ИМПУЛЬСНЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД НЕВЗРЫВНОГО СЕЙСМОИСТОЧНИКА Российский патент 2001 года по МПК G01V1/04 

Изобретение относится к электромагнитным приводам, предназначенным 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.

Известен импульсный источник питания, содержащий накопительную конденсаторную батарею, подключенную к зарядному устройству, основные коммутирующие приборы, электромеханический преобразователь энергии с обмоткой возбуждения (электромагнит) и дополнительные коммутирующие приборы для обеспечения искусственной коммутации основных приборов (А.С. СССР, Ивашин В.В., Чуркин И.М., 16.07.1975 г., бюл. N 19 от 25.05.1978 г.).

Недостатком привода является низкая эффективность работы, обусловленная большим количеством силовых коммутирующих приборов и значительными потерями в них, сложностью системы управления приборами.

Наиболее близким, принятым за прототип, техническим решением является схема формирования импульсного тока (см. "Схемы формирования импульсного тока от емкостных накопителей энергии и их применение в автономных источниках электропитания", Ивашин В.В. в сб. "Педагогические, экономические и социальные аспекты учебной, научной и производственной деятельности", Тольятти, 1998 г., с. 351, рис.2, с.352 рис.6.), содержащая накопительный конденсатор, двухсекционную обмотку возбуждения электромеханического преобразователя, у которой первая секция соединена с накопителем через управляемый ключ, а вторая - через диод. Устройство обеспечивает быстрый ввод энергии накопительного конденсатора в магнитное поле преобразователя и поддержание магнитного потока во время его срабатывания, выключение тока обмотки возбуждения после срабатывания электромагнита и характеризуется малыми потерями в коммутирующих приборах. Секции обмотки выполняются раздельно проводниками различного поперечного сечения, потому что действующие значения тока в них различны.

Недостатками привода являются большое сечение обмотки возбуждения, обусловленное увеличением суммарного сечения меди секций обмотки при поочередном протекании тока по ним и уменьшением коэффициента заполнения паза, большой вес, обусловленный большими размерами паза электромагнита и соответственно большим объемом и весом магнитопровода, недостаточные технологичность и надежность, обусловленные использованием обмотки с дополнительными выводами, и тем, что напряжения на обмотке возбуждения и коммутирующих приборах при работе привода превышают напряжение на накопительном конденсаторе.

Предложен импульсный электромагнитный привод невзрывного сейсмоисточника, содержащий электромагнит с обмоткой возбуждения, первый накопительный конденсатор с зарядным устройством, подсоединенный через первый тиристор к обмотке возбуждения, и коммутирующие приборы, отличающийся тем, что параллельно первому накопительному конденсатору включен первый диод, к обмотке возбуждения через второй тиристор подключен второй конденсатор с зарядным устройством, параллельно второму конденсатору подключены последовательно соединенные резистор и второй диод.

Предлагаемый привод позволяет уменьшить сечение обмотки, снизить вес электромагнита, повысить технологичность и надежность устройства.

Подключение первого диода параллельно первому накопительному конденсатору и второго конденсатора через второй тиристор к обмотке возбуждения позволяет применить односекционную обмотку возбуждения, что упрощает технологию изготовления и подключения обмотки, уменьшает площадь ее поперечного сечения. Снижение веса электромагнита обусловлено уменьшением сечения обмотки, уменьшением размера паза и соответствующим уменьшением размеров магнитопровода. Подключение параллельно второму накопительному конденсатору последовательно соединенных резистора и диода ограничивает максимальные напряжения на обмотке и коммутирующих приборах при выключении тока обмотки возбуждения, что в совокупности с общим уменьшением уровня максимальных напряжений на коммутирующих приборах, по сравнению с прототипом, повышает надежность устройства.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого привода, на фиг. 2 - временные диаграммы работы привода, на фиг. 3 - вариант привода со вторым зарядным устройством, выполненным в виде резистора, соединяющего второй конденсатор с первым зарядным устройством.

Импульсный электромагнитный привод (фиг. 1) содержит электромагнит 1, обмотка возбуждения 2 которого через первый тиристор 3 подключена к первому накопительному конденсатору 4, а через второй тиристор 5 - ко второму конденсатору 6. Первый конденсатор 4 подключен к первому зарядному устройству 7, параллельно ему включен первый диод 8. Второй конденсатор 6 подключен ко второму зарядному устройству 9, параллельно ему включена цепочка из последовательно включенных резистора 10 и второго диода 11.

Привод работает следующим образом. В исходном состоянии первый 4 и второй 6 конденсаторы заряжены от первого 7 и второго 9 зарядных устройств напряжением в указанной полярности. В момент времени t = 0 подают отпирающий импульс на первый тиристор 3 и первый конденсатор 4 начинает разряжаться на обмотку 2 электромагнита 1. Ток в обмотке растет (кривая 12 на фиг. 2), а напряжение на первом конденсаторе убывает (кривая 13). В момент времени t₁ напряжение на первом конденсаторе становится равным нулю и открывается первый диод 8 (фиг. 1). Начиная с этого момента, ток обмотки 2 замыкается через первые тиристор и диод, обеспечивая тем самым режим постоянства потокосцепления электромагнита. На интервале времени t₁ - t₂ (фиг. 2) электромагнит развивает максимальную механическую силу (кривая 14) и приводом совершается механическая работа, что сопровождается уменьшением воздушного зазора электромагнита и соответствующим уменьшением тока обмотки возбуждения (кривая 12). В момент времени t₂ электромагнит выбирает воздушный зазор и механическую силу далее не развивает. Дальнейшее протекание тока по обмотке возбуждения нежелательно, поскольку препятствует возврату механических элементов привода и сейсмоисточника в исходное положение. Для выключения тока обмотки в момент времени t₂ включают второй тиристор 5 (фиг. 1), при этом напряжение второго конденсатора 6 прикладывается встречно первому тиристору 3, и он выключается, а ток обмотки перехватывается в цепь второго конденсатора и тиристора. Напряжение на втором конденсаторе (кривая 15 на фиг. 2) быстро уменьшается и в момент времени t₃ меняет знак. Начиная с этого момента, включается второй диод 11 (фиг. 1) и через резистор 10 протекает ток (кривая 16 на фиг. 2), благодаря чему ограничивается максимальное обратное напряжение на втором конденсаторе и уменьшается постоянная времени затухания тока обмотки. После возврата механических элементов привода и сейсмоисточника в исходное положение и заряда первого и второго конденсаторов от зарядных устройств привод вновь готов к работе.

Если по какой-либо причине включение второго тиристора произойдет раньше момента выбора электромагнитом воздушного зазора, обратное напряжение на втором конденсаторе возрастет, поскольку возрастет выводимая из магнитного поля электромагнита энергия. Величина резистора 10 (фиг. 1) выбирается так, чтобы ограничить максимальное обратное напряжение второго конденсатора 6 на допустимом уровне.

Следует отметить, что, благодаря применению односекционной обмотки, напряжение на ней и на коммутирующих приборах никогда не превышает начального напряжения на первом конденсаторе 4.

В импульсном приводе, изображенном на фиг. 3, роль второго зарядного устройства второго конденсатора 6 выполняет резистор 17, подсоединенный к первому зарядному устройству 7. Работа привода по фиг. 3 полностью аналогична работе привода по фиг. 1 при одинаковых начальных напряжениях первого 4 и второго 6 конденсаторов. Достоинство привода по фиг. 3 заключается в упрощении выполнения второго зарядного устройства.

Таким образом, предлагаемый привод позволяет упростить выполнение обмотки возбуждения, уменьшить ее вес, уменьшить размеры и массу электромагнита, что повышает эффективность работы сейсмоисточника. Привод имеет повышенную надежность, обусловленную низким уровнем напряжений на обмотке электромагнита и на коммутирующих приборах.

Предлагаемый привод использован в экспериментальном образце импульсного электромагнитного сейсмоисточника, изготовленного в "Геотехноцентре" (г. Минусинск). Источник на усилие 100 т содержит четыре электромагнита, обмотки возбуждения которых соединены параллельно. При напряжении заряда первого накопительного конденсатора 850 В привод обеспечивает суммарный ток обмоток 15 кА при длительности силового импульса 5-7 мс и надежно работает в полевых условиях эксплуатации, в том числе при пониженной температуре до -50^oC.

Использование: в импульсном невзрывном сейсмоисточнике для создания сейсмических сигналов с поверхности грунта. Сущность: привод содержит силовой электромагнит, обмотка возбуждения которого через тиристоры присоединена к первому и второму накопительным конденсаторам, снабженным зарядными устройствами. Параллельно первому конденсатору включен диод, а параллельно второму - последовательно соединенные резистор и диод. Технический результат: повышение эффективности работы сейсмоисточника за счет упрощения электрической схемы и обмотки возбуждения, уменьшения веса электромагнита без снижения развиваемого усилия и снижения уровня напряжений на обмотке и коммутирующих приборах. 3 ил.

Импульсный электромагнитный привод невзрывного сейсмоисточника, содержащий электромагнит с обмоткой возбуждения, первый накопительный конденсатор с зарядным устройством, подсоединенный через первый тиристор к обмотке возбуждения, и коммутирующие приборы, отличающийся тем, что параллельно первому накопительному конденсатору включен первый диод, к обмотке возбуждения через второй тиристор подключен второй конденсатор с зарядным устройством, параллельно второму конденсатору подключены последовательно соединенные резистор и второй диод.