Импульсный индукционно-динамический привод

Изобретение относится к индукционно-динамическим приводам, применяемым для создания импульсных воздействий необходимой величины и длительности, в частности для использования в невзрывных источниках сейсмических волн. Технический результат заключается в снижении тепловых потерь и нагрева обмотки возбуждения индукционно-динамического двигателя и уменьшении длительности заднего фронта создаваемой двигателем силы. Импульсный индукционно-динамический привод содержит индукционно-динамический двигатель, к обмотке возбуждения которого через управляемый ключ присоединен емкостный накопитель с зарядным устройством. К выводам обмотки двигателя присоединены последовательно соединенные диод и резистор, параллельно к которому присоединен конденсатор. 2 ил.

 

Изобретение относится к индукционно-динамическим приводам, применяемым для создания импульсных воздействий необходимой величины и длительности в технологических устройствах общепромышленного назначения, например в электрических аппаратах, при штамповке и формовке деталей, прессовании, а также в импульсных сейсмоисточниках, в которых индукционно-динамический привод обеспечивает импульсное воздействие на грунт или воду с целью формирования в них сейсмических волн.

Известен принятый за аналог индукционно-динамический привод [Л.Н. Карпенко "Быстродействующие электродинамические отключающие устройства." (Изд-во "Энергия", Ленинградское отделение, 1973 г., стр.8-9, рис.156)], содержащий снабженный зарядным устройством емкостный накопитель энергии, управляемый ключ для разряда накопителя на обмотку возбуждения двигателя и присоединенный параллельно обмотке двигателя диод. Работает данное устройство следующим образом: предварительно заряженный от зарядного устройства емкостный накопитель через ключ разряжается на обмотку возбуждения двигателя. При прохождении тока через обмотку возбуждения двигатель создает электромагнитную силу, значение которой пропорционально квадратичному значению тока. В момент полного разряда емкостного накопителя напряжение на диоде изменяет знак, он открывается и ток, протекающий через обмотку двигателя, замыкается через диод. При этом ключ выключается и емкостный накопитель обесточивается, что обеспечивает уменьшение необходимой мощности зарядного устройства при последующем очередном заряде емкостного накопителя.

К недостаткам аналога относится значительное тепловыделение в обмотке при протекании по ней с момента включения диода экспоненциально уменьшающегося тока, что приводит к ее дополнительному нагреву. Привод по аналогу не обеспечивает возможности оперативного изменения длительности создаваемого механического импульса. Эти недостатки снижают технические характеристики привода и ограничивают возможности его применения.

Известно принятое за прототип техническое решение индукционно-динамического привода [Изобретение RU 2485614 C2, опубл. 20.06.2013], которое, как и аналог, содержит емкостный накопитель энергии с зарядным устройством, управляемый ключ для разряда емкости на обмотку возбуждения двигателя и присоединенный к выводам обмотки диод. В отличие от аналога емкостный накопитель выполнен из основной емкости и присоединенной к ней через диод дополнительной емкости. Такое решение позволяет расширить вершину тока в обмотке возбуждения и, соответственно, увеличить создаваемый приводом механический импульс, прикладываемый к технологической нагрузке якорем двигателя.

Однако, как и в аналоге, в течение периода времени, когда ток обмотки протекает через присоединенный к ее выводам диод, в обмотке выделяется в виде тепла значительная доля непреобразованной в механическую энергию магнитного поля обмотки. Кроме этого, протекающий по обмотке и диоду ток характеризуется значительной, в несколько раз превышающий длительность разряда емкостного накопителя на обмотку постоянной времени. В результате, после формирования силы в течение времени разряда емкостного накопителя, привод создает значительную экспоненциально уменьшающуюся силу.

Данные недостатки снижают технические характеристики привода и ограничивают возможности его применения.

Задача изобретения состоит в повышении технических характеристик импульсного индукционно-динамического привода и расширении области его применения.

Технический результат заключается в снижении тепловых потерь и нагрева обмотки возбуждения индукционно-динамического двигателя и уменьшении длительности заднего фронта создаваемой двигателем силы.

Предложенный импульсный индукционно-динамический привод содержит емкостный накопитель энергии с зарядным устройством, индукционно-динамический двигатель с обмоткой возбуждения и управляемый ключ для разряда емкостного накопителя на обмотку возбуждения. К выводам обмотки присоединены последовательно включенные диод и резистор с параллельно подсоединенным к нему конденсатором.

Технический результат достигается за счет того, что между выводами обмотки возбуждения присоединены последовательно включенные диод и резистор, параллельно которому присоединен конденсатор.

На фиг.1 приведена электрическая схема предложенного привода, а на фиг.2 - графики напряжения на обмотке возбуждения двигателя, тока обмотки возбуждения и создаваемой двигателем силы.

Импульсный привод содержит емкостный накопитель энергии 1 с зарядным устройством 2. Управляемый ключ 3 включен в цепь разряда емкостного накопителя на обмотку возбуждения 4 двигателя, которая помещена в пазу индуктора 5 индукционно-динамического двигателя, а якорь двигателя выполнен в виде прилегающей к плоскости обмотки 4 пластины 6 из материала высокой электропроводности. К выводам обмотки 4 через диод 7 присоединен резистор 8, параллельно которому включен конденсатор 9.

Работает привод следующим образом. Перед началом работы емкостный накопитель 1 (фиг.1) заряжается от зарядного устройства 2 до необходимого напряжения. При открытии в момент t0 (фиг.2) от системы управления (на фиг.1 не показана) управляемого ключа 3 накопитель 1 за время t1 разряжается на обмотку возбуждения 4 двигателя, что приводит к приложению к обмотке импульса напряжения 10, протеканию по обмотке импульса тока 11 (фиг.2) и созданию вокруг обмотки магнитного потока 12 (фиг 1). За счет экранирования магнитного потока электропроводящей пластиной 6 якоря, поток проходит через область прилегания якоря к обмотке и между обмоткой и якорем создается расталкивающая их электродинамическая сила 13 (фиг.1 и 2).

где i(t) - ток 11 обмотки возбуждения;

LЭ - эквивалентное значение индуктивности обмотки, зависящее от зазора между обмоткой и пластиной и коэффициента магнитной связи между ними.

Сила 13 имеет квадратичную зависимость от тока в обмотке. Из-за влияния активного сопротивления 14 обмотки ток 11 и, соответственно, сила 13 достигают максимального значения несколько раньше момента t1 изменения знака напряжения 10 на обмотке 4.

С момента t1 включения диода 7 и, соответственно, выключения управляемого ключа 3, ток 11 обмотки проходит через диод 7 и резистор 8 и уменьшается по близкому к экспоненциальному закону с постоянной времени τ.

где I1 - ток в обмотке в момент t1, a

В (3) LЭ - индуктивность обмотки, значение которой может быть принято постоянным, а , где r1 - сопротивление обмотки 4, а r2 - добавочного резистора 8.

Потери Ar в обмотке и резисторе пропорциональны квадратичному значению тока:

С учетом (3)

и, следовательно, потери Ar не зависят от величины добавочного сопротивления r2 и равны энергии магнитного поля обмотки двигателя с индуктивностью LЭ при токе I1 в момент t1.

За счет включения последовательно с диодом 7 резистора 8 с сопротивлением r2 общие потери Ar разделяются на потери Ar1 в сопротивлении r1 обмотки и потери Ar2 в резисторе 8 в зависимости от значения Их относительные значения

В реальных технических решениях значение сопротивления r2 может в 2-4 и более раз превышать значение r1, т.е. n≈2÷4. При n=2 потери в обмотке уменьшаются до 1/3, а при n=4 - до 1/5 от потерь Ar, выделяемых в обмотке при n=0 (r2=0).

Развиваемая двигателем сила Р пропорциональна квадратичному значению тока и может быть записана как

т.е. сила Р изменяется с постоянной времени

На фиг.2 для сравнения приведена сила 13, развиваемая двигателем с момента времени t1 при значениях n=0 и n=2. В сравнении со случаем n=0 при n=2 задний фронт создаваемой силы 13 характеризуется более быстрым снижением силы, с постоянной времени τ/6.

При увеличении n снижается создаваемый с момента t1 механический импульс N между индуктором 5 с обмоткой 4 и якорем двигателя 6. Его величина N пропорциональна интегральному значению создаваемой силы и уменьшается с увеличением τ.

Относительное значение механического импульса, характеризуемое отношением его значений при n≠0 и n=0:

которое аналогично соотношению (6) для определения относительного значения потерь в обмотке возбуждения двигателя.

Управляемый ключ 3 может быть выполнен с использованием одного или нескольких последовательно-параллельно соединенных (в зависимости от мощности привода) однооперационных или двухоперационных (выключаемых) тиристоров. Применение параллельно подключенного к добавочному сопротивлению 8 конденсатора 9 снижает коммутационные потери в тиристорах и повышает надежность их работы.

Таким образом, предложенное техническое решение импульсного индукционно-динамического привода обеспечивает достижение поставленной задачи за счет уменьшения тепловых потерь в обмотке возбуждения двигателя привода и уменьшения после момента выключения управляемого ключа создаваемого двигателем механического импульса силы.

Импульсный индукционно-динамический привод, содержащий индукционно-динамический двигатель, к обмотке возбуждения которого через управляемый ключ присоединен емкостной накопитель с зарядным устройством, отличающийся тем, что к выводам обмотки присоединены последовательно соединенные диод и резистор, параллельно к которому присоединен конденсатор.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники, в частности к магнитным системам статоров электрических машин постоянного тока и магнитных приводов. Технический результат: повышение магнитного потока магнитной системы статора в заданных габаритах.

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.
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 геофизики и может быть использовано для проведения сейсморазведочных работ. Сейсмический вибратор имеет излучающую плиту, по меньшей мере, с четырьмя виброизолирующими опорами, изолирующими раму от излучающей плиты.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ. Электромагнитный привод содержит емкостной накопитель и силовой электромагнит, обмотка возбуждения которого выполнена двухсекционной.

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

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.

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 электромагнитам для измерения ядерного магнитного резонанса в слабом поле, в частности для определения воды в образце. Технический результат состоит в повышении однородности магнитного поля в измеряемом объеме при уменьшении габаритов. Электромагнит содержит ярмо (1), имеющее объем (4), и электропроводящий провод (7), намотанный вокруг ярма (1). Магнит включает, по меньшей мере, два кольцевых паза (5), имеющих две стенки, параллельные друг другу и перпендикулярные продольной оси ярма, по меньшей мере, два пучка (7) проводов, каждый из которых содержит, по меньшей мере, один подпучок (7a, 7b. По меньшей мере, одна из стенок (6) разделяет два кольцевых паза (5). Перекрывающий провод (10), соединяющий пучки таким образом, что доли от перекрывающих проводов (10) смежных пучков в полном аксиально направленном токе подавляются в среднем посредством тока провода обратного тока, так что их доля в результирующем магнитном поле в объеме образца минимизируется.2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх