способ управления линейным электроприводом

Формула изобретения

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЛИНЕЙНЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ, включающий регулирование рабочего потока взаимоиндукции индуктора и вторичного элемента за счет изменения проводимости в пределах зубцового деления слоя управления, отличающийся тем, что в качестве слоя управления используют магнитную жидкость, причем регулирование ее проводимости осуществляют перераспределением объемной концентрации, причем большая объемная концентрация магнитной жидкости в зубцовой зоне соответствует большим значениям тягового усилия привода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике.

Известен способ управления линейным электроприводом, который реализуется в известном устройстве и состоит в том, что управляют линейным электроприводом за счет регулирования рабочего магнитного потока взаимоиндукции элементов электропривода путем изменения магнитной проницаемости рабочего зазора подмагничиванием слоя управления, изменяющего соотношения магнитных проводимостей магнитных цепей потоков взаимоиндукции и рассеяния.

Известен также способ управления линейным электроприводом, принятый в качестве прототипа, который состоит в том, что регулирование потока взаимоиндукции индуктора и вторичного элемента осуществляется за счет изменения магнитной проводимости для потоков взаимоиндукции и рассеяния в пределах зубцового деления с помощью слоя управления.

В известных способах реализуется ограниченный диапазон регулирования, что обусловлено ограниченным диапазоном изменения магнитной проницаемости слоя управления. Предельно максимальное тяговое усилие F_max привода возможно при магнитной проницаемости ферромагнитного слоя управления _су, равной _o, и нулевое минимальное F_min= 0 при _су=. Физически ни то, ни другое не достижимо. Таким образом, в известных устройствах F_min" > 0 и F_пр" < F_max. Это приводит к сужению диапазона регулирования F_пр" F_min".

Задачей изобретения является создание способа управления линейным электроприводом, обеспечивающего расширение диапазона регулирования.

Сущность изобретения заключается в способе управления линейным электроприводом путем регулирования рабочего потока взаимоиндукции индуктора и вторичного элемента за счет изменения магнитной проводимости в пределах зубцового деления ферромагнитного слоя управления, в котором магнитные проводимости изменяют путем использования в качестве слоя управления магнитной жидкости, при этом регулирование ее проводимости осуществляют перераспределением объемной концентрации, причем большая объемная концентрация магнитной жидкости в зубцовой зоне соответствует большим значениям тягового усилия привода.

Отличие описанного способа управления линейным электроприводом от известного состоит в том, что в качестве слоя управления используют магнитную жидкость, при этом регулирование ее проводимости осуществляют перераспределением объемной концентрации, причем большая объемная концентрация магнитной жидкости в зубцовой зоне соответствует большим значениям тягового усилия привода.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении быстродействия и надежности электропривода. Следует отметить, что при одинаковой объемной концентрации (толщине) магнитной жидкости вдоль зазора магнитный поток индуктора шунтируется ею. Это обусловлено значительными величинами магнитных проницаемости и проводимости и проводимости магнитной цепи для нерабочего потока рассеяния. Магнитная проводимость цепи для рабочего потока взаимоиндукции и сам поток минимальны. Поэтому минимально и тяговое усилие линейного электропривода. При перераспределении объемной концентрации магнитной жидкости в зазоре в пределах зубцового деления индуктора так, что ее толщина (объемная концентрация) над зубцом увеличивается, а над пазом уменьшается, проводимость магнитной цепи для потока взаимоиндукции, сам рабочий поток и тяговое усилие привода становятся большими. Нерабочий поток рассеяния оказывается незначительным. Таким образом, увеличение объемной концентрации магнитной жидкости над зубцами и ее уменьшение над пазами приводят к управляемому изменению тягового усилия привода от нуля до максимального значения. Соответственно изменению предельного и минимального тягового усилия до значения F_пр __ F_max и F_min __ 0 увеличивается по сравнению с прототипом диапазон регулирования привода до величины ₁ F_max 0> F_пр" F_min.

На фиг. 1 показана схема линейного электропривода с находящейся в диэлектрической оболочке магнитной жидкостью в случае отсутствия управляющего воздействия, при этом слой магнитной жидкости в пределах зубцового деления имеет одинаковую объемную концентрацию (толщину) и полностью шунтирует магнитный поток индуктора; на фиг. 2 показано сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 приведена схема, соответствующая максимальной объемной концентрации магнитной жидкости в области зубцов индуктора и минимальной в области пазов, обеспечивающая наибольшие рабочий поток взаимоиндукции и тяговое усилие привода; на фиг. 4 схема привода при распределении объемной концентрации магнитной жидкости, промежуточном по сравнению с представленными на фиг. 1 и 3, т. е. с частичным шунтированием магнитного потока индуктора; на фиг. 5 упрощенная эквивалентная электрическая схема замещения магнитных цепей линейного электропривода; на фиг. 6 приведены механические характеристики привода, соответствующие различным режимам регулирования.

На фиг. 1-7 приняты следующие обозначения: Ф_р рабочий поток взаимоиндукции индуктора и вторичного элемента привода, Ф_ш магнитный поток, шунтируемый слоем магнитной жидкости, Ф_и полный магнитный поток индуктора; F и V тяговое усилие и скорость перемещения привода соответственно, Z_мб и Z_мш магнитные сопротивления зазора и слоя магнитной жидкости для потоков Ф_р и Ф_ш соответственно, изменяемые в процессе управления приводом, Z_мб и Z_мя соответственно суммарные магнитные сопротивления для потоков рассеяния (пазового, лобового и др) индуктора и магнитной цепи вторичного элемента для потока взаимоиндукции Ф_р, a, b, c положения потенциометров Z_мб и Z_мш при предельных и промежуточных значениях управляющего воздействия, соответствующих фиг. 1, 3, 4.

На фиг. 1-7 использованы элементы линейного электропривода: индуктор 1 с силовой многофазной обмоткой 2 и зубцами 3, вторичный элемент 4, магнитная жидкость 5, помещенная в диэлектрическую оболочку 6, расположенную между индуктором 1 и вторичным элементом 4, дополнительная обмотка 7.

При одном из предельных значений сигнала управления магнитная жидкость 5 располагается равномерно по толщине в оболочке 6 (фиг. 1). Практически весь магнитный поток Ф_и, создаваемый индуктором 1, шунтируется магнитной жидкостью 5, что соответствует положению "а" потенциометров Z_мш и Z_мб на фиг. 5. При этом в электроприводе по существу имеется лишь магнитный поток Ф_ш (фиг. 1 и 2), а рабочий поток взаимоиндукции практически отсутствует (Ф_р 0) и электропривод не развивает тягового усилия (F 0). Механическая характеристика привода, формируемая при этом, имеет вид линии 10 на фиг. 6.

При другом предельном значении сигнала управления объемная концентрация (толщина) магнитной жидкости 5 над зубцами и пазами индуктора 1 в пределах зубцовых делений становится различной. Она наибольшая в области зубцов 3 индуктора, а над пазами минимальная (фиг. 3). Этому соответствует положение "с" потенциометров Z_мш и Z_мб на фиг. 5.

Магнитная проводимость для рабочего магнитного потока взаимоиндукции Ф_р между индуктором 1 и вторичным элементом 4 и соответственно поток Ф_р будут наибольшими. Практически весь поток Ф_и, создаваемый индуктором 1, становится рабочим Ф_р (фиг. 3). Он взаимодействует с вторичным элементом и создает наибольшее тяговое усилие (F=F_max). При этом формируется механическая характеристика 8 (фиг. 6).

При сигналах управления, промежуточных между отмеченными предельными значениями, толщина магнитной жидкости 5 в пределах зубцового деления будет непостоянной, имея большее значение над зубцами 3. Распределение объемной концентрации магнитной жидкости (фиг. 4) будет промежуточной между показанными на фиг. 1 и 3. Такому значению сигнала управления соответствует положение b потенциометров Z_мб и Z_мш. При этом часть потока Ф_и, создаваемого индуктором 1, шунтируется магнитной жидкостью, образуя магнитный поток Ф_ш, а другая образует рабочий поток Ф_р, проходящий во вторичный элемент и создающий тяговое усилие 0<F(фиг. 4). При этом формируется механическая характеристика 9, промежуточная между характеристиками 10 и 8 (фиг. 6).

Таким образом, изменением объемных концентраций магнитной жидкости 5 в небольших объемах полости оболочки 6, соответствующих зубцовому делению индуктора, обеспечивается регулирование тягового усилия линейного электропривода.

Данный способ принципиально отличается от прототипа с неизменной геометрией слоя управления. В нем изменение магнитной проводимости магнитных цепей для потоков Ф_ш и Ф_р за счет применения в качестве слоя управления магнитной жидкости, ее перераспределения в пределах зубцового деления, приводящего к изменению геометрии слоя управления, не связано с изменением магнитной проницаемости слоя управления, на что имеются физические ограничения. Поэтому реализуется более широкий диапазон регулирования тягового усилия привода. Описанный способ может быть реализован с помощью устройства, представленного на фиг. 7. Кроме того на фиг. 7 показан постоянный магнитный поток Ф₌, создаваемый обмоткой 7.

Обмотка 7 управления выполнена в виде проводников, охватывающих зубцы 3 индуктора 1 так, что направление тока в проводниках, находящихся по разные стороны зубцов, противоположно.

Линейный асинхронный электропривод работает следующим образом.

При подключении многофазной обмотки 2 индуктора 1 к питающей сети образуется бегущий магнитный поток Ф_и (на фиг. 7 не показан), часть которого рабочий поток взаимоиндукции Ф_р взаимодействует с вторичным элементом 4 и создает тяговое усилие F в плоскости чертежа фиг. 7. Другая часть потока индуктора Ф_ш шунтируется магнитной жидкостью 5 в оболочке 6 и не создает тягового усилия. Величины потоков Ф_р и Ф_шизменяются в зависимости от соотношения объемных концентраций (толщин) магнитной жидкости над зубцом и пазом индуктора 1. Это соотношение определяется величиной тока в обмотке 7 управления на фиг. 7.

При подаче постоянного тока в обмотку 7 управления создается магнитный поток управления Ф₌, проходящий через зубцы, вторичный элемент и спинку индуктора 1. Магнитная жидкость 5 втягивается в области с наибольшим значением напряженности постоянного магнитного поля, создаваемого током обмотки 7, т. е. в области между зубцами 3 и вторичным элементом 4. Таким образом, под действием управляющего тока в обмотке 7 управления толщина (объемная концентрация) магнитной жидкости 5 вдоль индуктора 1 становится различной большей над зубцами 3 и меньшей над пазами, как это показано на фиг. 4. Причем различие в распределении объемной концентрации магнитной жидкости вдоль индуктора возрастает с увеличением тока в обмотке 7 управления.

При отсутствии тока в обмотке 7 управления уровень магнитной жидкости 5 в оболочке 6 устанавливается одинаковым вдоль всего индуктора, как это показано на фиг. 1.

При наибольшем токе в обмотке 7 управления магнитная жидкость максимально втягивается в области с наибольшим значением напряженности магнитного поля, создаваемого этой обмоткой. При этом ее уровень и объемная концентрация над зубцами 3 индуктора 1 максимальна, а над пазами минимальна (фиг. 3).

Изменение объемной концентрации магнитной жидкости вдоль индуктора приводит к изменению соотношения магнитных проводимостей магнитных цепей потоков взаимоиндукции Ф_р, рассеяния Ф_ш и тягового усилия привода, как это описано выше. Соответственно при отсутствии тока в обмотке 7 управления тяговое усилие электропривода равно нулю, формируется механическая характеристика 10 на фиг. 6. При максимальном токе в обмотке 7 управления тяговое усилие привода максимально F=F_max, им формируется механическая характеристика 8 (фиг. 6). При промежуточных значениях тока управления в обмотке 7 формируется механическая характеристика V(F) 9 в интервале между линиями 10 и 8 на фиг. 6.

Таким образом, в отличие от известного изменение магнитных проводимостей магнитных цепей для потоков рассеяния и взаимоиндукции линейного электропривода в процессе управления с помощью магнитной жидкости осуществляется за счет изменения геометрии слоя управления и не связано с изменением его магнитной проницаемости, на которое имеются физические ограничения. Поэтому диапазон регулирования привода в описанном способе оказывается больше, чем в прототипе.