Электропривод возвратно-поступательного движения Советский патент 1988 года по МПК H02K33/00 H02P7/62 

ел

со ел

1 Li()0)OTeHni огиоси гея к :,чем )(технике, к yoi )ойствам управ.ления paooioii двш ;i re.K ii в(1зира ги()-1К)сту11ате;1ьн1)Г1) не рем о шепия.

Ue.ib изобретенияновьпнение KIl L

11 надежноети управления.

На фиг. 1 HoKa.san дииг атель з1дект()(И1ри- вода, якорь которого на.чодится в неходком еое юяиии; на cjiHr. 2 то же, якорь- находи ICH в д)уг()м крайнем |1о,:|ожеини, iia (|)иг. Л О1ьгнчеекая нара енетоднод фото- приемник; на фиг. 4 нринциииальнаи схема Гхюка управления, где изображен дешнф )ато) еоетояния .1кл1ак)1цих :).ie ieir: oH: на (}1иг. 5 еи. ювая часгь б.юка . |ення .

Лиигате.1ь (фиг. 1 3) еод( рж1Г1 rjni ii;;- е л I. до на 1е, 1ьно-акена. 1ьио ). И)женн1 Н к ;:- ту1ики 1 Л. (нутри которых в ианравляю И1ей .мемагни rHoi i трубе 4 номен1ен иоднниг (|ieppoMai нитмы) якор) 5, шток (, жеетко соединении е якор1. М и eooeHuii е ним. нзаи- модеНечтитониИ е иерек/иочаюшнми :ieMeii laMH 7 и S. раеио. юженними вие зоиы рас но- ложения кагуи1ек 1 3 двигателя.

11(. рекл1)чак)ии1е племен гы 7 и h выполнены в виде оигичеекнх нар евегодиод 7 фо- тоириемиик (S и e l анои. н ны в ек нках i бы 9, охва 1 ывак)Н1ей IHTOK (. Катуи.1кн 1 3 охванены ма1 ни-1()Н)оводо 1 1Пе нсмюеамн II н HoMeHieiibi имеете е 6oiiKOM ,5 i корнуе IL.. (15()тон|)иемники ( ifepiM б.юк 13 уиран. кч ия ,1 е KaiAHiK iMn 1 3 ео,1енондно|-о двига 14, 1Я.

11е;нт лн.и|ак)ни1е . к-меить иомени НЫ в сгенках py6i i 14, охватыиаюицл шток ti. Яко)ь 5 с noMOHUjHi пружины 15, они|)а1)- Н1ейея своими коннамн на iicMe i а, 1личееки1 ко. п.ца Ifi, нрижа 1 к хвостовику )умен- |одержате, 1я 17.

Ь. юк уирав, 1, иия, нредставленный на (()нг. 4 н 5, содерлчит светодиоды 7.1 7.9, иодк.1К)Чсч|1Ы1 че|)е pe:uieiopi)i 18.1 18.9 к нс1оч 1ик 19 нитания, фот(И1риемиики 8.1 8.9, списанные с входа.мн 1})ото снли- те,1ей 2(1.1 20.1, выходы KOTO)|I|X, соотвег- краГпшм о1Г1Ическим иа)ам, иод- к,нон1-иы еоотне ГС I иеиио к / -входу и через инверт()|) 22.5 к -иходу гри1де|)а 21.

Выходы 1-рнмера 21 |И)дклк1чены к нер- ui)iM вхолам схем .411 23.1 2Л.( и 23.7 23j.9. сгруиии;)01 а||11ьгх в 1авнси.мос:т1 ог нанрав,КЧ1ИЯ ДВИЖ1, И|1Я 5:1ч )рЯ 5 ИИ|Г( И BlH pX СООТиет (.л венио. Р, юрьи н ipeibH вх1) схем ,311 свя(ань; с сооги(л с; выходами фою- уси.1ите.кл1 21). 1 2(19 и инверторов 22.1 22.8

1Ы схем 23.1 2.3., через схс му 211.111 24 1 нодк,11 1чены к р.ходу (|)ормн|)о- | ..:я 2ti.l имну.Ьеа вк.ночения ве)хи1Л1 к| ыкн I, isbixo.u,: схем 23.3 и 23.(i чергз . |. cM Mv 211,411 24.2 , 11оче1Н)1 к вхо- . - формнр 1ци имя 21).2 Илч;.-л,са вк. ночгния |-..а liiKH 2. Bbixo.i схемы 2.3.. связан с входом фо|1мн|1оца I е, |Я 2() ,i HMiiy. ibca вк.ночошя н1 ./к иги I 1Г ки 3.

0

5

0

5

Выходы схем 23.2, 2ЛА и 23.(), соотнетст- вукииие каждому чегно.му фотоириемнику нс рвой группы, и выходы ехем 23.7 и 23.9, соогвегствующне нечетным фото прием инкам другой I jiyHHbi, нодк, 1К)чеиы к входам схемы 5 И, 1И, вьгход которой евязан е входом фо П1ирователя 2Н.4 имиу.чьса выключения KaiyuiKH 1 3 д Н1 ате.:1Я,

Одновибраторы 26.1 26.4 енабжены время.;адак)Н1имн .енями 27.1- 27.4, 28.1 28.4 и 29.1 29.4.

iiыxoды одиовибраторов 26.1 26,4 через схем1 30.1 30.4 е открьпым ко;1лек- гором нодклк)Ч1-ны к базам транзисторов МЛ 31.4, в К(;..1,:|екто)нук) цень которых нк.почен) ре.зис 1 o)iji 32.1 -32.4 и из,учак)- Н1не диоды оитрониьгх тнрнето|)ов 153.1 3.3.4. Выходная u(4ib онтрони1)1Х тириеторсж через ре(,1 34.1 34.4 связывает аноды ти- рнсл оров 35.1 35.4 е их уирав,;1якмии.мн входами. Катуи1ки I ,3 двнгате, через тирие- юры .З 1 35.4 иодк;1К) к нитаюшей сети через В1 1Ирямнтельн1)1Й моет ,36.1 36.6. который на выходе енабжен фи,чы П Юнц й | мкос1т,н1 37.

.Лиоды (сторов 35.1 ,35.3 через диоды 38.1 38.4 н(.)дк. 1К)чены к контуру комму- гаиии, ;()етоян1ему из дросселя 39 и комму- iHpvioHUM o THi Hcropa 35.4, HiyHTHpcjeaHHOMy ко, 1сбат1мьным контуром, еостоянтим из но- c.:e.ioiia ге,1ьного соединения индуктивности 40 н конденсатора 41 н цени ное.тедова- ге, 1ьно соедииенньгх диодов 38.6 и разряд- И01Ч) резистора 42.

Л,1Я гашеиия магнитного ио.мя в катун;- ках 1 .3 ноеле их отк;|ючення /.С-контуром введен А С-контур ган1еиия. состоящий из диода 38.5, резисто|)а 43 и гаеянкм-о кондеп- еатора 45, нлнтироваиного резистором 41.

0

5

0

5

Э.ементы 21 25

иредегавляют собой

де1ни(|)рато1 ) соетояння нереключающи.х . меигов 7 и 8.

В исходном состояини И1ток 6 не иере- кр1)1вае1 еветовые нотоки излучающих дно- Д01) 7, в |)езу, 1ьта ге чего на веех выходах (})отоуси, 1ите. км1 20 будут еоетояния ,io i:4i.- CKoit едининьь

Пуск н О1 таиовка еолеиоидною двига- 14,ля ос у1иеств, 1иется с но.м()) . 1е- ров 46 и 47.

Л|И1гатель |)аботает следующим образом.

В исходном сосгояиии на 5-вх()д трипс - ра 21 нр1гходит с выхода инвертора 22.5, но i- ключеииого к вььходу ф()Т()уеи,. 1ителя 21.tj 1П1жне 1 (лггической api)i, сигна,т логического ну. 1я h:,. На вьгходе Qi TptHrrepa 21 будет чо- Г1М1нна,1 . 01Т1ЧС ской едини и 1, |)аз 1ен1ак)ни1И работу схем 211 23.ti 23.9, KOToptiie выраба- ibiBaio i момеит1)1 подачи имну, 1ьеов на iH- шсторы 35.2 и 35.1 двух 1Н рхних ка кдиек 2 и I ирн движеиии якоря вверх.

Iloc,ie зам1,1кания тумблера 4() на fixo.T i од1Н)внб)а-|ора 2().2 че.рс з схему . 1П 24.2 подается -игиа,), б,;|агодаря Ko iojioMy иа вы- хо,;.е од иовиб|)атора 26.2 (} ормируетея импульс нулевогч) у|)()В11я, длителыюсп кото- рог о О111)еделяется произвелением ве.личнны емкости конденсат()(и1 27.2 на величину сопротивления резистора 29.2.

Транзистор 31.2 сигиа.том с.хемы 30.2 открывается и через светодиод оитроиа 33.2 протекает ток, в результате чего открывается тиристор оптрона 33.2 и тиристор 35.2 открывается. Через катушку 2 двигателя про текает ток и якорь 5 двигается вверх и сжимает на своем ходу пружину 15.

Выключение кату1пки 2 проис.ходит при замыкании светового потока оптической пары 7.7-8.7, устаповлениой на расстоянии от пары 7.6-8.6, равном воздушному зазору между верхним торном якоря 5 и полюсом 11.2. При утом световой поток четной пары перекрывается и на выходе фотоусилителя 20.7 будет сигнал логического нуля, который, пройдя через инвертор 22.6, приводит к появлению импульса напряжения на выходе схемы 23.7. Этот импульс поступает через схему БИЛИ 25 на вхОлТ В одповибрато)а 26.4. С инверсного выхода этого одновибратора импульс нулевого уровня длительностью, равной произведению величины емкости конденсатора 27.4 на ве.чичину сопротивления резистора 29.4, поступает на базу транзистора 31.4 через инвертор 30.4. Через светодиод оптрона 33.4 протекает ток, в резу;1ь- тате чего открывается тиристор оптрона 33.4 и тиристор 35.4 открывается. Конденсатор 31 через дроссели 40 и 39 и открытый тиристор 35.4 колебательно разряжается и при перезарядке обратным током закрывает тиристоры 35.4 и 35.2.

Ток катушки 2 спадает до ny. iH по цепи: первый зажим катушки 2 диоды 38.2 и 38.5 резистор 43 параллельное соединение гасящего резистора 44 и предварительно заряженного конденсатора 45 второй зажим катушки 2. Энергия остаточногч) маг нитного поля катуп1КИ 2 рассеивается в pe3HCT(jpe 44. Якорь 5 продолжает движение по инерции.

Когда шток 6 п)и своем движении iie)e- кроет световой поток оптической нары 7.8 8.8, на выходе фотоуси,1ителя 2().8 будет сигнал .логического нули, который, про11дя через инвертор 22.7, приводит к появлению импульса напряжения на В1)1ходе схемы 23.8. Этот имнульс поступает через схему 2И/1И 24.1 па вход В одновибратора 26.1 и тиристор 35.1 с noMonibK) оптотиристора 33.1 подключает обмотку 1 двигателя к источнику выпрямленного напряжения.

Якорь продо.чжает движение вверх под действием : лектр(л1агнитно о iio.m катушки 1, сжимая 11|)ужину 15 и накап-ливая и ней потенциальную :)нергию. При дослижении штоком 6 оптической пары 7.9 - 8.9, ее световой поток перекрывается и па выхо.те фотоусилителя 20.9 будег сигнал логического нуля, 1и), пройдя инвертор 22.8, приводит к появ.лению па цпк-кения

на выходе схемы 23.9. Этот имнульс поступает через схему 5И,ПИ 25 па вход В одно- вибратора 26.4. Срабатывает тиристор 35.4 коммутируюшегс; коптура и закрывается

тиристор 35.1. Ток в катуп1ке 1 спадает .ю нуля, а остаточная энергия магнитного ноля гасится па резисторе 44 контура гашения. Якорь 5 под действием сил инерции движется ннерх, сжимает пружину 15 и штоQ ком 6 перекрывает оптические оси последовательно расположенных на трубе 14 оптических пар 7.5-8.5, 7.4--8.4, 7.3-8.3, 7.2- 8.2 и 7.1-8.1, однако появление напряжений логического нуля на выходах соответствующих фотоусилителей 20.6, 20.4, 20.3, 20.2 и

5 20.1 не еказывается на работе двигателя. Напряжение логического нуля е выхода фотоусилителя 20.1 поступает на / -вход триггера 21 и па его выходе Q будет напряжение логической единицы, в то время как на выходе Qi - напряжение логического нули. Тем самым, подготавливается работа схем ЗИ 23.1-23.6, вырабатывающих импульсы управления ири движении якоря 5 вниз.

При полной передаче кинетической энер5 гии якоря 5 в энергию сжатой пружины 15 якорь 5 останавливается и начинает движение вниз. Когда якорь 5 нижним торцом внедрится в катун1ку 1 на глубину, обеспечивающую наибольший КПД двигателя, верхний конец штока 6 открывает путь световому

0

0

0

потоку верхней оптической пары 7.1-8.1

на выходе фотоусилителя 20.1 будет напряжение логической единицы. Па выходе элемента ЗИ 23.1 будет напряжение логической единицы, которое с его выхода поступает на вход В одновибратора 26.1 через схему

5 2ИЛП 24.1. С выхода одновибратора им- пу.чьс напряжения ло ического нуля поступает па вход инвертора 30.1, на выходе которою сигнал логической единицы открывает транзистор ,3.1, и тиристор 35.1 с по0 мощью оптотиристора 33.1 подключает обмотку 1 днигате,:1я к источнику выирямлен- ного напряжения.

Якорь 5 движется вниз под действием си,чы пружины 15 и электро.магнитной силы и нри достижении полюса 11.2 нижним тор5 цом якоря 6 расп уптирует световой поток светодиода 7.2. Па выходе фотоусилителя 20.2 напряжение логической единицы прикладывается к входу схемы 23.2 и через схему 25 к входу одповибратора 26.4. С инверсного выхода этого одповибратора импу,л1)С

нулевого )вня поступает на г)азу транзистора 31.4 через инвертор 30.4. ( рабатыЕзает ти()истор 35.4 коммутирук)П1его контура и закрывается тиристор 35.1, Ток в катушке I спадает до нуля и остаточная энерг ия С магнитного поля гасится на резисторе 44 контура гашения.

Якорь 5 под де11слвием си.ч инерции и си- 11ружин1 1 15 движется вни.( и штоком 6 расшунтирчет оптическую ось 7.3

8.3, в результате чего напряжение ло1 иче- ской единнцы с выхода фотоусилителя 20.3 проходит па вход В одповнбратора 26.2 через схему ЗИ 23.3 и схему 2ИЛИ 24.2. Импульс нулевого уровня с выхода одновибрато- ра 26.2 поступает на вход схемы 30.2, транзистор 31.2 открывается н через светодпод оптрона 33.2 протекает ток. Тиристор 36.2 открывается и через катушку 2 двигателя протекает ток. Якорь 5 получает дополнитель- пое ускорение ири движении вниз.

Отключение катушки 2 происходит нрп рас1нуптировании светового потока о|ггиче- скоп пары 7.4 8.4 по сигпалу логическсл единицы, снимаемому с выхода фотоусилителя 20.4 п поступающему па вход одновиб- ратора 26.4 через схемы 23.4 и 25.

Вк. 1К)чение катушки 3 ироисходпт при рас- шуптировании светового потока оптической пары 7.5-8.5 по сигпалу логической единицы, снимаемому с выхода ({)отоусплпте,1я 20.5 и иостунаюшему на вход одновибратора 26.3 через схему 311 23.5. С инверсного выхода одновибратора 26.15 имну.чьс нулевого уровня поступает на базу тиристора 31.3 через инвертор 30.3. Чере.з светодиод оптропа 33.3 протекает коллекторный ток транзистора 31.,3, ог раниченный резистором 32.3, тиристор 35.3 открывается с помощью анодного напряжения, |рпк.:1адываемог() открьггым тиристором (пггрона 33.3 через ограничи- ваюшп резпст()|1 34.3. По катушке 3 протекает ГОК и якорь 5 продолжает по.лучать дополнительное ускорение при движении вниз.

()тк. 1ючение кагушки 3 щюисходит при расшунтировании светового нотока оптической napi.i 7 В 8.6 но CHi Ha.iy . югической единнцы, С1шмаемому с выхода фотоуси,:1И- те, 1я 20.Г) и поступающему на вход одповиб- ратора 26.4 через схему ЗИ 23.6 и схему 5И, 1И 25. Ири атом триггер 21 ио S-входу )1м уровнем с выхода инвертора 22.5 нереходпг в исходное состояние, при котором напряжепие .югпческой единицы будет на выходе (7i и логического ну.чя на выходе Q.

Одновременно с отключением катушки 3 напряжение .югической единицы с выхода схемы 23.6 через контакт тумблера 4t) п схему 2ИЛИ 24.2 поступает на вход R одповиб- ратора 2().2, катуи1ка 2 вк.чючается и цикл работы двигателя повгоряется.

Логические выражения деп1ифрат(.))а состояний перек,1К)чаюн1их у,тементов c,ie- дуюшие

U htb.Q,

L/,fcA,Qi-r,

U,b:,h,.

U,. b,b,Q, + h,h-,Q, + b,.b7Qt+b,,h,Qt +

+

где L l, L 6 I спгна.1ы вк,1ючения кату- тек 1 3;

L .сигна.1 (включения катушек;

Qi lсигна, рабочего хода якоря;

1 1сигна, обратного хода як()|)я

0

5 Q

5

5 30

35 Q

45

50

.

1, b 2, b:,

b, Ьг„ bi,,

Ьт, , йч - сигналы выхода фотоусилителей оптических пар.

Для остановки дв игателя в любой момент вре.мени блок управления содержит тумблер 47, подающий импульс напряжения па тиристор 35,4 коммутирующего контура.

Местоположение оптических пар 7-8 однозначно связано с местоположением верхнего и нижнего торцов якоря 5 при рабочем и обратном ходе якоря и обеспечивает перек. 1н;чение катушек двигателя при максимальных значениях их полных сопротивлений.

Предлагаемая конструкция двигателя обеспечивает оптимальный режим питания каждой катушки как ири прямом, так и обратном ходе якоря, что обеспечивается установкой индивидуальных нереключающих : лемептов, работающих только на включение и только на отключение соответствующих катуц ек. Иодстройка расположения переключающего элемента нозволяет скомпепси- ровать реакцию якоря и производить опережающее включение катушки, особенно при больших скоростях движения якоря. Это достигается смешением переключающих элементов в сторону, противоположную вектору скорости движения якоря.

Использование дешифратора состояния переключающих средств позволяет четко определять местопо.:1ожение якоря и вести надежное управление солепоидным двигателем. Ири этом обеспечивается режим самонастройки двигателя в функции твердости обрабатываемой среды, увеличивается устойчивость колебаний якоря при изменениях шпающего напряжения, снижается нерегрев катушек и увеличивается КИД двигателя

Формула изобретения

1. Электропривод возвратно-поступательного движения, содержащий катушки, на- нравляюн1ую немагнитную трубу, ферромагнитный якорь, соединенный со штоком, к,:| ючи, расположенные вне зоны раз.мещепия катун1ек, и блок управления, содержангий усилители с прямыми и инверсными входами, подключенными к входным ключам, и выходами к основным ключам, подключающим катушки к питающему выпрямителю и ключу коммутируюп1,ега контура, отличающийся тем, что, с целью повьипения КИД и надежности управления двигателем, количество входнь:х ключей удовлетворяет соотношению . 4Л - 3, где К -- количество катушек двигателя, а блок управления снабжен логическими элементами ЗИ, 2ИЛИ, элементами (2Л Г) ИЛИ и / 5-триггером, причем , 5-вх(Х 1Ы триггера подключены к соответствующим выходам усилителей двух KpaiV них Бходньз1х ключей, выходы триггера связаны с первым входом соответствующих схем

ЗИ, вторые и трегьи входы схем ЗН (юлклю- чены к соответствующим выходам усилителей, а выходы схем ЗИ одной группы через схемы 2И.ПИ, другой группы через схему ( 2К- 1) ИЛИ подключены через формирователи уг1ра 5ляю1иих импульсов соответственно к основным ключам и к.1ючу KOMMN- тируюн1его контура.

2. Электропривод по i. 1, огличаюи кйся тем, что Г1ерек:1ючаю1ине э.1емепты выпо.1- нены в виде оптических нар, устан()в,1еп1Н 1х в стенках трубы, охватываюпи й 1пток.

Изобретение относится к электротехнике, к устройствам управления работой двигателей возвратно-поступательного перемещения. Цель состоит в повышении КПД и надежности управления. Устройство содержит три пос. 1едоватсльно-аксиально расположенные KaTyHJKH 1-3, внутри которых в направляюп1ей немагнитной трубе 4 поме- Н1ен подвижный ферромагнитный яко)ь 5, HiTOK 6, жестко соединенный с якорем и соосныи с ним, взаимодействующий с переключающими элементами 7 и 8, расположенными вне зоны расположения катущек 1-3 двигателя. Схема управления обеспечивает оптимальный режим питания каждой катушки как при прямом, так и при обратном ходе якоря, что обеспечивается установкой их индивидуальных переключающих элементов. Подстройка расположения переключающего элемента позволяет скомпенсировать реакцию якоря и производить опережаюи1ее включение катушки, особенно при больших скоростях движения якоря. Использование деи1ифратора состояния переключающих средств позволяет четко определять местоположение якоря и вести надежное управление соленоидным двигателем. При этом обеспечивается режим самонастройки двигателя, увеличивается устойчивость колебаний якоря при изменениях питающего напряжения. 1 3. п. ф-лы, 5 ил. с (Л

15

Фиг. 2

fV

27л

Vui -V

3#

W 3«

-fV

Л5 +J

-Й-с з-1чН

5

35