SU1274111A1 - Электропривод возвратно-поступательного движени (его варианты) - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к управ1лению электрическими машинами. Цель изобретени  - увеличение ресурса : электропривода возвратно-поступательного движени  путем обеспечени  безударного режима работы. Электропривод содержит исполнительный механизм 1 с обмотками 2 и 3 пр мого и обратного хода, обмоткой удержани  7, магнитопроводамй 5, 6., 8 и подвижным элементом 4 и устройство управлени , включающее блоки формировани  управл ющих импульсов пр мого 12 и обратного 13 хода и удержани  14, датчик 15 производной тока в обмотке, компаратор 16, элемент И 17, генератор импульсов 18, источник, задающего напр жени  19. Электропривод обладает свойством инвариантности к изменени м параметров исполнительного механизма , противодействующих сил и подвижной массы. Это объ сн етс  тем, что производна  тока в  вном виде зависит от скорости перемещени  подвижного элемента и использование (Л этой производной в качестве управл ющего воздействи  приводит к требуемому ограничению конечной скорости перемещени  независимо от возмущений . 4 ил.

Description

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может ₍ быть использовано при создании проводов реле, молотков, прессов, поршневых компрессоров.

Цель изобретения - увеличение ресурса путем обеспечения безударного режима работы. При этом для одних механизмов безударный режим допустим только при обратном ходе, для других - при прямом и обратном ходе.

На фиг. 1 изображена функциональная схема электропривода молота с электромагнитным исполнительным механизмом; на фиг. 2 - функциональная схема электропривода с электромагнитным исполнительным механизмом двустороннего действия; на фиг. 3 осциллограммы выходных величин и управляющих воздействий электропривода молота; на фиг. 4 - то же, для электропривода двустороннего действия .

Электропривод содержит электромагнитный исполнительный механизм (ЭИМ) 1 с обмотками прямого 2 и обратного 3 хода, подвижный ферромагнитный элемент 4 и магнитопровод, включающий стальной корпус 5 с размещенными внутри него стальными фланцами 6, а также удерживающий электромагнит с обмоткой 7 и магнитопроводом 8, установленный в торцовой неподвижной части исполнительного механизма 1. Полюс 9 удерживающего электромагнита обращен к торцовой ферромагнитной части 10 подвижного элемента электропривода, соединенной с основной ферромагнитной частью 4 посредством штока 11, который может быть выполнен из немагнитного материала. Электропривод содержит также блоки формирования управляющих импульсов прямого (БФПХ)12, обратного (БФОХ)13 хода и удержания (БФУ)14, подключенные к соответствующим обмоткам 2, 3 и 7, последовательно соединенные между собой датчик производной тока в обмотке (ДПТ)15, компаратор (К)16, элемент И 17, своим выходом подсоединенный к входу блока формирования 13, а входом - к выходу генератора импульсов (ГИ)18, и источник задающего напряжения (ИЗН)19, подсоединенный к второму входу компаратора 16.

Датчик производной тока в обмотке может быть выполнен в виде транс1274111 форматора тока, работающего в режиме, близком к холостому ходу, или в виде последовательно соединенных датчика тока (например, в виде шунта) и 5 блока дифференцирования. Блоки формирования управляющих импульсов 12, и 14 выполняются в виде соединения триггеров, ждущих мультивибраторов и полупроводниковых усилителей мощности с фазовым или широтно-импульсным управлением. Генератор импульсов 18 выполняется с использовагнием известных схем мультивибраторов, автогенераторов на транзисторах или 15 микросхемах.

Электропривод, показанный на фиг. 2, работает в безударном режиме и поэтому его функциональная схема симметричная. В данном случае обмот20 ки прямого и обратного хода выполняют также и функции удерживающих обмоток, т.е., например, электромагнитное звено исполнительного механизма 1 с магнитопроводом 5, би об25 моткой 3 обратного хода выполняет также и функцию удерживающего электромагнита. При этом на интервале обратного - хода к.-обмотке 3 прикладывается напряжение U₁₃ с выхода блока формирования 13, а далее протекание по ней тока удержания i_9<J обеспечивается воздействием напряжения U_<4 с выхода блока формирования 14.

Работа несимметричного привода заключается в следующем.

Пусть ферромагнитный подвижный элемент 4 находится в нижнем (фиг.1) крайнем положении, обмотки обесточены, связь между блоками 16 и 17 отсутствует (контур ограничения скорости отключен) и отключен генератор импульсов 18. Пусть в момент времени t=0 блоки 13, 12 и 14 подключа4$ ются к соответствующим обмоткам'. При этом в исходном положении при отключенном генераторе импульсов 18 под током оказывается лишь обмотка удержания 7 (см. фиг. 3), которая отключается лишь только после поступления ⁵⁰ сигнала U_1ft с выхода генератора 18 на вход блока формирования 14. В момент времени t_o к входам блоков 12, и 17 подключается генератор 18, на выходе блока 13 формируется им- ⁵⁵ пульс напряжения 'U и по обмотке 3 протекает ток i₃. В результате возникает тяговое усилие F₃₃, направленное вверх. Начиная с момента времени, когда тяговое усилие нарастет до величины, равной противодействующему усилию (вес подвижной части устройства плюс силы трения), осуществляется ускоренное перемеще- $ ние ферромагнитного элемента 4 вверх (а также жестко связанных с ним элементов 10 и 11). При этом в момент времени t₂ происходит соударение подвижного 10 и неподвижного 9 эле- ю ментов электропривода и ферромагнитная торцовая часть 10 подвижного элемента прилипает к полюсу 9 удер живающего электромагнита.

Как видно из осциллограмм на 15 фиг. 3, ускоренное перемещение подвижного элемента 4 приводит к существенному нарастанию противо-ЭДС движения в силу зависимости Е = . dL₄ dx 20 =1,4—^л -ντ- и, начиная с момента врез dx dt ’ мени t_< , ток i₃ начинает уменьшаться. Следовательно, производная в блока 17 (подключен контур ограничения скорости). При этом для упрощения принимают U =0 на выходе блока 19. Для повышения помехоустойчи вости напряжение U отрицательно. При поступлении сигнала U с выхода генератора 18 на вход элемента

И 17 переходные процессы в электро приводе протекают аналогично описанным до момента времени t . Далее di„ производная меняет знак, компа ратор срабатывает и напряжение с его выхода блокирует сигнал U , что приводит к отключению управляющего напряжения U₁₃ , ток i резко спадает. В результате резко уменьшается до нуля тяговое усилие, что приводит к торможению подвижного элемента 4 и значительному уменьшению его конечной скорости в момент соударения с полюсом 9. Этим и обеспечивается безударный режим работы электропривода (несимметричного) при обратном этот момент проходит через ноль и 25 меняет знак на противоположный.

После прилипания торцовой части к полюсу 9 и далее до момента отключения управляющего напряжения t₃ (задают блоком 13) ток i_y нарастает с постоянной времени, равной L~(x)/R₃, rfleLjRj - индуктивность*и сопротивление обмотки 3; х_т - координата перемещения подвижного элемента. Далее в момент времени воздействие сигнала U,_o на блок 12 приводит к формированию на выходе последнего управляющего напряжения U_la и протеканию тока i в обмотке 2. В результате нарастает тяговое усилие, направленное вниз. В требуемый момент времени 1₅ (задается блоком 14) формированно отключается обмотка удерживающего электромагнита и подвижная часть электропривода ускоренно перемещается вниз до соударения с основанием в момент времени t_g. Затем отключается обмотка прямого хода 2 (длительность импульса напряжения Т задается блоком 12) и вновь включается обмотка удержания 7 (спустя время задержки, задаваемое блоком 14). Далее все процессы протекают аналогично описанным.

Пусть теперь в начальный момент 55 времени t=0 исходное состояние электропривода соответствует фиг. 1,3 и выход блока 16 подключен к входу ходе.

Симметричный электропривод работает следующим образом.

Пусть ферромагнитный подвижный элемент 4 находится в правом крайнем положении внутри электромагнитного звена с обмоткой 2 (фиг. 2). Обмотки 2 и 3 обесточены и контуры ограничения скорости с блоками 15, 16, 17 и 19 отключены. При поступлении с выхода генератора 18 сигнала 11*^ на вход элемента И 17 воздействие выходного напряжения U этого усилителя на вход блока формирования 13 приводит к появлению на выходе последнего управляющего напряжения Ц₃.. В результате по обмотке 3 протекает ток i₃ и возникает электромагнитное тяговое усилие F , направленное в сторону уменьшения воздушного зазора (к полюсу 9). Ферромагнитный элемент 4 ускоренно перемещается, и в момент времени, равный t ,происходит соударение торцовой части 10 ферромагнитного элемента 4 с полюсом 9.

Как видно из осциллограммы на фиг. 3, ускоренное перемещение подвижного элемента приводит к существенному нарастанию противо-ЭДС.движения в силу зависимости Е = dL з dx =ι₃ ^и» начиная с момента времени Ц , ток i начинает уменьшаться. Следовательно, производная в этот

S 12 момент проходит через ноль и меняет знак на противоположный. После соударения подвижного элемента 4 с полюсом 9 ферромагнитный элемент прилипает к последнему и далее до момента отключения управляющего напряжения U₁₃ ток нарастает с постоянной времени, равной (х)/R₃ .После отключения управляющего напряжения U₁₃ на обмотку 3 воздействует напряжение с выхода блока формирования 14 и ток ί спадает до значения iс такой же постоянной времени. В требуемый момент времени отключается напряжение U₁₄ и при поступлении сигнала управления с другого выхода генератора 18 - U,_g на вход другого элемента И 17 процессы в электроприводе протекают аналогично описанным и подвижный элемент 4 перемещается вправо, втягиваясь в соленоид, образованный элементами 2, 5 и 6.

Пусть теперь в начальный момент времени исходное состояние электропривода соответствует фиг. 2 и контуры ограничения скорости с дополнительными блоками 15, 16, 17 ή 19 подключены к известным блокам согласно фиг. 2. При этом для упрощения принимают U_1<5 =0 на выходе блока 19. При поступлении сигнала U с выхода генератора 18 на вход элемента И 17 переходные процессы в электроприводе протекают аналогично описанным до момента времени t .

п ί

Далее производная —меняет знак, компаратор срабатывает и на его выходе напряжение равно -А. Напряжение -А с выхода блока 16 поступает на вход элемента И 17, причем полярность и величина этого напряжения выбраны таким образом,что прохождение сигнала U блокируется сигна лом -А и воздействие результирующего сигнала U₁₇ на вход блока 13 приводит к отключению управляющего напряжения U₁₃ , ток резко спадает. В .результате резко уменьшается до нуля электромагнитное тяговое усилие, что приводит к торможению подвижного элемента 4 и значительному уменьшению его скорости в момент соударенияί с полюсом 9. Этим и обеспечивается безударный режим работы электропривода. Изменяя необходимым образом уставку напряжения на выхо-

6 де блока 19, можно настроить электропривод на наиболее рациональный режим.

Таким образом, предлагаемый электропривод обладает свойством инвариантности к изменениям параметров электромагнитного исполнительного механизма, противодействующих сил и подвижной массы. Это объясняется тем, что производная тока в явном виде зависит от скорости перемещения подвижного элемента и использование этой производной в качестве управляющего воздействия приводит к требуемому ограничению конечной скорости перемещения независимо от влияния выше упомянутых возмущений.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к управлению электрическими машинами и может быть использовано при создании проводов реле, молотков, прессов, порш невых компрессоров. Цель изобретени  - увеличение ре сурса путем обеспечени  безударного режима работы. При этом дл  одних механизмов безударный режим допусти только при обратном ходе, дл  других - при пр мом и обратном ходе. На фиг. 1 изображена функциональ на  схема электропривода молота с электромагнитным исполнительным механизмом; на фиг. 2 - функциональна  схема электропривода с электромагнитным исполнительным механизмом двустороннего действи ; на фиг. 3 осциллограммы выходных величин и управл ющих воздействий электропривода молота; на фиг. 4 - то же, дл  электропривода двустороннего действи  . Электропривод содержит электромагнитньм исполнительный механизм (зим) 1 с обмотками пр мого 2 н обратного 3 хода, подвижный ферромагнитньй элемент 4 и магнитопровод, включающий стальной корпус 5 с размещенными внутри него стальными фла цами 6, а также удерживающий электр магнит с обмоткой 7 и магнитопроводом 8, установленньй в торцовой неподвижной части исполнительного механизма 1. Полюс 9 удерживающего электромагнита обращен к торцовой ферромагнитной части 10 подвижного элемента электропривода, соединенно с основной ферромагнитной частью 4 посредством штока 11, который может быть выполнен из немагнитного материала . Электропривод содержит также блоки формировани  управл ющих импульсов пр мого (БФПХ)12, обратного (БФОХ)13 хода и удержани  (БФУ)14, подключенные к соответствующим обмо кам 2, 3 и 7, последовательно соеди ненные между собой датчик производной тока в обмотке (ДПТ)15, компара тор (К)16, элемент И 17, своим выходом подсоединенный к входу блока формировани  13, а входом - к выход генератора импульсов (ГИ)18, и исто ник задающего напр жени  (ИЗН)19, подсоединенный к второму входу компаратора 16. Датчик производной тока в обмотке может быть выполнен в виде транс 11 , орматора тока, работающего в режиме , близком к холостому ходу, или в виде последовательно соединенных датчика тока (например, в виде шунта) и блока дифференцировани . Блоки формировани  управл кжщх импульсов 12, 13 и 14 выполн ютс  в виде соединени  триггеров, ждущих мультивибраторов и полупроводниковых усилителей мощности с фазовым или широтно-импульсным управлением. Генератор импульсов 18 выполн етс  с использованием известных схем мультивибраторов, автогенераторов на транзисторах или микросхемах. Электропривод, показанный на1 фиг. 2, работает в безударном режиме и поэтому его функциональна  схема симметрична . В данном случае обмотки пр мого и обратного хода выполн ют также и функции удерживающих обмоток , т.е., например, электромагнитное звено исполнительного механизма 1 с магнитопроводом 5, 6 и обмоткой 3 обратного хода вьшолн ет также и функцию удерживающего электромагнита . При этом на интервале обратного-хода к.Обмотке 3 прикладываетс  напр жение U с выхода блока формировани  13, а далее протекание по ней тока удержани  i обеспечиваетс  воздействием напр жени  и, с выхода блока формировани  14. Работа несимметричного привода заключаетс  в следующем. Пусть ферромагнитном подвижный элемент 4 находитс  в нижнем (фиг.1) крайнем положении, обмотки обесточены , св зь между блоками 16 и 17 отсутствует (контур ограничени  скорости отключен) и отключен генератор импульсов 18. Пусть в момент времени блоки 13, 12 и 14 подключаютс  к соответствующим обмоткам. При этом в исходном положении при отключенном генераторе импульсов 18 под током оказываетс  лишь обмотка удержани  7 (см. фиг. 3), котора  отключаетс  лишь только после поступлени  сигнала U с выхода генератора 18 на вход блока формировани  14. В момент времени t к входам блоков 12, 14 и 17 подключаетс  генератор 18, на выходе блока 13 формируетс  импульс напр жени  U и по обмотке 3 протекает ток i. В результате возникает т говое усилие F , направленное вверх. Начина  с момента 3 времени, когда т говое усилие нарастет до величины, равной противодействующему усилию (вес подвижной части устройства плюс силы трени ), осуществл етс  ускоренное перемещение ферромагнитного элемента 4 ввер ( а также жестко св занных с ним эле ментов 10 и 11). При этом в момент времени t происходит соударение подвижного 10 и неподвижного 9 элементов электропривода и ферромагнит на  торцова  часть 10 подвижного элемента прилипает к полюсу 9 уде живающего электромагнита. Как видно из осциллограмм на фиг. 3, ускоренное перемещение подвижного элемента 4 приводит к существенному нарастанию противо-ЭДС движени  в силу зависимости Е dL dx bdx т- и, начина  с момента вре , ток i начинает уменьшатьс мени t Следовательно, производна  в этот момент проходит через ноль и мен ет знак на противоположный. После прилипани  торцовой части 10 к полюсу 9 и далее до момента отключени  управл ющего напр жени  tj (задают блоком 13) ток i. нарастает с посто нной времени, равной L(x)/R , гдеЬдК - индуктивность и сопротивление обмотки 3; х - координата перемещени  подвижного элемента . Далее в момент времени t воздействие сигнала U на блок 12 приводит к формированию на выходе последнего управл ющего напр жени  U,,jj и протеканию тока i в обмотке 2 В результате нарастает т говое усилие , направленное вниз. В требуемый момент времени t j (задаетс  блоком 14) формированно отключаетс  об мотка удерживающего электромагнита и подвижна  часть электропривода ускоренно перемещаетс  вниз до соуд рени  с основанием в момент времени tg. Затем отключаетс  обмотка пр мо го хода 2 (длительность импульса напр жени  Т задаетс  блоком 12) и вновь включаетс  обмотка удержани  7 (спуст  врем  задержки, задаваемое блоком 14). Далее все процес сы протекают аналогично описанным. Пусть теперь в начальный момент времени исходное состо ние элек тропривода соответствует фиг. 1,3 и выход блока 16 подключен к входу 14 блока 17 (подключен контур ограничени  скорости). При этом дл  упрощени  принимают и 0 на выходе блока 19. Дл  повышенн  помехоустойчивости напр жение и отрицательно. При поступлении си1нала U с выхода генератора 18 на вход элемента И 17 переходные процессы в электроприводе протекают аналогично описанным до момента времени t . Далее dig мен ет знак, компапроизводна  ратор срабатывает и напр жение с его выхода блокирует сигнал U, , что приводит к отключению управл ющего напр жени  и,з ток i резко спадает. В результате резко уменьшаетс  до нул  т говое усилие, что приводит к торможению подвижного элемента 4 и значительному уменьшению его конечной скорости в момент соударени  с полюсом 9. Этим и обеспечиваетс  безударный режим работы электропривода (несимметричного) при обратном ходе. Симметричный электропривод работает следующим образом. Пусть ферромагнитный подвижный элемент 4 находитс  в правом крайнем положении внутри электромагнитного звена с обмоткой 2 (фиг. 2). Обмотки 2 и 3 обесточены и контуры ограничени  скорости с блоками 15, 16, 17 и 19 отключены. При поступлении с выхода генератора 18 сигнала Ц на вход элемента И 17 воздействие выходного напр жени  U,-, этого усилител  на вход блока формировани  13 приводит к по влению на выходе по .следнего управл ющего напр жени  Ц В результате по обмотке 3 протекает ток ij и возникает электромагнитное т говое усилие F , направленное в сторону уменьшени  воздушного зазора (к полюсу 9). Ферромагнитный элемент 4 ускоренно п:еремещаетс , и в момент времени, равный t происходит соударение торцовой части 10 ферромагнитного элемента 4 с полюсом 9. Как видно из осциллограммы на фиг. 3, ускоренное перемещение подвижного элемента приводит к существенному нарастанию противо-ЭДС-движени  в силу зависимости Е dL , dx i,j . g- и, начина  с момента времени t , ток i начинает уменьшатьс . Следовательно, производна  в этот S момент проходит через ноль и мен ет знак на противоположный. После соударени  подвижного элемента 4 с полюсом 9 ферромагнитньш элемент прилипает к последнему и далее до момента отключени  управл ющего напр жени  и ток нарастает с посто н ной времени, равной L(x)/R5.После отключени  управл ющего напр жени  на обмотку 3 воздействует напр  женив и. с выхода блока формировани  14 и ток i спадает до значени  i jj с такой же посто нной времени. В требуемый момент времени отключаетс  напр жение U и при поступлении сигнала управлени  с другого выхода генератора 18 - U,g на вход другого элемента И 17 процессы в электроприводе протекают аналогично описанным и подвижный элемент 4 перемещаетс  вправо, вт гива сь в соленоид, образованный элементами 2, 5 и 6. Пусть теперь в начальный момент времени исходное состо ние электропривода соответствует фиг. 2 и контуры ограничени  скорости с дополни тельными блоками 15, 16, 17 и 19 подключены к известным блокам согласно фиг. 2. При этом дл  упрощени  принимают 0 на выходе блока 19. При поступлении сигнала U с выхода генератора 18 на вход элемента И 17 переходные процессы в электроприводе протекают аналогично описанным до момента времени t . di, Далее производна  мен ет знак, компаратор срабатьшает и на его выхо де напр жение равно -А. Напр жение -А с выхода блока 16 поступает на вход элемента И 17, причем пол рность и величина этого напр жени  выбраны таким образом,что прохождение сигнала U блокируетс  сигна .- лом -А и воздействие результирующег сигнала U на вход блока 13 приводит к отключению управл ющего напр  жени  , ток i резко спадает. В . результате резко уменьшаетс  до нул  электромагнитное т говое усилие, что приводит к торможению подвижного элемента 4 и значительному уменьшению его скорости в момент соударени  г с полюсом 9. Этим и обе печиваётс  безударный режим работы электропривода. Измен   необходимым образом уставку напр жени  на выхо116 де блока 19, можно настроить электропривод на наиболее рациональный режим. Таким образом, предлагаемый электропривод обладает свойством инвариантности к изменени м параметров электромагнитного исполнительного механизма, противодействующих сил и подвижной массы. Это объ сн етс  тем, что производна  тока в  вном виде зависит от скорости перемещени  подвижного элемента и использование этой производной в качестве управл ющего воздействи  приводит к требуемому ограничению конечной скорости перемещени  независимо от вли ни  выше упом нутьк возмущений. Формула изобретени  1.Электропривод возвратно-поступательного движени , содержащий линейный электромагнитный двигатель с обмотками пр мого и обратного хода и удержани , магнитопроводами, ферромагнитным подвижным элементом и устройство управлени , включающее подключенные к обмоткам блоки формировани  управл ющих импульсов пр мого и обратного хода и удержани  и св занный с их входами генератор импульсов , отличающийс  тем, что, с целью увеличени  ресурса путем обеспечени  безударного режима при обратном ходе подвижного элемента, электропривод снабжен датчиком производной тока в обмотке обратного хода, источником задающего напр жени , компаратором и элементом И, выходом подключенным к входу блока формировани  управл ющих импульсов обратного хода, первым входом - к генератору импульсов, вторым - к выходу компаратора, один вход которого соединен с датчиком производной тока, а другой - с источником задающего напр жени .
2. 2.Электропривод возвратно-поступательного движени , содержащий линейный электромагнитный двигатель с обмотками пр мого и обратного хода, магнитопроводами, ферромагнитным подвижным элементом и устройство управлени , включающее подключенные к обмоткам блоки формировани  управл ющих импульсов пр мого и обратного хода, св занный с их входами генератор импульсов и подключенный к нему 712 блок формировани  импульсов удержани  отличающийс  тем, что, с целью увеличени  ресурса путем обеспечени  безударного режима при пр мом и обратном ходе подвижного элемента , электропривод снабжен вторым блоком формировани  импульсов удержани , датчиками производной тока обмоток пр мого и обратного хода, двум  источниками задающего напр же5 S f 2 1 8 ниЯj двум  компараторами и двум  элементами И, первые входы которых соединены с выходами генератора импульсов и входами блоков формировани  импульсов удержани , вторые - с выходами компараторов, первые входы которьк подключены к датчикам производной тока, а вторые- к источникам задающего напр жени .

   жт/

   .