на соответствуюш 1й вход формировател  11 импульсов, С выхода последнего сигнал кратковременно поступает на J-K- триггер 12 и Т-триггер 20. Поскольку на триггер 12 сигнал поступает на К-вход, то состо ние триггера 12 не изменитс  и на выходе его попреж- нему будет Лог, О, При поступелении сигнала на Т-вход триггера 20 (фиг,4) состо ние его изменитс  на противоположное , на выходе его будет Лог,О

7 12294198

и сигналы управлени  поступать на подан до по влени  сигнала на выхо- ключевой элемент 3 перестанут. Если да дешифратора 15, то привод будет же сигнал на отключение привода будет просто отключен.

е,%

ЛгА Л чf°C

Фиг 2

в:с

(№

V К .: N

Of/.

ТрТ

Лг/. сост

Л AI

t,

Составитель Л.Тугарев Редактор И.Дербак Техред Г.Гербер Корректор М.Максимишинец

,„:- и--. --- ------ --- ----------------и-----

Заказ 2АЗЗ/32 Тираж 447 , Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г.Ужгород, ул.Проектна ,

t,

Claims (2)

1. ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий электропроводный рабочий элемент, выполненный на основе материала с эффектом термомеханической памяти формы, подключенный к источнику питания через ключевой элемент, и блок управления последним, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, уменьшения габаритов и массы путем увеличения потребляемого тока при· заданном напряжении источника питания без введения промежуточных трансформаторных источников питания, рабочий элемент выполнен в виде последовательно механически соединенных между собой идентичных участков стержня или проволоки, каждый из которых электрически параллельно подключей к источнику питания.

S_U „.,1229419

2. Электропривод по π. 1, отличающийся тем, что блок управления ключевым элементом содержит два формирователя импульсов, J-Kтриггер, последовательно соединенные первый элемент И, счетчик и дешифратор, а также генератор импульсов, второй и третий элементы И, элемент задержки, Т-триггер, формирователь синхроимпульсов, причем вход пуска блока управления через один из формирователей импульсов связан с J-входом J-K-триггера, К-вход которого связан с Т-входом Т-триггера, а также с выходами дешифратора и другого формирователя импульсов, вход которого подключен к входу остановки блока управления, выход J-K-триггера подключен к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы которых связаны с выходами формирователя синхроимпульсов и генератора импульсов соответственно, один из входов третьего элемента И подключен через элемент задержки к выходу генератора импульсов, синхровход которого связан с выходом формирователя синхроимпульсов, а другой вход третьего элемента И соединен с выходом Т-триггера, выходы второго и третьего элементов И соединены между собой и подключены к выходу блока управления, синхровход формирователя синхроимпульсов подключен к источнику питания - сети переменного тока .