Устройство для регулирования амплитуды колебаний вибратора Советский патент 1986 года по МПК G05D19/02 

Изобретение относится к управлению механическими колебательными системами и может быть использовано в вибрационной технике, например, для регулирования амплитуды колебаний электромагнитного вибратора при оптимальной взаимосвязи электрических и механических параметров.

Целью изобретения является увеличение КПД и расширение функциональных возможностей.

На фиг. 1 показана блок-схема устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема устройства.

Устройство для регулирования амплитуды колебаний вибратора содержит якорь 1 с упругой подвеской 2, магнитопровод 3 с обмоткой 4, подключенной к источнику 5 переменного напряжения через первый (основной) тиристор 6, и первый блок 7 управления им. Обмотка 4 зашунтирована вторым (дополнительным) тиристором 8, управление которым производится вторым блоком 9, а переменный резистор 10 каждой своей частью (плечом) R и Йд I относительно : подвижного контакта включен в блоки 7 и 9 управления тиристорами, причем Ry+Rjj R 3, где RO - -номинал сопротивления резистора 10; R и R - соответственно части (плечи), включенные в блоки

7и 9 управления тиристорами 6 и 8.

8схемном выполнении устройства блоки 7 и 9 управления тиристорами содержат резисторно-емкостный формирователь управляющих импульсов, содержащий раздехштельные диоды 11-14, конденсаторы 15 и 16, динисторы 17

и 18, ограничительные резисторы 19-22 и каждое плечо зарядной цепи соответствующего конденсатора снабжено дополнительным подстроечным резистором 23 и 24.

Устройство для регулирования амплитуды колебаний вибратора работает следуюпщм образом.

В положительные полупериоды напряжения сети, соответствующие положительному потенциалу на аноде основного тиристора 6, ток через элементы 11, 10, 23, 13 заряжает конденсатор 15 до напряжения переключения динистора 17 на управлякмций электрод тиристора 6. При этом тиристор 6 отпирается и одновременно шунтируется схема управления, а импульс тока проходит через обмотку 4 и тиристор

,

5

0

5

0

5

0

5

0

55

6. В интервале отрицательного полупериода напряжения источника 5 ток через элементы 12, 10, 24, 14 заряжает конденсатор 16 для напряжения переключения динистора 18 на управляющий электрод другого тиристора 8, который открывается, образуя контур для тока от ЭДС самоиндукции. Рабочая фаза тиристора 6(8) и динистора 17(18) согласована синфазно и конденсатор 15(16) заряжается в накопительном режиме, что позволяет ре1 улировать напряжение и частоту следования импульсов тока через обмотку 4, причем ступени частот для основных импульсов тока и дополнительных импульсов тока от ЭДС самоиндукции равны 50/п Гц, где п 1, 2... Первоначально будут рассматриваться режимы работы устройства при углах управления тиристорами несколько больших углу задержки протекания тока через соответствующий тиристор, причем за начало отсчета угла управления, задержки выбираем момент перехода фазного напряжения питаклцей сети через нуль. При этом часть положительного полупериода синусоиды сети на нагрузке, 4 фop й pyeтcя тиристором 6, в то время как часть ЭДС самоиндукции обмотки формируется тиристором 8. В дальнейшем будут рассматриваться режимы работы устройства , когда тиристоры 6 и 8 отпираются в интервалах времени полу- перИодов синусоиды напряжения источника 5, т.е. в положительные - тиристор 6, а отрицательные - тиристор 8.

В динамическом режиме работы вибратора в .интервале положительного полупериода ЭДС сети с момента отпирания тиристора 6 до достижения синусоида напряжения нулевого значения в обмотке протекает основной импульс тока, далее с нулевого значения отрицательной полуволны, напряжения источника ток в обмотке сохраняет направление и поддерживается ЭДС самоиндукции, причем в этом интервале времени энергия магнитного поля обмотки возвращается в сеть и частично вьщеляется на омическ ом сопротивлении обмотки и протекает до момента отпирания второго тиристора 8, а с момента отпирания тиристора 8 до момента отпирания основного тиристора 6 в обмотке протекает ток

от ЭДС самоиндукции по контуру обмотки 4. Протекание знакопостоянного переменного по величине (кривая тока имеет два максимума в каждом периоде) тока, создающее знакопостоянный переменный магнитный поток, который замыкаясь через якорь и магнитопро- вод, создает переменное электромагнитное усилие, с одной стороны, и инерционные и противодействующие силы упругой подвески, настроенной на околорезонанснуто частоту питающего напряжения, с другой стороны, образуют механические колебания якоря вибратора. Перемещение подвиж- ного контакта переменного резистора 10 в сторону увеличения (уменьшения) плеча R , включенного в блок 7 управления , соответствует увеличению (уменьшению) угла отпирания основно- го тиристора 6 и, следовательно, уменьшению (увеличению) величины тока в обмотке и накапливаемой магнитной энергии в индуктивности, с одной стороны, и уменьшению (увеличению) плеча К„, включенного в блок 9 управления, соответствующее уменьшению (увеличению) угла отпирания тиристора 8 и, следовательно, увеличению (уменьшению) общего среднего тока в обмотке, что выражается в уменьшении (увеличении) отдачи накопленной в индуктивности энергии обратно в сеть на первом этапе и увеличению (уменьшению) тока подмагничива- ния путем гашения энергии в виде тока самоиндукции на втором этапе распределения в отдаче магнитной энергии, накопленной в индуктивности, с другой стороны. В сущности такое сов местное р егулирование интервалов проводимости тиристоров 6 и 8 одним регулирукицим элементом - переменным резистором ТО, соответствующий нал сопротивления которого определя- ется экспериментально при наладке схемы устройства, позволяет в необходимом интервале регулировать амплитуду колебаний вибратора при оптимальной взаимосвязи электричес- ких и механических параметров. Последнее выражается в оптимальных величинах как постоянной и переменной составляющих тока в обмотке, так и в их отношениях, при каждой амплитуде колебаний якоря вибратора при заданных величинах статического зазора между якорем и магнитопроводом, настройке упругой подвески в дорезонансный, резонансный или зарезонансный режим и инерционных силах, В представляемых материалах под оптимальной взаимосвязью электрических и механических параметров подразумевается работа устройства не только с наименьшими затратами потребляемой мощности для получения необходимой амплитуды колебаний якоря (количественная сторона), но и при необходимых режимах (качественная сторона), например регулировние амплитуды колебаний с сохранением фазы возмущающего усилия (относительно нуля синусоида напряжения) или регулирование фазы возмущающего усилия (нахождение ее оптимального значения для достижения желаемого механического действия - вибротранспортирования, например, в безотрывном режиме) при определенной амплитуде колебаний вибратора (скорости вибротранспортирования).

Перемещение якоря электромагнита следует за изменениями намагн 1чи- вающей силы и максимум последней по фазе находится вблизи : неравновесного положения якоря наименьшего зазора; инерционные и противодействующие упругие с.иль1 подвески по своим значениям превосходят намагничивающие силы. Движение якоря в сторону уменьшения зазора, когда в обмотке протекает основной импульс тока через тиристор 6 и потребляется энергия от источника питания, сопровождается значительным увеличением индуктивности обмотки, следовательно, накоплением большой энергии в индуктивности, в то время как движение якоря в сторону увеличения зазора с положения наименьшего зазора, когда электромагнитная сила удержания максимальная (силы упругой подвески больше электром гнит- ной сиды удержания), переводит индуктивность в генераторный режим, когда вьщеляется большая энергия за счет уменьшения индуктивности механически - путем увеличения зазора. При движении якоря из неравновесного положения наименьшего зазора в начале интервала отрицательного полупериода синусоиды напряжения источника в сторону увеличения зазора отсутствует контур для тока от ЭДС самоиндукции (дополнительный

тиристор 8 закрыт) , энергия в индук тивности отдается обратно источнику питания и ток в обмотке имеет ниспадающий характер до момента отпирания другого тиристора 8 и одновре- манного запирания основного тиристора 6,.а с момента отпирания тиристора 8 образуется контур для тока от ЭДС самоиндукции, причем ампли- туда этого тока может иметь большую величину относительно основного.

Предлагаемое устройство позволяет регулировать момент образования контура для тока от ЭДС самоиндукции

относительно положения смещения

якоря; величину переменной и постоянной составляющих тока и их отношения , причем величины переменной и постоянной составляющих могут регулироваться раздельно, т.е. одну не- личину оставлять неизменной, а изменять другую,

Последнее может быть интерпретировано как регулирование величины сдвига фазы результирующей намагничивающей силы относительно нуля синусоиды напряжения сети с сохранением некоторого значения этой силы или как регулирование намагничивающей силы при сохранении величины сдвига фазы последней. В данном устройстве имеется также возможность согласования электрических и механических параметров, что позволяет определить оптимальные режимы работы вибратора, например вибротранспортирование деталей с необходимой амплитудой колебаний; якоря (скоростью перемещения деталей) в отрывном или безотрывном режимах.

Присутствие разделительных диодов 11-14 и определенной величины переменного резистора 10 позволяет каждый из конденсаторов 15 и 16 заряжать до напряжения отпирания динист- ров 17 и 18 в течение нескольких со- ответствуюнщх полупериодов ЭДС источника питания и получить срабатывание каждого тиристора соответст1вен- но с частотой 50/п Гц, где п 1,2,. Наиболее интересен, например, режим работы вибратора, когда основной тиристор 6 отпирается в каждый положительный полупериод, а дополнительный тиристор 8 в каждый второй отрицательный полупериод, т. е. тиристры отпираются соответственно с частотми 50 Гц и 25 Гц, что позволяет позО

5

5

0

5 0

0 5

лучить режим работы вибратора на частоте 50 Гц с чередованием большая - малая амплитуда колебаний якоря, причем такой режим наиболее производи- телек при просеивакщих-встряхиваю- щих операциях с одновременным вибротранспортированием.

Кроме того, устройство позволяет увеличить КПД вибратора за счет возможности определения оптимальных режимов его работы, т.е. согласования механических и электрических параметров устройства при необходимой амплитуде колебаний вибратора, уменьшения джоулевых потерь вследствие отсутствия переменного резистора в силовой цепи.

Расширение функциональных возможностей заключается в регулировании амплитуды колебаний вибратора с сохранением фазы возмущающего усилия; регулировании фазы возмущающего усилия с сохранением амплитуды колебаний вибратора; получение различных режимов работы вибратора, связанных с отпиранием дополнительного тиристора с частотами 50, 25, 16, 7,... 50/п Гц.

Упрощается регулирование амплитуды колебаний вибратора за счет присутствия одного регулируемого элемента (у прототипа их два и между ними имеется Механическая связь), что уменьшает массогабаритность.

Увеличиваются амплитуды колебаний, равные величине статического зазора между якорем и магнитопроводом улучшаются формы кривой тока в обмотке (при некоторых режимах практически до получения постоянного тока) , упрощается возможность реализации автоматизации регулирования и увеличивается эффективность регулирования. ,

Формула изобретения

1. Устройство для регулирования амплитуды колебаний вибратора, содержащее якорь с упругой подвеской, магнитопровод с обмоткой, подключенной к первому выводу источника переменного напряжения через тиристор, а также первый и переменный резистор, отличающееся тем, что, с целью увеличения КПД и расширения функциональных возможностей, диод и переменный резистор образуют блок управления тиристором, в которой до.7 ,

полнительно введены второй диод, кон денсатор, динистор и два ограничительных резистора, первый вывод конденсатора, первый вывод первого ограничительного резистора подключены к йервому выводу источника переменного напряжения, второй вывод первого ограничительного резистора подключен к катоду динистора, анод которого подключен к второму ограничительному резистору, второй вывод которого соединен с вторьау выводом конденсатора и с катодом первого диода, анод которого соединен с подвижным контактом переменного резистора, первый вывод которого подключен к катоду второго диода, анод которого соединен с вторым выводом источника переменного напряжения, катод динистора является выходом блока управления тиристором и связан с управляющим электродом тиристора, введены также второй тиристор, включенньй параллельно обмотке магни«0

544478

топровода и встречно первому тиристору, и блок управления вторым тиристором, выполненный аналогично блоку управления первым тиристором, 5 причем в блоке управления вторым тиристором анод первого диода подключен к подвижному контакту переменного резисфора, который является общим для обоих блоков управления, а анод второго диода подк/вочен к первому выводу источника переменного напряжения, первый вывод конденсатора, первый вывод первого ограничительного резистора и катод тиристора подключены к второму выводу источника переменного напряжения.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый блок управления тиристорами содержит 20 подстроенный переменный резистор, пoдкJючвнньй первым выводом,к подвижному контакту переменного резистора, а вторым выводом - к аноду первого диода.

15

Фв.г

Составитель М.Левина Редактор Н.Слободяник Техред И.Попович Корректор Е.Сирохман

Заказ 4719/51

Тираж 836Подписное

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

Изобретение относится к технике управления механическими колебательными системами и может быть использовано в вибрационной технике, например, для регулирования амплитуды колебаний электромагнитного вибратора при оптимальной взаимосвязи электрических и механических параметров. Целью изобретения является увеличение КПД и расширение функциональных возможностей. Устройство для регулирования амплитуды колебаний вибратора содержит якорь с упругой подвеской, магнитопровод с обмоткой, два тиристора и два блока управления тиристорами, которые включают в себя переменный резистор, два плеча которого входят в состав обоих блоков управления, а также резисторно-емкостный формирователь управляющих импульсов, включающий четыре разделительных диода, два конденсатора, два динистора, четыре ограничительных диода и два дополнительных поде троечных резистора. В устройстве, благодаря введенным второму тиристору и второму блоку управления и включению переменного резистора в оба блока управления тиристорами, создается возможность согласования электрических и механических параметров при регулировании амплитуды колебаний вибратора, что позволяет определить оптимальные режимы работы вибратора, увеличить КПД и расширить функциональные возможности. 1 3. п.ф-лы, 2 ил. 5 СП 4 4 4а