Индукционно-динамический привод



Индукционно-динамический привод
Индукционно-динамический привод

 


Владельцы патента RU 2485614:

Ивашин Виктор Васильевич (RU)
Иванников Николай Александрович (RU)

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим приводам с индукционно-механическим двигателем для импульсных механических воздействий на нагрузку различных усилий регулируемой величины длительностью от (1 до 5)·10-3 с, в промышленности, а также в источниках сейсмических колебаний, использующихся в сейсморазведочных работах на поверхности земли и воде. Технический результат состоит в оперативном управлении величиной и длительностью создаваемого якорем механического импульса. Привод содержит индукционно-динамический двигатель, состоящий из плоской катушки возбуждения и прилегающей к ней электропроводящей пластины-якоря, и силовой полупроводниковой схемы возбуждения, содержащей емкостные накопители энергии с зарядными устройствами и коммутирующий тиристор. 2 ил.

 

Изобретение относится к электрическим приводам с индукционно-динамическим двигателем, применяемым для создания импульсных механических воздействий на нагрузку, например, в источниках сейсмических колебаний, использующихся для выполнения сейсморазведочных работ на поверхности земли или в воде, а также в устройствах для различных промышленных технологий, требующих приложения к нагрузке импульсных механических воздействий.

Известно техническое решение индукционно-динамического привода (Л.Н.Карпенко. Быстродействующие электродинамические отключающие устройства. Изд-во «Энергия», Ленинградское отделение, 1973 г., стр.5…10), принятое за аналог. Это решение содержит емкостной накопитель энергии с зарядным устройством, коммутирующий прибор для разряда накопителя на обмотку возбуждения индукционно-динамического двигателя и шунтирующий обмотку возбуждения силовой диод.

При разряде через коммутирующий прибор емкостного накопителя энергии на катушку возбуждения двигателя создается магнитное поле, проходящее между катушкой и прилегающим к плоскости катушки электропроводящим якорем, в котором индуцируется электрический ток. При этом между катушкой и якорем создается электродинамическая сила, передаваемая якорем на рабочий объект-нагрузку в виде подвижного устройства электрического выключателя.

Недостаток аналога состоит в низком значении создаваемого двигателем механического импульса на якорь, обусловленного снижением индукции магнитного поля между катушкой и якорем и, следовательно, создаваемой механической силы, за счет диффузии магнитного поля из зазора в материал катушки и якоря на глубину проникновения поля и за счет увеличения зазора между якорем и катушкой возбуждения при работе привода. Это техническое решение также не позволяет оперативно изменять длительность создаваемой силы и создаваемого механического импульса, что снижает его технические характеристики и ограничивает возможности применения.

Известно устройство (прототип) для возбуждения сейсмических колебаний (Изобретение SU 1817707 A3, опубл. 23.05.93 в бюл. №19), индукционно-динамический привод которого содержит две накопительные емкости с общим зарядным устройством и два тиристора с индивидуальными схемами их управления. Индукционно-динамический двигатель выполнен с двумя расположенными концентрично и в одной плоскости катушками возбуждения. Якорь двигателя выполнен в виде прилегающей к катушкам электропроводной мембраны сейсмоисточника, перемещение которой при работе привода создает давление в водной среде, что сопровождается созданием в ней сейсмических волн.

Признаками технического решения по прототипу, совпадающими с существенными признаками предлагаемого технического решения, являются обмотка возбуждения индукционно-динамического двигателя, применение емкостного накопителя энергии с зарядным устройством и коммутируемого прибора для разряда накопителя на обмотку возбуждения.

Предложенный в прототипе привод имеет следующие недостатки, снижающие создаваемое им усилие на якорь двигателя, технические и эксплуатационные характеристики привода. Диффузия магнитного поля из зазора между катушкой возбуждения и якорем снижает энергию магнитного поля в зазоре и величину создаваемого приводом механического импульса. Привод не обеспечивает оперативного управления длительностью создаваемого механического импульса. Применение двух емкостных накопителей энергии, которые через отдельные управляемые приборы (тиристоры) подключаются к соответствующим катушкам обмотки возбуждения двигателя через три питающих кабеля, снижает надежность работы и технические характеристики привода.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении создаваемого приводом механического импульса, обеспечении возможности оперативного управления длительностью создаваемого усилия и повышения технических характеристик привода.

Технический результат предложенного решения состоит в увеличении и регулировании длительности тока в обмотке возбуждения при его близких к максимальным значениях.

Упомянутые задача и технический результат достигаются тем, что предложенное техническое решение содержит индукционно-динамический двигатель, к обмотке возбуждения которого через управляемый коммутирующий прибор присоединен первый накопительный конденсатор с зарядным устройством, к первому конденсатору через диод присоединен второй накопительный конденсатор, снабженный зарядным устройством с регулируемым выходным напряжением, а параллельно обмотки возбуждения присоединен второй диод.

На фиг.1 приведена электрическая схема привода с индукционно-динамическим двигателем, а на фиг.2 - графики изменения напряжений и тока в основных элементах схемы и создаваемых двигателем импульсных сил.

Привод содержит конденсатор 1 (емкостной накопитель энергии) с устройством 2 для его заряда. Тиристор 3 включен в цепь разряда конденсатора 1 на катушку 4 обмотки возбуждения индукционно-динамического двигателя, якорь которого выполнен в виде прилегающей к плоскости катушки электропроводной пластины 5. Параллельно конденсатору 1 через диод присоединен конденсатор 7, снабженный зарядным устройством 8 с регулируемым выходным напряжением. Диод 9 присоединен параллельно катушке 4.

Работает привод (фиг.1) следующим образом. Конденсаторы 1 и 7 схемы питания привода в исходном состоянии заряжены, соответственно, от зарядных устройств 2 и 8 до необходимых напряжений, причем максимальное зарядное напряжение на конденсаторе 7 может регулироваться посредством зарядного блока от нуля до некоторого значения U2m, которое меньше, чем U1m, где Um1 - напряжение предварительного заряда конденсатора 1 (например, U2m=0,5U1m). Возможность изменения U2m необходима для обеспечения изменения создаваемого приводом механического импульса.

При открытии тиристора 3 (фиг.1) (схема его управления на фиг.1 не показана) конденсатор 1 разряжается на катушку возбуждения 4 двигателя, что приводит к созданию вокруг катушки магнитного потока Ф, индуцированию вихревого тока в прилегающего к плоскости катушки электропроводного якоря 5 и созданию между катушкой 4 и якорем 5 электродинамической силы Р, определяемой током i в катушке возбуждения 4 и эквивалентным значением индуктивности L(э) катушки возбуждения.

где х - зазор между катушкой и якорем.

На фиг.2 приведен характер изменения тока в катушке возбуждения двигателя и создаваемой им силы Р для двух крайних случаев, отличающихся значением напряжения U2m на конденсаторе 7 (U2m=0 и U2m≈0,5·U1m).

При U2m=0 конденсатор 7 не участвует в работе привода. Напряжение 10 конденсатора 1 при его разряде на катушку 4 через тиристор 3 уменьшается к моменту t2 до нуля и катушка 4 закорачивается диодом 9. Ток 11 к моменту t1 достигает максимума и на интервале времени от t1 до t2 уменьшается за счет влияния активного сопротивления разрядной цепи, а также диффузии магнитного потока Ф в материал катушки возбуждения 4 и якоря 5 и увеличения зазора между катушкой и якорем при перемещении якоря под действием силы Р (кривая 12). Создаваемая двигателем сила Р в соответствии с (1) пропорциональна значению тока I в квадрате и показана на фиг.2 графиком 12.

Генерируемый двигателем на интервале времени от t0 до t2 механический импульс

где P1 - сила 12 на фиг.2.

Для увеличения создаваемого двигателем механического импульса конденсатор 7 заряжают от зарядного блока 8 до некоторого напряжения U2m, значение которого меньше напряжения U1m заряда конденсатора 1. В этом случае при разряде конденсатора 1 и снижении напряжения 10 на нем до уровня напряжения на конденсаторе 7 включается диод 6 (момент t1 на фиг.2). Подключение конденсатора 7 к конденсатору 1 приводит к увеличению их общей емкости. Поэтому, именно с момента времени t1, скорость изменения напряжения 13, прикладываемого к катушке 4, уменьшается. При уменьшении напряжения 13 до нуля в момент времени диод 9 открывается и шунтирует катушку 4 обмотки возбуждения.

На интервале времени от t1 до в магнитное поле возбуждения двигателя от конденсатора 7 передается дополнительно его энергия, что приводит к поддержанию тока 14 в катушке возбуждения на более высоком уровне, чем ток 11, который был в ней при разряде на катушку возбуждения только конденсатора 1, и соответствующему увеличению развиваемой силы 15 и создаваемого двигателем механического импульса

где Р2 - сила 15 на фиг.2.

Увеличению создаваемого предложенным приводом механического импульса

на фиг.2 соответствует заштрихованная площадь, ограниченная графиками силы 15 и силы 12, которая зависит от величины напряжения заряда конденсатора 7 и, следовательно, может оперативно изменяться посредством изменения напряжения заряда конденсатора 7 от его зарядного устройства 8. Закорачивание диодом 9 катушки 4 возбуждения в момент времени обеспечивает однополярный по напряжению режим работы конденсатора 1, что приводит к уменьшению потерь в нем, необходимой мощности зарядного устройства 2 и повышению надежности привода.

Применение индукционно-динамического привода с оперативно регулируемой величиной создаваемого им механического импульса позволяет повысить эффективность импульсных технологических устройств.

Например, сейсмоисточники с использованием в них предложенного привода позволяют обеспечивать более эффективные режимы механического воздействия на поверхность грунта различной плотности (наземные сейсмоисточники), а также управлять спектром создаваемых сейсмических волн в грунтовом полупространстве и в водной среде, что повышает качество и производительность сейсморазведочных работ.

Индукционно-динамический привод может быть эффективно применен в ударных устройствах с регулируемым механическим воздействием на рабочее тело, например при клепке, формовке деталей и в других случаях.

Индукционно-динамический привод, содержащий индукционно-динамический двигатель, к обмотке возбуждения которого через управляемый коммутируемый прибор присоединен первый накопительный конденсатор с его зарядным устройством, отличающийся тем, что параллельно первому конденсатору через первый диод присоединен второй накопительный конденсатор, снабженный зарядным устройством с регулируемым выходным напряжением, а параллельно катушке возбуждения двигателя присоединен второй диод.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления резонансными электромагнитными приводами. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах ударного действия с линейным электромагнитным двигателем, например в приводах электромагнитных прессов и в других импульсных устройствах с поступательным движением рабочего органа.

Изобретение относится к гидравлическим клапанам и предназначено для использования в системах для извлечения жидких углеводородов. .

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для приведения в действие механических устройств, находящихся в жидкой или газообразной среде под повышенным давлением.

Изобретение относится к транспортному машиностроению. .

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромагнитным приводам коммутационных аппаратов. .

Изобретение относится к электромагнитному приводу для выключателя, в частности в области техники среднего напряжения с по крайней мере одним магнитнитопроводом, который ограничивает воздушный зазор, с расположенной в воздушном зазоре, направляемой подвижно относительно магнитнитопровода подвижной частью, с по крайней мере одним постоянным магнитом и с по крайней мере одним нагружаемым током проводником, причем проводник или проводники при движении подвижной части по крайней мере частично находится/находятся в магнитном потоке, созданном постоянным магнитом или постоянными магнитами.

Изобретение относится к электротехнике. .

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно к устройствам форсированного питания электромагнитных приводов постоянного тока от сети переменного тока.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к приводам тормозных устройств. .

Изобретение относится к сейсмической разведке полезных ископаемых с невзрывными источниками и может применяться при проведении сейсморазведочных работ. .

Изобретение относится к области устройств, предназначенных для пуска сейсмических источников из скважин. .

Изобретение относится к области электромагнитных приводов, предназначенных для создания импульсных усилий в невзрывных источниках сейсмических сигналов, используемых при сейсморазведочных работах, и может применяться в других случаях, когда на рабочее тело необходимо создавать кратковременные силовые воздействия.

Изобретение относится к сейсморазведке, а точнее к системам для ведения полевых сейсморазведочных работ. .

Изобретение относится к средствам сейсмической разведки и может быть использовано в качестве источника сейсмических сигналов. .

Изобретение относится к области технической гидроакустики и, в частности, к активным гидроакустическим системам, предназначенным для исследования промыслового шельфа на нефть и газ, определения места установки буровой вышки, для обнаружения подводных объектов и классификации их в реальном масштабе времени, для создания имитирующего акустического поля при калибровке и аттестации среды и шумящих объектов, для мониторинга разрабатываемых месторождений и рыбных запасов океана.

Изобретение относится к области геофизики и предназначено для ударного возбуждения сейсмических колебаний при разведке полезных ископаемых
Наверх