Устройство управления низкочастотным электромагнитным двигателем возвратно-поступательного движения

Авторы патента:

H02P25/02 - Управление или регулирование электрических двигателей, генераторов, электромашинных преобразователей; управление трансформаторами, реакторами или дроссельными катушками (конструкции пусковых аппаратов, тормозов или других управляющих устройств см. в соответствующих подклассах, например механические тормоза F16D, механические регуляторы скорости G05D; переменные резисторы H01C; пусковые переключатели H01H; системы для регулирования электрических или магнитных переменных величин с использованием трансформаторов, реакторов или дроссельных катушек G05F; устройства, конструктивно связанные с электрическими двигателями, генераторами, электромашинными преобразователями, трансформаторами, реакторами или дроссельными катушками, см. в соответствующих подклассах, например H01F,H02K; соединение или управление

H02K33 - Двигатели с возвратно-поступательным, колебательным или вибрационным движением магнита, якоря или системы катушек (устройства для управления механической энергией, конструктивно сопряженные с двигателями H02K 7/00, например H02K 7/06)

H01F7/18 - схемы для достижения требуемых рабочих характеристик, например для замедленной работы, для последовательного возбуждения обмоток, для возбуждения обмоток с большой скоростью

Устройство управления низкочастотным электромагнитным двигателем возвратно-поступательного движения предназначено для управления работой низкочастотных электромагнитных систем импульсного действия: опрессователей, прессов, штампов, пробойников, электромагнитных клапанов, электрических машин ударного действия с возвратно-поступательным движением бойка (ротора). Устройство содержит подключенный к силовой обмотке двигателя тиристор (5), накопитель энергии (4), в качестве которого применен конденсатор, что позволяет исключить активные потери на ограничителе тока и который заряжается от источника питания (1) через ограничитель тока зарядки (2) и выпрямитель (3) до амплитудного значения напряжения сети, затем после подачи импульса управления от дополнительного источника питания (8) через формирователь импульсов (7) на тиристор (5) энергия, запасенная в накопителе энергии (4) передается в силовую обмотку двигателя исполнительного механизма (6). 1 ил.

Полезная модель относится к электрическим приводам, а именно к устройствам управления работой электромагнита однокатушечных низкочастотных двигателей возвратно-поступательного движения и может быть использовано для привода низкочастотных электромагнитных систем импульсного действия, например опрессователей, прессов, штампов, пробойников, электромагнитных клапанов, электрических машин ударного действия с возвратно-поступательным движением бойка (ротора) и т.д.

Характерной особенностью низкочастотных электромагнитных двигателей является большое амплитудное значение тока при разгоне якоря, так как силовая катушка имеет весьма малое сопротивление. По существу, это режим, близкий к режиму короткого замыкания, что накладывает ограничение их применение по условию нагрузки на сеть.

Известно устройство для управления электромагнитным двигателем, содержащее согласующий трансформатор, делитель частоты, содержащий цепочку из последовательно соединенных дросселя, диода, резистора, конденсатора, порогового элемента и вспомогательного тиристора, связывающего общую точку соединения дросселя и диода с управляющим электродом основного тиристора, соединяющего силовую обмотку двигателя с источником питания и подключенного управляющим электродом через пороговый элемент к конденсатору (См. а.с. СССР 655056, МПК Н02Р 7/62).

Недостатком данного устройства является его низкая надежность.

Известно устройство для управления электромагнитным двигателем возвратно-поступательного движения, содержащее подключенный к силовой обмотке двигателя основной тиристор, к управляющему электроду которого подключены формирователь импульсов, состоящий из резистора и стабилитрона, делителя частоты, состоящий из непосредственно порогового элемента, тиристора, диода и конденсатора, и блока для дифференцирования состоящего из конденсатора и резистора (См. а.с. СССР 997222, МПК Н02Р 7/62).

Недостатком данного устройства является невозможность плавного регулирования частоты электромагнитной машины, нечеткость срабатывания силового тиристора из-за дестабилизирующих факторов, например, температуры окружающей среды, разброса параметров элементов устройства, колебаний напряжения электрической сети.

Известно устройство для управления электромагнитным двигателем возвратно-поступательного движения, исключающее недостатки обоих выше описанных устройств и имеющее более стабильные характеристики работы при существенном уменьшении габаритов самого устройства (патент на полезную модель 63993 от 09.01.2007). Устройство содержит подключенный к силовой обмотке двигателя основной тиристор, к управляющему электроду которого подключены формирователь импульсов и делитель частоты, дополнительный источник питания, синхронизатор и оконечный формирователь импульсов, причем делитель частоты выполнен в виде мультивибратора без повторного запуска с переменным резистором, вход которого подключен к выходу синхронизатора, второй выход которого и выход мультивибратора - к входу формирователя импульсов, выход последнего через оконечный формирователь импульсов связан с управляющим электродом тиристора, кроме того электрическая цепь из последовательно соединенных синхронизатора, делителя частоты и формирователей импульсов подключена параллельно дополнительному источнику питания.

Недостатком данного устройства является невозможность работы низкочастотного электромагнитного двигателя от источника ограниченной мощности, кроме того, устройство создает значительные электрические помехи для питающей сети, где возникают недопустимые колебания напряжения, что особенно недопустимо для бытовой сети и питаемых от нее иных потребителей.

Техническая задача заявляемого решения обеспечение питания низкочастотного электромагнитного двигателя от источника ограниченной мощности и уменьшение электрических помех, передаваемых в питающую сеть при повышении надежности и упрощении устройства.

Поставленная задача достигается тем, что устройство управления низкочастотным электромагнитным двигателем возвратно-поступательного движения, содержащее источник питания, подключенный к силовой обмотке двигателя тиристор, к управляющему электроду которого подключен формирователь импульсов, подсоединенный к дополнительному источнику питания, снабжено ограничителем тока зарядки, выпрямителем и накопителем энергии, причем вход выпрямителя подсоединен к основному источнику питания через ограничитель тока, а вход - к выходу накопителя энергии, вход последнего подсоединен к последовательно соединенным силовой обмотке двигателя и участку анод-катод тиристора.

На чертеже приведена функциональная схема устройства.

Устройство содержит: основной источник питания 1, подключенный через ограничитель тока 2 к входу выпрямителя 3, а выход выпрямителя подсоединен к накопителю энергии 4, к выходу которого подключен тиристор 5 последовательно соединенный с обмоткой двигателя исполнительного механизма 6; выход формирователя импульсов 7 подключен к участку управления электрод-катод тиристора 5, а вход к дополнительному источнику питания 8, вход которого подключен к основному источнику питания 1. Формирователь импульсов 7 в зависимости от выбранного режима работы может вырабатывать или одиночный импульс или серию импульсов управления, длительность которой зависит от времени удержания кнопки «ПУСК», кроме того, частоту следования импульсов управления можно плавно регулировать в необходимых пределах (для конкретного устройства - 200300 ударов в минуту).

Устройство работает следующим образом.

Ток от основного источника питания 1, проходя через ограничитель тока зарядки 2 и выпрямитель 3 заряжает накопитель энергии 4 примерно до амплитудного значения напряжения сети (при U_~=220 B, U_m=310 В). Накопитель энергии 4, в качестве которого применен конденсатор, запасает электрическую энергию W=cU²/2, например, при U_~=220 B и с=1 мФ в соответствии с общеизвестной зависимостью

Одновременно сигнал поступает на дополнительный источник питания 8 и формирователь импульсов 7, импульсы с выхода которого отпирают тиристор 5.

В результате воздействия управляющего импульса тиристор 5 замыкается и энергия накопленная накопителем энергии 4, передается рабочей обмотке исполнительного механизма 6.

При уменьшении тока разряда накопителя энергии 4 до величины, меньшей тока удержания тиристора 5, последний закрывается, ток через обмотку исполнительного механизма 6 прекращается. Накопитель энергии вновь заряжается до амплитудного значения напряжения сети. С приходом следующего управляющего импульса цикл повторяется.

Мощность, отдаваемую в нагрузку, можно изменять, переключая конденсаторы разной емкости.

Предлагаемое устройство с конденсаторным накопителем энергии позволяет применять в качестве источника питания источник ограниченной мощности или передвижные бензиновые электростанций, так как ток зарядки накопителя энергии ограничен, кроме того уменьшается уровень электрических помех, отдаваемых в сеть при зарядке и разрядке накопителя энергии, что позволяет использовать электромагнитные низкочастотные машины, например прессы или опрессователи электрических наконечников и трубопроводов в бытовых условиях.

Устройство управления низкочастотным электромагнитным двигателем возвратно-поступательного движения, содержащее источник питания, подключенный к силовой обмотке двигателя исполнительного механизма тиристор, к управляющему электроду которого подключен формирователь импульсов, подсоединенный к дополнительному источнику питания, отличающееся тем, что оно снабжено ограничителем тока зарядки, выпрямителем и накопителем энергии, причем вход выпрямителя подсоединен к основному источнику питания через ограничитель тока, а выход - к входу накопителя энергии, выход последнего подсоединен к электрической цепи из последовательно соединенных тиристора и силовой обмотки двигателя.