Электропривод Советский патент 1993 года по МПК H02P7/62 

Изобретение относится к электротехнике, к устройствам управления работой дви- гателей возвратно-поступательного движения.

Цель изобретения - упрощение электропривода и. повышение надежности и управления.

На фиг. 1 показан двигатель электропривода; на фиг. 2 - механический накопитель энергии в виде цилиндрической пружины сжа тия; на фиг. 3 - принципиальная схема блока управления.

Двигатель содержит, например, три (К 3) последовательно-аксиально расположенные катушки 1-3, внутри которых в направляющей немагнитной трубе 4 помещен подвижный ферромагнитный якорь 5, шток б, связанный с якорем и сореный с ним, взаимодействующий с переключающими элементами 7 и 8, расположенными вне зоны размещения катушек 1-3 двигателя. Переключающие элементы 7 и 8 выполнены в виде оптических пар светодиод 7 - фотоприемник 8 и установлены в стенках трубы 9, охватывающей шток 6. Катушки 1-3 охвачены магнитоприводом 10 с полюсами 11 и помещены вместе с якорем 5 в корпус 12. Фотоприемники 8 через блок 13 управления связаны с катушками 1-3 двигателя.

Переключающие элементы помещены в полости трубы 14, охватывающей шток 6. Якорь 5 с помощью пружины 15 опирается своими концами на неметаллические кольца 16 и прижат к хвостовику ииструментодер- жателя 17.

Блох управления 13, представленный на рис. 3, содержит светодиоды 7.1-7.9, подключенные через резисторы 18.1-18.9 к источнику 19 питания, фотоприемники 8.1-8.9, свяэан- ныес входами соответствующих.(4К-3) усилителей 20.1-20.9.

Прямые Д1 ,Д2 входы К сдвоенных одно- вибраторов 21.1-21.3 подключены к выходам соответствующих усилителей 20.1-20.6.

Инверсные Д1, Д2 входы К сдвоенных одновибраторов 21.1-21.3 соединены между собой и подключены к общей нулевой шине.

Инверсные входы (К+1 )-го сдвоенного одновибратора 21.4 и одновибратора 21.5 подключены к выходам соответствующих усилителей 20.7-20.9.

Первые выходы (К+1) сдвоенных одно- вибраторов 21.1-21.4 и одновибратора 21.5 соединены с RC- цепями 22-23, присоединенных к шине питания 19.

Вторые Q1 выходы первых из сдвоенных (К-1) одновибраторов 21.1 -21.2 соответ- твенно подключены к первым входам логических элементов 2 ИЛИ 24,1-24.2,

Второй вход первого логического элемента 2 ИЛИ 24.1 подключён к второму Оз выходу второго (К+1)-го сдвоенного одно- вибратора 21.4.

Второй .вход (К-1)-го логического элемента 2 ИЛИ 24.2 подключен к второму Q2 выходу второго одновибратора К-ro сдвоенного одновибратрра 21.3 и к входу логического элемента ИЛИ с (2 К-1) входами 24.3.

Оставшиеся входы логического элемента ИЛИ с (2 К-1) входами подключен соответственно к вторым Q-2 выходам вторых одновибраторов (К-1) сдвоенных .одновиб-- раторов 21.1-21.2, второму. Qi выходу первого рдновибратора (К+1)-го сдвоенного одновибратора 21.4 и к второму Qi выходу одновибратора 21.5, Выходы первого и (К-1)- го логических элементов 2 ИЛИ 24,1, 24.2 соответственно подключены к базам первото и (К-1) транзисторов 25.1, 25.2. Базовая цепь К-ro транзистора 25.3 подключена..к второму Qi выходу первого одновибратора К-го сдвоенного одновибратора 21,3. Базовая цепь (К+1}-го транзистора 25.4 подклюйена к выходу логического элемента ИЛИ с (2К-1) входами.

Коллекторные выводы (К+1) транзисторов 25.1-25,4 через согласукЛцие элементы - импульсные трансформаторы 26.1-26.4 с

диодами 27.1-27.4 во вторичной цепи - подключены к управляющим электродам соответствующих (К+1) тиристоров 28.1-28.4. : Первые выводы катушек 1-3 двигателя объединены и подключены к катодному выводу трехфазного выпрямителя 29, анодный вывод которого связан с катодами (К+1) ти- риеторов 28.1-28.4.

Аноды К тиристоров .28.1-28.3 подключены .к другим выводам соответствующих

катушек 1-3 и через разделительные диоды

30.1-30.3 соединены с первыми входами контура коммутации и контура гашения магнитного поля-катушек 1-3.

Контур коммутации включает в себя диод 30.4 и дроссель 31.2, второй вывод которого подключен к аноду (К+1)-го тиристора 28.4 и через колебательный LG-контур, состоящий из последовательно сЪединенных индуктивности 3.1.1 и конденсатора 32.1 - к

общей точке соединения катодов (К+1) тиристоров 28.1-28.4. Колебательный LC-контур шунтирован последовательно соединенными диодом 30.5 и резистором 33.1.

Контур гашения магнитного поля катушек 1-3 содержит последовательно соединенные ограничительный резистор 33.2, диод 30.6 и параллельно соединенные гасящие резистор 33.3 и конденсатор 32.2. Второй вывод контура гашения - общая точка

резистора 33.3 и конденсатора 32.2 - подключен к катодному выводу выпрямителя 29.

Кнопки ПУСК 34.1 и СТОП 34,2 одним полюсом подключены к нулевой шине, а другим соответственно к выходу гретьего усилителя 20.3 и к инверсному Д1 входу первого одновибратора (К+1)-го сдвоенного одновибратора 21.4.

Прямые Д1, Д2 входы (К+1)-госдвоенного одновибратора 21.4 и одновибратора 21.5 через резисторы 35.1-35.3 соединены с шиной питания 19.

Двигатель работает следующим образом.

В исходном состоянии шток 6 не пере- крывает световые потоки излучающих диодов 7, и на всех выходах усилителей 20 будут сигналы логической единицы, на вторых выходах Qi, Q2 всех одновибраторов 21 будут сигналы логического нуля. В результате этого на базах всех транзисторов 25 будет нулевой потенциал, при котором все транзисторы закрыты.

После кратковременного нажатия кнопки 34.1 ПУСК на вход Д1 первого одновиб- ратора сдвоенного одновибратора 21.2 подается сигнал, благодаря которому на его втором выходе Qi формируется импульс напряжения, длительность которого определяется произведением величины емкости конденсатора 22.3 на величину сопротивления резистора 23.3.

Этот импульс, пройдя по второму входу элемента 2 ИЛИ 24.2 на базу транзистора 25.2, открывает транзистор 25.2 и по пер- вичной обмотке импульсного трансформатора 26.2 протекает ток. Со вторичной обмотки импульс напряжения через диод 27.2 поступает на управляющий вход тири- стора 28.2, который открывается. Через ка- тушку 2 двигателя протекает ток, якорь 5 двигается вверх и сжимает на своем ходу пружину 15.

Выключение катушки 2 происходит при замыкании светового потока оптической па- ры 7.7-8.7, установленной на расстоянии от пары 7.6-8.6, равном воздушному зазору между верхним торцом якоря 5 и полюсом 11.2, При этом на выходе усилителя 20.7 будет сигнал логического нуля, который поступает на инверсный вход Д1 первого одновибратора сдвоенного одновибратора 21.4.

Со второго выхода СИ этого одновибратора импульс напряжения длительностью, определяемой произведением величины емкости конденсатора 22.7 на величину сопротивления резистора 23.7, поступает на один из входов элемента 5 ИЛИ 24.3.

Импульс напряжения с выхода элемента 5 ИЛИ 24.3 открывает транзистор 25.4. и

тиристор 28.4 открывается. Конденсатор 32.1 через дроссели 31.1 и 31.2 и открытый тиристор 28.4 колебательно разряжается и при перезарядке обратным током закрывает тиристоры 28.2 и 28.4.

Ток катушки 2 спадает до нуля по цепи: первый зажим катушки 2, диод 30.2 - резистор 33.2 - диод 30.6 - параллельное соеди- нение гасящего резистора 33.3 и предварительно заряженного конденсатора 32.2 - второй зажим катушки 2. Энергия остаточного магнитного поля катушки 2 рассеивается в резисторе 33.3. Якорь 5 продолжает движение вверх по инерции.

Когда шток 6 при своем движении перекроет световой поток оптической пары 7.8- 8.8, на выводе усилителя 20.8 будет сигнал логического нуля,который запускает по инверсному входу Д2 второй одновибратор сдвоенного одновибратора 21.4. Импульс одновибратора 21.4 с выхода Q2 поступает на второй вход элемента 2 ИЛИ 24.1 и с помощью транзистора 25.1 и тиристора 28.1 подключает обмотку 1 двигателя к источнику выпрямленного напряжения 29.

Якорь продолжает движение вверх под действием электромагнитного поля катушки 1, сжимая пружину 15 и накапливая в ней потенциальную энергию. При достижении штоком 6 оптической пары 7.9-8.9, ее световой поток перекрывается и на выходе усилителя 20.9 будет сигнал логического нуля, который запускает одновибратор 21.5 по инверсному входу Д1, Импульс напряжения с прямого выхода Qi одновибратора 21.5 поступает на один из входов элемента 5 ИЛИ 24.3. Срабатывают транзистор 25.4 и тиристор 28.4 коммутирующего контура и закрывается тиристор 28.1. Ток в катушке 1 спадает до нуля, а остаточная энергия магнитного поля гасится на резисторе 33.3 контура гашения. Якорь 5 под действием сил инерции движется вверх, сжимает пружину 15, и штоком 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 и 8.1, однако появление сигналов логического нуля на выходах усилителей 20.6, 20.5, 20.4, 20.3, 20.2 и 20.1 не оказывается на работе двигателя.

При полном переходе кинетической . энергии якоря 5 в энергию сжатой пружины 15 якорь 5 останавливается и начинает движение вниз, в сторону инструмента. Когда якорь 5 нижним торцом внедрится в катушку 1, верхний торец штока 6 открывает путь световому потоку верхней оптической пары 7.1-8.1 и на выходе усилителя 20.1 будет напряжение логической единицы, которое прикладывается к прямому входу Д1 первого одновибратора сдвоенного одновибрато- ра 21.1. С выхода Qi этого одновибратора импульс напряжения поступает на первый вход элемента 2 ИЛИ 24.1. с выхода которого сигнал логической единицы открывает транзистор 25.1. и тиристор 28.1 подключает обмотку 1 двигателя к источнику выпрямленного напряжения.

Якорь 5 движется вниз под действием силы пружины 15 и электромагнитной силы и при достижении нижним торцом якоря 5 полюса 11.2 верхний конец штока 6 расшун- тирует световой поток светодиода 7.2. На выходе усилителя 20.2 напряжение логической единицы по входу Д2 запускает второй одновибратор сдвоенного одновибратора 21.1, на выходе Ог которого формируется импульс напряжения. Последний прикладывается к одному из входов элемента 5 ИЛИ 24.3, в результате чего срабатывает транзистор 25,4 и тиристор 28.4 коммутирующего контура, тиристор 28.1 закрывается. Ток в катушке 1 спадает до нуля и остаточная энергия магнитного поля гасится на резисторе 33.3 контура гашения.

Якорь 5 под действием сил инерции и силы пружины 15 движется вниз и штоком б расшунтирует оптическую ось пары 7.3-6.3, в результате чего напряжение логической единицы с выхода усилителя 20.3 поступает на вход Д1 первого одновибратора сдвоенного одновибратора 21.2. Импульс напряжения с выхода Qi этого одновибратора поступает на первый вход элемента 2 ИЛИ 24.2, открываются транзистор 25.2 и тиристор 28.2 и через катушку 2 двигателя протекает ток. Якорь 5 получает дополнительное ускорение при движения вниз.

f Отключение катушки 2 происходит при расшунтирбвании светового потока оптической пары 7.4-8.4 по сигналу логической единицы, снимаемому с выхода усилителя 20.4 и поступающему на вход Д2 второго одновибратора сдвоенного одновибратора 21.2.

Включение катушки 3 происходит при расшунтировании светового потока оптической пары 7.5-8.5 по сигналу логической единицы, снимаемому с выхода усилителя 20.5 и поступающему на вход Д1 первого одновибратора сдвоенного одновибратора 21.3. С прямого выхода Qi этого одновибратора импульс напряжения поступает на базу транзистора 25.3, который открывается и открывает тиристор 28.3. По катушке 3 протекает ток и якорь 5 продолжает получать дополнительное ускорение при движении в сторону инструмента.

Отключение катушки 3 происходит при расшунтировании светового потока оптической пары 7.6-8.6 по сигналу логической

единицы, снимаемому с выхода усилителя 20.6 и поступающему на вход Д2 второго одновибратора сдвоенного одновибратора 21.3.

Одновременно с отключением катушки 3 импульс напряжения с выхода Q2 сдвоенного одновибратора 21.3 поступает на первый вход схемы 2 ИЛИ 24.2, катушка 2 включается, якорь 6 совершает удар по хвостовику инструментодержателя 17, и цикл работы двигателя повторяется.

Для остановки двигателя в любой момент времени блок управления содержит кнопку 34.2, с нажатием которой срабатывает

первый одновибратор сдвоенного одновибратора 21.4 и подается импульс управления на тиристор 28.4 коммутирующего контура.

Логические выражения работы переключающих элементов следующие

Ui pbi +(-p)be,

Ua рЬз + (-p)be; U3 pbs;

U0 (-p)b + (-p)b9 + pb2 + pb4 + рЬб,

где Ui, Ua, 1)з - сигналы включения кату- шек 1-3;

U0 - сигнал отключения катушек; bi, 02, Ьз, D4, bs, be, b, be, bg - сигналы выхода усилителей оптических пар;

р dt символы дифференцирования передних и задних фронтов сигналов усилителей.

Предлагаемая конструкция двигателя обеспечивает оптимальный режим питания

каждой катушки как при прямом, так и При обратном ходе, причем функции индикатора направления движения якоря и формирователя управляющих импульсов объединены в одном логическом элементе - в сдвоенном

одновибраторе, вход которого чувствителен к фронту и срезу импульса, снимаемого с выхода фотоусилителя, а выход к длительности импульса, которая задается RC-цепью. В качестве элементов, чувствительных к направлению движения якоря, может быть использован одновибратор К155АГЗ.

Совмещение логических функций в одном элементе упростило схему и увеличило надежность управления,

Использование накопителя энергии в виде цилиндрической пружины сжатия, обеспечивающей увеличенный ход якоря, снизило отдачу корпуса двигателя на руки оператора при ударах якоря по хвостовику инструмента, а также повысило КПД двигателя. Двухкратное использование К-1 катушек двигателя, работающих при подъеме и опускании якоря во время рабочего цикла, возможно при условии превышения суммарной электромагнитной силы этих кату- 5 шек противодействующей силы сжатия , пружины, обеспечивающей полный вылет якоря за пределы катушек в сторону пружины и рукоятки.

Формула изобретения10 Электропривод, содержащий двигатель возвратно-поступательного движения, К катушек, направляющую немагнитную трубу, ферромагнитный якорь, соединенный со штоком, входных ключей, выполнен- 15 ных в виде оптопар, расположенных вне зоны размещения катушек и подключенных входами к шине п итания и выходами к входам соответствующих 4К-3 усилителей, одновиб- ратор, К+1 транзисторов, коллекторные вы во- 20 ды которых через согласующие элементы подключены к управляющим электродам соответствующих К+1 тиристоров, аноды К ти- ристоров подключены к одним выводам соответствующих катушек и через соответ- 25 ствующие диоды к одному выводу контура гашения магнитного поля катушек, другие выводы катушек объединены и подключены . - к другому выводу контура гашения магнитно,. го поля катушек И катодному выводу трехфаз- 30 ного выпрямителя, анодный вывод которого подключен к общей точке катодов К+1 тиристоров, одному выводу колебательного контура, шунтированного последовательно

соединенными диодом и резистором, другой 35 вывод колебательного контура подключен к аноду K+1-ro тиристора и через контур коммутации к одному выводу контура гашения магнитного поля катушек, логический элемент ИЛИс2К-1 входами, К-1 логических элемен- 40 тов 2 ИЛИ. кнопка Пуск, кнопка Стоп,

отличающийся тем, что, с целью упрощения электропривода и повышения надёжности, в него введены К+1 сдвоенные одновибраторы с RC-цепью на первых выходах, присоединенные к шине питания, а согласующие элементы выполнены в виде трансформаторов с диодом во вторичной обмотке, инверсные входы одновибратора и K+1-ro сдвоенного одновибратора, а также прямые входы К сдвоенных одновибрзторов подключены к выходам соответствующих усилителей, инверсные входы К сдвоенных одновибраторов соединены между собой и подключены к общей нулевой шине и к одному выводу кнопки Пуск, другой вывод которой подключен к выходу третьего усилителя, первые входы логических элементов 2 ИЛИ подключены соответственно к вторым выходам первых из сдвоенных К-1 одновибраторов, второй вход первого логического элемента 2 ИЛИ подключен к второму выходу второго К+1-го сдвоенного одновибратора, второй вход K-1-ro 2 ИЛИ логического элемента подключен к второму выходу второго одновибратора К-го сдвоенного одно- вибратора и с входом логического элемента с 2 К-1 -входами, оставшиеся входы логического элемента ИЛИ с2К-1 входами подключены соответственно к вторым выходам К-1 вторых одновибраторов сдвоенных одновибраторов и второму выходу первого одновибратора K+1-ro сдвоенного одновибратора, к второму выходу одновибратора, второй выход первого одновибратора, К-ro сдвоенного одновибратора подключен к базе К-го транзистора, кнопка Стоп подключена к инверсно- му входу первого одновибратора К+1-го сдвоенного одновибратора, при этом прямые входы одновибратора и К+1-го сдвоен ного одновибратора соединены с шиной питания.

Фи2.1

Использование: в электроприводах возвратно-поступательного движения. Сущность изобретения: устройство содержит К катушек 1-3, направляющую немагнитную трубу 4, ферромагнитный якорь 5, соединенный со штоком 6, (4 К-3) входных ключей 8.1-8.9, выполненных в виде оптопар, расположенных вне зоны размещения катушек. (4К-3) усилителей 20.1-20.9 (К+1), сдвоенных одновибраторов 21.1-21.4, одновибратор 21.5, (К+1) тиристоров 25.1-25.4, (К-1) логических элементов 2 ИЛИ 24.1, 24.2. логический элемент ИЛИ с (2К-1) входами 24.3. За счет этого и повышается надежность. 3 ил. аДЬх 5