Электропривод возвратно-поступательного движения (его варианты)

 

Изобретение относится к управ1лению электрическими машинами. Цель изобретения - увеличение ресурса : электропривода возвратно-поступательного движения путем обеспечения безударного режима работы. Электропривод содержит исполнительный механизм 1 с обмотками 2 и 3 прямого и обратного хода, обмоткой удержания 7, магнитопроводамй 5, 6., 8 и подвижным элементом 4 и устройство управления, включающее блоки формирования управляющих импульсов прямого 12 и обратного 13 хода и удержания 14, датчик 15 производной тока в обмотке, компаратор 16, элемент И 17, генератор импульсов 18, источник, задающего напряжения 19. Электропривод обладает свойством инвариантности к изменениям параметров исполнительного механизма , противодействующих сил и подвижной массы. Это объясняется тем, что производная тока в явном виде зависит от скорости перемещения подвижного элемента и использование (Л этой производной в качестве управляющего воздействия приводит к требуемому ограничению конечной скорости перемещения независимо от возмущений . 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (11) (g1) 4 H 02 Р 7/62

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3870098/24-07

-(22) 19.03.85 (46) 30,11.86. Бюл. N - 44 (72) В.С. Крапивин, Е.А. Фурманский и А.В. Шубин (53) 621.313.17(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 391691, кл. Н 02 P 7/62, 1973.

Авторское свидетельство СССР

В 1136294, кл. H 02 P 7/62, 1985. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ (ЕГО ВАРИАНТЫ) (57) Изобретение относится к управ лению электрическими машинами. Цель изобретения — увеличение ресурса электропривода возвратно-поступательного движения путем обеспечения безударного режима работы. Электропривод содержит исполнительный механизм 1 с обмотками 2 и 3 прямого и обратного хода, обмоткой удержания 7, магнитопроводамй 5, 6, 8 и подвижным элементом 4 и устройство управления, включающее блоки формирования управляющих импульсов прямого 12 и обратного 13 хода и удержания 14, датчик

15 производной тока в обмотке, компаратор 16, элемент И 17, генератор импульсов 18, источник. задающего напряжения 19, Электропривод обладает свойством инвариантности к изменениям параметров 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 возмущений. 4 ил.

274111 форматора тока, работающего в режиме, близком к холостому ходу, или в виде последовательно соединенных датчика тока (например, в виде шунта) и блока дифференцирования. Блоки формирования управляющих импульсов 12, 13 и 14 выполняются в виде соединения триггеров, ждущих мультивибраторов и полупроводниковых усилителей

10 мощности с фазовым или широтно-импульсным управлением, Генератор импульсов 18 выполняется с использованием известных схем мультивибраторов, Электропривод содержит электромагнитный исполнительный механизм (ЭИМ) 1 с обмотками прямого 2 н 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 обмот кам 2, 3 и 7, последовательно соединенные между собой датчик производчой 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 источ ник задающего напряжения (ИЗН)19, подсоединенный к второму входу компаратора 16.

Датчик производной тока в обмотке может быть выполнен в виде трансИзобретение 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 ° 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 об моток, т.е., например, электромагнитное звено исполнительного механизма 1 с магнитопроводом 5, 6 и обмоткой 3 обратного хода выполняет также и функцию удерживающего электромагнита. При этом на интервале обратного. хода к. обмотке 3 прикладывается напряжение U с выхода

13

З0 блока формирования 13, а далее протекание по ней тока удержания ца обеспечивается воздействием напряжения

U с выхода блока формирования 14.

Работа несимметричного привода

35 заключается в следующем.

Пусть ферромагнитный подвижный элемент 4 находится в нижнем (фиг.1) крайнем положении, обмотки обесто40 чены, связь между блоками 16 и 17 отсутствует (контур ограничения скорости отключен) и отключен генератор импульсов 18. Пусть в момент времени с=О блоки 13, 12 и 14 подключа45 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 сигнала U, с выхода генератора 18 на вход блока формирования 14. В момент времени t, к входам блоков 12, 14 и 17 подключается генератор 18, на выходе блока 13 формируется импульс напряжения U и по обмотке

1З

3 протекает ток . В результате возникает тяговое усилие F иаэс правленное вверх. Начиная с момента

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

3 12741 времени, когда тяговое усилие нарастет до величины, равной противодействующему усилию (вес подвижной части устройства плюс силы трения), осуществляется ускоренное перемеще- 5 ние ферромагнитного элемента 4 вверх (а также жестко связанных с ним элементов 10 и 11). При этом в момент времени t происходит соударение подвижного 10 и неподвижного 9 эле- 10 ментов электропривода и ферромагнитная торцовая часть 10 подвижного элемента "прилипает" к полюсу 9 удерживающего электромагнита.

Как видно из осциллограмм на 5 фиг. 3, ускоренное перемещение подвижного элемента 4 приводит к существенному нарастанию противо-ЭДС движения в силу зависимости 1?

Ж dx 20 — — и, начиная с момента врез йх dt мени t, ток i начинает уменьшаться. з

di

Следовательно, производная — - в

dt. этот момент проходит через ноль и меняет знак на противоположный.

После "прилипания" торцовой части

10 к полюсу 9 и далее до момента отключения управляющего напряжения

t3 (задают блоком 13) ток iý Hàðàñ ЭО тает с постоянной времени, равной (х)/R, где Е К вЂ” индуктивность и сопротивление обмотки 3; х — координата перемещения подвижного элемента. Далее в момент времени

35 воздействие сигнала U на блок 12

18 приводит к формированию на выходе последнего управляющего напряжения

U„® и протеканию тока i в обмотке 2. 2

В результате нарастает тяговое усилие, направленное вниз. В требуемый момент времени t (задается бло5 ком 14) формированно отключается обмотка удерживающего электромагнита и подвижная часть электропривода 45 ускоренно перемещается вниз до соударения с основанием в момент времени

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.

11 4 блока 1 7 (подключен контур ограничения скорости). При этом для упрощения принимают U =0 на выходе бло1з ка 19. Для повышения помехоустойчивости напряжение U отрицательно.

19

При поступлении сигнала U с выхо1В да генератора 18 на вход элемента

И 17 переходные процессы в электроприводе протекают аналогично описанным до момента времени t . Далее

«1 - з производная з меняет знак, компаdt ратор срабатывает и напряжение с его выхода блокирует сигнал U что

18 приводит к отключению управляющего напряжения U» 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 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 U, на вход элемента И 17 воздействие выходного напряжения U этого уси11 лителя на вход блока формирования 13 приводит к появлению на выходе последнего управляющего напряжения U з

В результате по обмотке 3 протекает ток i и возникает электромагнитное

3 тяговое усилие F, направленное в сторону уменьшенйя 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 F

Ж, dx — — и, начиная с момента врес1х мени t, ток начинает уменъшатъся.

Следовательно, производная в этот

1? 741 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 Ц, ток нарастает с постоянHoA e eHH, HoH L (x)/R>,Ïoñëå з отклЮчения управляющего напряжения

U„> на обмотку 3 воздействует напряжение U,„. с выхода блока формирования 14 и ток iä спадает до значения с такой же постоянной времени.

В требуемый момент времени отключается напряжение U, и при поступлении сигнала управления с другого выхода генератора 18 — U, на вход другого элемента И 17 процессы в электроприводе протекают аналогично описанным и подвижный элемент 4 перемещается вправо, втягиваясь в соленоид, образованный элементами

2, 5и6.

20

Пусть теперь в начальный момент времени исходное состояние электропривода соответствует фиг. 2 и контуры ограничения скорости с дополнительными блоками 15, 16, 17 и 19 подключены к известным блокам согласно фиг. 2. При этом для упрощения принимают U =О на выходе блока 19. При поступлении сигнала U

18 с выхода генератора 18 на вход элемента И 17 переходные процессы в электроприводе протекают аналогично описанным до момента времени t

d13

Далее производная — =- меняет знак

dt

У 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 прохождеI 45 ние сигнала U блокируется сигнаэ .: лом -А и воздействие результирующего сигнала U„, на вход блока 13 приводит к отключению управляющего напряжения U, ток i резко спадает. В з ,результате резко уменьшается до нуля электромагнитное тяговое усилие, что приводит к торможению подвижного элемента 4 и значительному уменьшению его скорости в момент соударения < с полюсом 9. Этим и обес- 55 печивается безударный режим работы электропривода. Изменяя необходимым образом уставку напряжения на выхо11 ь 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.

Формула изобретения

1. Электропривод возвратно-поступательного движения, содержащий линейный электромагнитный двигатель с обмотками прямого и обратного хода и удержания, магнитопроводами, фер— ромагнитным подвижным элементом и устройство управления, включающее подключенные к обмоткам блоки формирования управляющих импульсов прямого и обратного хода и удержания и связанный с их входами генератор импульсов, отличающийся тем, что, с целью увеличения ресурса путем обеспечения безударного режима при обратном ходе подвижного элемента, электропривод снабжен датчиком производной тока в обмотке обратного хода, источником задающего напряжения, компаратором и элементом И, выходом подключенным к входу блока формирования управляющих 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 напряжения.

2. Электропривод возвратно-поступательного движения, содержащий линейный электромагнитный двигатель с обмотками прямого и обратного хода, магнитопроводами, ферромагнитным подвижным элементом и устройство управления, включающее подключенные к обмоткам блоки формирования управляющих импульсов прямого и обратного хода, связанный с их входами генератор импульсов и подключенный к нему

7 12741 блок формирования импульсов удержания, отличающийся тем,. что, с целью увеличения ресурса путем обеспечения безударного режима при прямом и обратном ходе подвижного элемента, электропривод снабжен вторым . блоком формирования импульсов удер.жания, датчиками производной тока обмоток прямого и обратного хода, двумя источниками задающего напряже- 10

У Х Х 8

11 ния; двумя компараторами и двумя элементами И, первые входы которых соединены с выходами генератора импульсов и входами блоков формирования импульсов удержания, вторые - с выходами компараторов, первые входы которых подключены к датчикам производной тока, а вторые- к источникам задающего напряжения.

1274111

Составитель В. Алфимов

Редактор М. Бандура Техред В.Кадар Корректор М, Демчик

Заказ 6488/56 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие. г. Ужгород, ул. Проектная, 4