УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ОДНООБМОТОЧНЫМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к управлению линейными электромагнитными двигателями возвратно-поступательного движения с частотой рабочих ходов, меньшей частоты питающей сети, оснащенными вспомогательными удерживающими электромагнитами с релейной характеристикой для статического нагружения якоря двигателя, и может использоваться для привода прессовых, строительных и других машин ударного действия.
Известно устройство для управления двухобмоточным электромагнитным двигателем, содержащее два тиристора. соединенные с источником переменного тока. и формирователь импульсов управления, включающий конденсатор с зарядной и разрядной цепями, мостовой выпрямитель. При этом формирователь импульсов дополнительно содержит делитель напряжения, зарядная цепь включает в себя балластный резистор, стабилитрон и переменный резистор, а разрядная цепь - однопереходный транзистор, дополнительный и нагрузочный резисторы и два тиристорных оптрона, входы которых соединены последовательно с нагрузочным резистором между первой базой однопереходного транзистора и общей точкой деятеля напряжения, стабилитрона. конденсатора и выхода мостового выпрямителя, выходы связывают управляющие электроды тиристоров с их анодами, эмиттер однопереходного транзистора соединен с выводом конденсатора и выводом зарядной цепи, вход которой вместе с делителем напряжения подключен к выходу мостового выпрямителя, а вторая база однопереходного транзистора подключена через резистор к общей точке балластного резистора. переменного резистора и стабилитрона и непосредственно к средней точке делителя напряжения, а вход мостового выпрямителя подключен к источнику переменного тока (см. авторское свидетельство СССР №1495974. МПК Н 02 Р 7/620).
Однако данное устройспю предназначено для управления двухобмоточным электромагнитным двигателем.
Известно также устройство управления электромагнитным двигателем, содержащее полумостовой трехфазный тиристорный выпрямитель, к входу которого подключена обмотка электромагнитного двигателя, кнопку с нормально замкнутым, нормально разомкнутым и общими контактами, первый диод и первый конденсатор, обкладка которого подключена к общему контакту кнопки, нормально замкнутый контакт которой соединен с катодом первого диода, нормально разомкнутый контакт через,
переменный резистор соединен с токоограничивающим резистором. Устройство содержит также вспомогательный тиристор, тиристорный оптрон, ограничивающий, зарядный, согласующий и балластный резисторы, два стабилитрона, второй диод, второй конденсатор, дополнительные диоды, аноды которых соединены между собой и через транзистор оптрона и ограничивающий резистор с анодами тиристоров выпрямителя. управляющие электроды которых соединены с катодами дополнительных диодов. К анодам тиристоров выпрямителя подключены также аноды стабилитронов и второго диода, вторая обкладка первого конденсатора и катод вспомогательного тиристора, анод которого присоединен к токоограничивающему резистору и через согласующий резистор и светодиод оптрона к нормально разомкнутому контакту кнопка пуска, катод второго стабилитрона соединен через балластный резистор с фазой выпрямителя, к которой через зарядный резистор подключен также анод первого диода и катод первого стабилитрона, а управляющий электрод вспомогательного тиристора соединен с катодом второго диода и через второй конденсатор с катодом второго стабилитрона (см. авторское свидетельство СССР №1309249, МПК Н 02 Р 7/62).
Однако данное устройство не позволяет подключать в необходимой последовательности обмотки удерживающего электромагнита и линейного двигателя к одному источнику.
Наиболее близким к предлагаемому решению является устройство управления электромагнитным двигателем. Устройство содержит блок плавного регулирования момента включения, соединенный входами с одной фазой источника питания и анодами тиристоров выпрямителя и включающий в себя делитель напряжения, однопереходный транзистор, стабилитрон, переменный резистор, конденсатор, ограничивающий и надстроечный резисторы, дополнительный тиристорный оптрон и диод, подключенный анодом к фазе источника питания, катодом - к ограничивающему резистору и первому выводу делителя напряжения, средняя точка которого соединена с первой базой однопереходного транзистора и через настроечный резистор - с выводом ограничивающего резистора и катодом стабилитрона, к которому через переменный резистор подключены первый вывод конденсатора и эмиттер однопереходного транзистора, вторая база которого через светодиод дополнительного оптрона соединена с вторым выводом делителя напряжения, анодом стабилитрона и вторым выводом конденсатора, подключенными к анодам тиристоров выпрямителя, а фоторезистор дополнительного оптрона включен между нормально разомкнутым контактом кнопки пуска и анодом светодиода оптрона (см. авторское свидетельство СССР №1488951, МПК Н 02 Р 7/62).
сети
Однако данное устройство имеет ограниченные эксплуатационные возможности. поскольку не позволяет подключать в необходимой последовательности, с частотой меньшей 0,5f, обмотки удерживающего электромагнита и линейного двигателя к одному источнику.
Задача полезной модели - расширение эксплуатационных возможностей линейного двигателя повышением энергии единичного удара за счет нагружен и я якоря регулируемым противодействующим усилием вспомогательного электромагнита на этапе трогания и питание обмотки электромагнита и двигателя согласованным поочередным подключением к общему источнику.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для управления однообмоточным электромагнитным двигателем ударного действия, содержащем формирователь импульсов (ФИ) в обмотке двигателя и источник питания. согласно решению, в него введен удерживающий электромагнит и мостовой выпрямитель, через который формирователь импульсов, включающий последовательно и согласно соединенные светодиоды первого и второго оптронов, соединен с источником питания. между формирователем импульсов и обмоткой двигателя введен селектор-коммутатор импульсов (СКИ), оптически связанный с формирователем импульсов и подключенный к источнику питания, при этом он содержит зарядную цепь первого конденсатора, состоящую из последовательно соединенных первого диода, зарядного резистора. балластного резистора, шунтированного последовательной цепью из первого токоограничивающего резистора и светодиода третьего оптрона, стабилитрон. размыкающий контакт кнопки пуска, связывающий первый вывод первого конденсатора с общей точкой соединения катода первого стабилитрона, светодиода третьего оптрона и балластного резистора и зашунтированный последовательно соединенными регулируемым и нерегулируемым резисторами и замыкающим контактом переключателя. разрядная цепь первого конденсатора содержит подключенные к его первому выводу через замыкающий контакт кнопки пуска последовательно и согласно соединенные первый динистор и фототиристоры третьего и первого оптрона, катод которого связан через второй токоограничивающий резистор с управляющим электродом вспомогательного тиристора, соединенного через третий токоограничивающий резистор с его катодом, а через последовательно соединенные второй диод и четвертый токоограничивающий резистор - с первым выводом второго конденсатора, к которому подключена последовательная разрядная цепочка из пятого токоограничивающего резистора и согласно включенных второго динистора, фототиристора второго и светодиода четвертого оптрона, катод которого связан с общей точкой соединения вторых
выводов первого и второго конденсаторов и анода первого стабилитрона, подключенной к катоду вспомогательного тиристора и третьему токоограничивающему резистору, при этом обмотка удерживающего электромагнита подключена к источнику питания через силовую цепь вспомогательного тиристора и шунтирована обратным диодом.
c
c
На чертеже показана функциональная схема устройства. Обмотки линейного двигателя 1 и удерживающего электромагнита 7 подключены к источнику переменною напряжения U через силовые цепи основного 2 и вспомогательного 8 тиристоров. Обмотка удерживающего электромагнита 7 шунтирована обратным диодом 3. Управляющий электрод тиристора 2 через фототиристор 5 четвертого оптрона и резистор б соединен с его анодом и первым зажимом источника U, а через резистор 4 - с общей точкой соединения его катода и обмотки линейного двигателя 1.
Для регулирования частоты ходов и включения в заданной последовательности тиристоров 2 и 8 служит селектор - коммутатор импульсов 32. В цепь заряда первого конденсатора 31 включены первый диод 9 и первый стабилитрон 14. кнопка 19 пуска. зарядный 10 и балластный 11 резисторы. Параллельно балластному резистору 11 подключены соединенные последовательно первый токоограничивающий резистор 12 и светодиод 13 третьего оптрона, а размыкающий контакт кнопки 19 шунтирован последовательной цепочкой из нерегулируемого резистора 17, регулируемого резистора 16 и замыкающего контакта переключателя 18. Для формирования тока управления вспомогательного тиристора 8 используется первый конденсатор 31, третий 13, 21 и первый 41, 22 оптроны, первый динистор 20 и второй токоограничивающий резистор 23. а для управления основным тиристором 2 - второй конденсатор 30, четвертый 27, 5 и второй 42, 26 оптроны, второй динистор 25 и пятый токоограничивающий резистор 24. Для заряда второго конденсатора 30 от первого конденсатора 31 служит последовательная цепь из второго диода 28 и четвертого токоограничивающего резистора 29, включенная между точками соединения второго конденсатора 30 и пятого токоограничивающего резистора 24, фототиристора 22 первого оптрона и первого вывода второго токоограничивающего резистора 23. Второй вывод резистора 23 подключен к управляющему электроду вспомогательного тиристора 8, соединенному через третий токоограничивающий резистор 15 с его катодом, резистором 6, анодом основного тиристора 2 и первым зажимом источника Uc. К этому зажиму подключены также вторые выводы первого 31 и второго 30 конденсаторов, анод первого стабилитрона 14 и катод светодиода 27 четвертого оптрона. Второй зажим источника Uc соединен с выводами обмоток 1 и 7, катодом обратного диода 3 и анодом первого диода 9. Элементы 9-31 в совокупности составляют селектор - коммутатор импульсов 32.
c
Мостовой выпрямитель 33, питаемый от источника U, нагружен делителем напряжения из двух последовательно включенных резисторов 44 и 45 и стабилизатором напряжения, представляющим последовательное соединение резистора 38 и второго стабилитрона 37. Свободные выводы резисторов 38 и 44 подключены к положительному выводу выпрямителя 33. а резистор 45 - к аноду стабилитрона 37 и другим через резистор зажиму пою выпрями геля.
Формирователь импульсов напряжения содержит конденсатор 36, соединенный одним выводом с анодом стабилитрона 37, переменный резистор 34, подключенный одним выводом к катоду стабилитрона 37, и другим через резистор 35 к другому выводу конденсатора 36, разрядную цепь, включающую однопереходный транзистор 40, эмиттер которого связан с общей точкой соединения конденсатора 36 и резистора 35, а одна база через последовательно соединенные и обращенные анодами к базе светодиоды 41 и 42 первого и второго оптронов и резистор 43 - с анодом стабилитрона 37. Другая база подключена к средней точке делителя напряжения на резисторах 44 и 45 и через настроечный резистор 39 - к катоду стабилитрона 37. Элементы 33-45 в совокупности составляют формирователь управляющих импульсов 46, обеспечивающий плавное регулирование усилия электромагнита 7 и энергии ударов двигателя 1.
Устройство работает следующим образом.
с
с
с
В исходном состоянии первый конденсатор 31 заряжается до напряжения стабилизации первого стабилитрона 14, превышающею напряжение переключи юля первого динистора 20, по цепи: один зажим источника U - первый диод 9 - зарядный 10 и балластный 11 резисторы - замкнутые контакты кнопки 19 пуска - первый конденсатор 31 - другой зажим источника U. Второй конденсатор 30 остается разряженным, так как цепь его заряда разомкнута. Через светодиод 13 третьего оптрона, в полупериоды напряжения источника Uc, соответствующие проводимости первого диода 9, протекают импульсы тока по цепи: зажим источника U - первый диод 9 - резисторы 10 и 12 - светодиод 13 оптрона - стабилитрон 14, вызывая его излучение и засвечивание фототиристора 21. Одновременно формирователь импульсов 46 вырабатывает импульсы напряжения, фаза которых относительно начала каждого полупериода напряжения источника питания определяется параметрами его зарядной цепи в зависимости от требуемых усилия удержания электромагнита 7 и механической энергии линейного двигателя 1 и может плавно изменятся в пределах каждого полупериода напряжения источника.
При этом, параметры зарядной и разрядной цепи формирователя импульсов подобраны таким образом, чтобы за один полупериод напряжения проходил только один полный цикл заряда и разряда конденсатора 36. Импульсы формирователя импульсов
через светодиоды 41 и 42 одновременно воздействуют на фототиристоры 22 и 26 первого и второго оптронов. Тиристоры 2 и 8 заперты, так как заперты цепочки последовательно соединенных тиристоров 20, 21, 22 и 25, 26 из-за отсутствия положительного напряжения на анодах динисторов 20 и 25.
Режим одиночных срабатываний линейного двигателя 1 реализуется следующим образом.
с
с
При нажатии кнопки 19 пуска создается цепь: первый конденсатор 31 - кнопка 19 пуска - первый динистор 20 - фототиристоры 21 и 22 - второй токоограничивающий резистор 23 управляющий электрод - катод вспомогательного тиристора 8. Нa интервале первого полупериода напряжения источника U, соответствующего проводимости первого диода 9 и прямому смещению вспомогательного тиристора 8, через промежуток времени, определяемый фазой импульса разряда конденсатора 36, включаются фототиристоры 21 и 22 и динистор 20 и через управляющий переход тиристора 8 начинает протекать ток, вызывая его отпирание, включение обмотки и появление удерживающего усилия электромагнита 7. Одновременно с включением тиристоров 20 - 22 образуется цепь заряда второго конденсатора 30: конденсатор 31 - кнопка 19 пуска - последовательная цепочка тиристоров 20-22 - диод. 2 8 - четвертый токоограничивающий резистор 29 - второй конденсатор 30. Параметры разрядной цепи первого конденсатора 31 и грядной второго конденсатора 30 выбраны так, чтобы на интервале проводимости первого диеда 9 и включенных тиристорах 20-22 первый конденсатор 31 успел разрядиться, а напряжение на втором конденсаторе 30 к моменту изменения полярности полуволны напряжения U и запирания первого диода 9 превышало напряжение переключения второго динистора 25. В момент изменения знака полупериода напряжения источника вспомогательный тиристор 8 и первый диод 9 запираются. Ток обмотки 7 коммутируется в обратный диод 3, ток и излучение светодиода 13 третьего оптрона прекращаются, а первый динистор 20 и фототиристоры 21 и 22 запираются, поскольку первый конденсатор 31 разряжен.
После запирания вспомогательного тиристора 8 значение и длительность тока в электромагните 7, определяющие величину и продолжительность его удерживающего усилия, зависят от запаса магнитной энергии и определяются конструкцией его магнитной системы. Поскольку в полупериоде питающего напряжения, запирающего диод 9, положительно смещенными окажутся вспомогательный тиристор 2 и фототиристор 5 четвертого оптрона, то опять через промежуток времени, определяемый той же фазой импульса разряда конденсатора 36, через светодиод 42 включается фототиристор 26 второго оптрона и второй конденсатор 30, разряжаясь по цепи: резистор 24 - динистор 25 - фототиристор 26 - светодиод 27 - конденсатор 30, вызывает излучение светодиода 27 и
срабатывание четвертого оптрона 5. Через включающийся фототиристор 5 и управляющий переход основного тиристора 2 начинает протекать ток, отпирающий его и включающий обмотку 1 линейного двигателя. Ток трогания удерживаемого электромагнитом 7 якоря линейного двигателя 1, определяющий запас магнитной энергии в двигателе к началу движения якоря, возрастает, обеспечивая увеличение выходной механической энергии двигателя.
с
После очередной смены полярности полуволны напряжения источника U происходит естественная коммутация основного тиристора 2 и цикл работы усгройства заканчивается. При возвращении кнопки 19 пуска в исходное состояние вновь обеспечивается заряд первого конденсатора 31 и цикл может быть повторен.
Изменяя величину сопротивления резистора 34 можно плавно регулировать время протекания тока через обмотки 7 и 1 в смежные полупериоды питающего напряжения путем изменения момента последовательного отпирания тиристоров 8 и 2 за счет фазы управляющих импульсов в пределах интервалов проводимости каждого тиристора, изменяя тем самым усилие удержание электромагнита 7 и энергию удара линейного в каждом цикле.
дв
сети
Режим непрерывных срабатываний электромагнитного двигателя обеспечивается замыканием контактов переключателя 18 при нажатой кнопке 19 пуска. При этом, на интервалах проводимости первого диода 9, первый конденсатор 31 заряжается по цепи: один зажим источника - первый диод 9 - резисторы 10, 11, 17, 16 - переключатель 18 -второй конденсатор 31 - другой зажим источника независимо от кнопки 19 пуска. Параметры этой регулируемой зарядной цепи обеспечивают полноценный заряд конденсатора 31 в течение нескольких смежных интервалов проводимости первого диода 9, поэтому частота срабатывания двигателя f<0,5f.
Циклы последовательных включений тиристоров 8 и 2 и электромагнита 7 и линейного двигателя 1 происходят непрерывно, пока нажата кнопка 19 пуска. Изменяя величину сопротивления регулируемого резистора 16 можно плавно регулировать постоянную времени и скорость заряда первого конденсатора 31 и, следовательно, частоту ходов якоря двигателя 1. Регулирование усилия удержания и механической энергии линейного двигателя происходит так же, как при разомкнутом переключателе 18.
Использование в формирователе управляющих импульсов 46 однопереходного транзистора 40 в качестве порогового элемента с управляемым напряжением переключения перехода эмиттер-база позволяет уменьшить негативное влияние колебаний уровня напряжения источника питания на работу и удерживающего элекгромагнита. и линейного двигателя за счет параметрической коррекции фазы
с
формируемой последовательности импульсов от возмущения, вызванного изменением напряжения U в сети. Это достигается подключением делителя напряжения на резисторах 44 и 45 через мостовой выпрямитель 33 к источнику питания Uc и подачей части напряжения этого источника, снимаемой с резистора 45, на базы однопереходного транзистора 40. При колебаниях напряжения Uc, изменяется значение напряжения между базами однопереходного транзистора 40, что приводит к изменению момента появления импульсов тока через светодиоды 41 и 42, обеспечивающему меньшую зависимость усилия электромагнита 7 и энергии рабочего хода двигателя 1 от уровня напряжения источника питания. Например, при уменьшении напряжения в сети задержка между началом полупериода напряжения Uc и моментом появления импульса на входе управляющих цепей вспомогательного 8 и основного 2 тиристоров уменьшается. Подбором соотношений сопротивлений плеч делителя можно получить полную независимость заданных усилия удержания и энергии рабочих ходов от возмущения, вызванного изменением уровня напряжения источника питания в некотором диапазоне наиболее характерных изменений задаваемых значений удерживающих усилий и энергий рабочих ходов.