Электромагнитный привод резонансного вибратора

 

Использование в различных вибрационных машинах. Технический результат заключается в повышении развиваемой вибратором мощности и уменьшении изменения ухода фазы создаваемых колебаний при изменении собственной резонансной частоты работы вибратора. Электромагнитный резонансный вибратор состоит из Н-образного магнитопровода с двумя якорями, отделенными от него зазорами ₁, ₂. Обмотки возбуждения включены в два смежных плеча однофазной мостовой схемы. В два других плеча включены управляющие коммутирующие приборы. Источник переменного напряжения включен в диагональ между общими точками коммутирующих приборов и обмоток возбуждения. Источник постоянного напряжения последовательно с дросселем включен во вторую диагональ. Подсоединение контуров с переменным током к катушкам, в которых проходит постоянный ток подмагничивания, осуществляется попеременным включением коммутирующих приборов. 5 ил.

Изобретение относится к электромагнитным вибраторам, используемым в различных областях, например, для создания вибрации, для транспортировки по трубам сыпучих веществ, при создании вибровоздействий на сыпучие вещества с целью их уплотнения и просеивания, для интенсификации технологических процессов в жидких средах и т.д.

Известен электромагнитный привод резонансного вибратора [1], содержащий индуктор электромагнита с обмоткой возбуждения, подвижный относительно полюсов индуктора ферромагнитный якорь и источник питания обмотки возбуждения током с частотой, близкой к резонансной механической частоте колебаний вибратора, определяемой эквивалентной массой колеблющихся инерционных частей и жесткостью пружины. Недостатком этого привода является формирование им однополярных импульсов тока, что приводит к увеличению массогабаритных показателей электромагнитного двигателя возвратно-поступательного движения, нагружению пружин вибратора постоянной составляющей силы и снижению их долговечности. Кроме этого, привод формирует силовые импульсы с низкой скоростью изменения силы на фронтах, что приводит к большому изменению фазы создаваемых вибратором механических колебаний при изменении его собственной резонансной частоты и снижает технические характеристики устройств с использованием нескольких одновременно работающих на общую нагрузку вибраторов.

Наиболее близким техническим решением является электромагнитный привод [2] , содержащий двухзазорный электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения с подмагничиваемым магнитопроводом, питание обмоток возбуждения которого осуществляется от источников напряжения постоянного и переменного тока. Такой привод генерирует периодические импульсы силы, близкой к синусоидальной форме, с частотой колебаний вибратора. Недостатком привода является низкая удельная мощность двигателя, что приводит к увеличению веса и габаритов вибратора. Кроме того, генерирование приводом импульсов силы с низкой скоростью изменения на фронтах импульсов приводит к значительному изменению фазы колебаний при изменении собственной частоты колебаний вибратора, что снижает технические характеристики виброустройств различного назначения с использованием нескольких вибраторов, работающих на общую нагрузку Сущность изобретения заключается в том, что две обмотки возбуждения электромагнитного двигателя вибратора включаются в два смежных плеча однофазной мостовой схемы, в два других плеча которой включены управляемые коммутирующие приборы, например тиристоры или транзисторы. В диагональ мостовой схемы между общей точкой соединения обмоток и общей точкой соединения коммутирующих приборов включен источник переменного напряжения, а во вторую диагональ включен источник постоянного напряжения с последовательно с ним соединенным дросселем.

В частных случаях, при необходимости снижения потребляемой из питающей сети электрической импульсной мощности, а также при необходимости обеспечения работы вибратора с частотой, не совпадающей с частотой промышленной сети, источник переменного напряжения может быть заменен конденсатором.

При таком выполнении электропривода существенно возрастают скорости изменения генерируемой двигателем знакопеременной силы на переднем и заднем фронтах в каждый полупериод, что обеспечивает повышение действующего значения силы, а следовательно, увеличение удельной мощности двигателя и снижение изменения фазы механических колебаний вибратора при изменении его резонансной частоты. Последнее повышает КПД преобразования потребляемой приводом электрической мощности, механическую мощность вибратора и расширяет его технические возможности.

Включение в диагональ мостовой схемы привода конденсатора позволяет использовать накаливаемую в конденсаторе энергию для создания магнитного поля и за счет этого снизить импульсные нагрузки на питающую сеть. Кроме этого, применение конденсатора позволяет использовать предлагаемый привод для возбуждения вибратора на не совпадающей с промышленной и не кратной ей частоте механических колебаний, что дополнительно расширяет технические возможности электромагнитных вибраторов.

На фиг. 1 приведена схема электромагнитного привода с применением Н-образного магнитопровода двигателя. На фиг.2 приведены циклограммы токов в обмотках возбуждения, создаваемых в зазорах двигателя магнитных потоков и развиваемых им усилий. На фиг.3 приведен электромагнитный привод с использованием Ш-образной конструктивной схемы его магнитной цепи с двумя ферромагнитными якорями. На фиг.4 приведен электромагнитный привод с использованием Ш-образной конструктивной схемы его магнитной цепи и одним ферромагнитным якорем. На фиг.3 приведена схема привода с применением конденсатора в диагонали мостовой схемы.

Магнитопровод 1 индуктора приводного двигателя (фиг. 1) отделен от ферромагнитных якорей 2 и 3 зазорами ₁ и ₂. Якоря жестко соединены между собой элементами 4. Обмотки 5 и 6 размещены на индукторе и в точках а, б, в включены в два смежных плеча однофазной мостовой схемы, в два других плеча которой включены коммутирующие приборы 7 и 8. В диагональ между общими точками соединения коммутирующих приборов и обмоток включен источник 9 переменного напряжения U(t). Во вторую диагональ включены последовательно соединенные дроссель 10 и источник 11 постоянного напряжения U₀.

На фиг.2: 12, 13 - напряжение и ток источника переменного напряжения; 14 - магнитный поток, создаваемый обмоткой 5; 15 - сила, создаваемая магнитным потоком в зазоре ₁; 16 - магнитный поток, создаваемый обмоткой 6; 17 - сила, создаваемая магнитным потоком в зазоре ₂; 18 - сила куполообразной формы, создаваемая вибратором; 19 - синусоидальная форма силы; 20 - колоколообразная форма силы.

Обозначения на фиг.3: 21 - Ш-образный магнитопровод индуктора двигателя; 22, 23 - ферромагнитные якоря; 24 - конструктивный элемент для жесткой связи якорей между собой; 25, 26 - обмотки возбуждения.

На фиг. 4: 27, 28 - магнитопроводы индуктора Ш-образной формы; 29 - ферромагнитный якорь двигателя; 30 - конструктивный элемент для жесткой связи индукторов между собой; 31, 32 - обмотки возбуждения.

Обозначения на фиг.5: 33, 34 - обмотки возбуждения двигателя; 35 - источник переменного напряжения в виде конденсатора; 36, 37 - коммутирующие приборы; 38 - дроссель; 39 - источник постоянного напряжения; 40, 41 - дроссель и диод.

Совокупность примененных элементов и связи элементов между собой представляют систему электромагнитного привода резонансного вибратора, обеспечивают повышение развиваемой вибратором мощности и уменьшение ухода фазы создаваемых колебаний при изменении собственной резонансной частоты работы вибратора, что обуславливает соответствие предлагаемого технического решения критерию "новизна".

В научно-технической и патентной литературе авторами не обнаружено технических решений со сходными отличительными признаками, что позволяет сделать вывод об обладании предлагаемого решения существенными отличиями.

Работает электромагнитный привод следующим образом. От источника 11 (фиг. 1) по цепи из последовательно включенных дросселя 10, обмоток возбуждения 5 и 6 протекает ток I₀, создающий в двигателе магнитный поток Ф₀. Между полюсами индуктора и якоря 2 и 3 возникают одинаковые по величине и противоположно направленные силы P₁ и P₂. В момент (фиг.2) изменения переменного напряжения источника 9 от схемы управления (на фиг. 1 не показана) открывается коммутирующий прибор 7 и в течение угла изменения напряжения 12 через прибор 7 проходит синусоидальный импульс тока 13, величина которого зависит от индуктивностей обмоток 5 и 6 двигателя и индуктивности дросселя 10.

Часть этого тока проходит по обмотке 5 встречно току I₀ в ней. Результирующая величина магнитного потока 14 обмотки 5 на интервале снижается, а на интервале увеличивается до первоначального значения к моменту Усилие P₁ (кривая 15) изменяется пропорционально квадрату потока 14 до значения существенно меньшего, чем усилие при токе I₀ в обмотке 5.

Вторая часть тока источника напряжения 9, ограничиваемая индуктивностью дросселя 10, проходит по обмотке 6 согласно с током I₀. Результирующее значение магнитного потока 16 обмотки 6 на интервале возрастает, а на интервале уменьшается. Соответственно изменению потока 16 изменяется и усилие P₂ (кривая 17) в зазоре ₂.

К моменту, соответствующему углу , ток в приборе 7 под действием отрицательного знака напряжения источника 9 уменьшается до нуля и прибор 7 закрывается. В окрестности угла открывается от схемы управления прибор 8, и, ввиду симметричности схемы, процессы повторяются в течение углов с тем отличием, что магнитный поток обмотки 5 увеличивается, а обмотки 6 уменьшается. Затем коммутирующий прибор 8 при уменьшении тока в нем до нуля выключается. При последующем открытии прибора 7 начинается очередной период формирования сил P₁ и P₂. Создаваемая двигателем сила 18 является результирующей сил P₁ и P₂ (фиг.2 г) и имеет форму периодически повторяющейся знакопеременной силы с повышенными скоростями изменения переднего и заднего фронтов каждого импульса. Для сравнения на фиг.2 г приведено изменение силы 19 по синусоидальному закону, формируемому прототипом и колоколообразной формы 20, формируемому аналогом.

Принцип работы электропривода на фиг.3 и 4 с применением двигателя с Ш-образной конструктивной схемой магнитной системы в принципе не отличается от работы электропривода с Н-образной конструктивной схемой. Отличия относятся только к особенностям конструктивного выполнения магнитной системы двигателей. В решении на фиг.3 применено два жестко соединенных между собой якоря, расположенных с внешней стороны магнитопровода индуктора с открытыми пазами, в которые помещены обмотки возбуждения.

В решении на фиг. 4 индуктор выполнен из двух жестко соединенных между собой частей, между которыми помещен один ферромагнитный якорь, на который при создании постоянного потока Ф₀ и переменных потоков Ф_~1 и Ф_~2 со стороны магнитных полюсов индуктора действуют силы P₁ и P₂, результирующая которых определяет силу, обеспечивающую работу резонансного вибратора. Могут быть и другие конструктивные решения магнитной системы двигателя привода, удовлетворяющие условиям работы привода и обеспечивающие создание знакопеременных усилий с определенной частотой повторения при необходимых перемещениях якоря относительно индуктора.

Принцип работы электропривода с применением конденсатора 35 в диагонали однофазной схемы (фиг. 5) существенно не отличается от работы привода по фиг. 1.

Литература 1. Хвингия М. В. Динамика и прочность вибрационных машин с электромагнитным возбуждением. - М.: Машиностроение, 1980 - с. 71.

2. Гончаревич И.Ф., Фролов К.В. Теория вибрационной техники и технологии. - М.: Наука, 1981 - с. 229.

Формула изобретения

Электромагнитный привод резонансного вибратора, содержащий магнитопроводы индуктора с обмотками возбуждения, источник постоянного напряжения, дроссель и источник переменного напряжения, отличающийся тем, что обмотки возбуждения включены в два смежных плеча мостовой схемы, в два других плеча - коммутирующие приборы, в диагональ между общими точками соединения обмоток и коммутирующих приборов включен источник переменного напряжения, а в противоположную - последовательно соединенные дроссель и источник постоянного напряжения, а схема управления коммутирующих приборов обеспечивает в момент /2 изменения переменного напряжения источника открытого одного коммутирующего прибора, а через полупериод - его закрытие и открытие другого коммутирующего прибора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5