專利名稱:三相四線供電降頻電磁激振器的制作方法
本發明屬于振動機械所使用的激振器。主要用于大型振動提升機、振動輸送機、振動給料機、振動篩及一切大中型振動機械作為激振源。
電磁激振器是借給電磁鐵通一交流或脈沖電流，使電磁鐵對銜鐵產生隨時間變化的吸力的激振源。用電磁激振器驅動的振動機械獨具開停惰性小;控制性能好;無轉動部件，因而使用壽命長的優點。但電磁激振器一般只能用于小型振動提升機、振動輸送機;中小型振動篩、振動給料機等中小型振動機械。這是因為工作頻率高;傳統的電磁激振器供電方法可分為單相交流供電;單相可控半波整流;交流加直流;單相可控半波整流間歇觸發四種(見參考文獻〔2〕、〔3〕、〔4〕)，第一種供電方法工作頻率為100HZ，第二、三種供電方法工工頻率為50HZ，由于電磁激振振動機械一般都是共振型機械，工作頻率高導致其主振彈簧剛度大，彈性元件的幾何尺寸及質量加大，使結構變得困難。更重要的是作為工作質量(為廣義質量，下同)的構件，也是個彈性體，也具有一個固有頻率，它應高于工作頻率兩倍以上，否則就會影響機器的正常運行，甚致使機器遭到破壞。這樣工作頻率越高，對機器各構件的剛度要求就越高，而振動機械的特征幾何尺寸(如振動提升機的高度，水平輸送機的長度等)越大，剛度越小，所以對某一工作頻率所能制造的振動機械的特征幾何尺寸都有一個限度，如對于50Hz的振動提升機，一般提升高度不超過2米(見參考文獻〔5〕)。另外對于同一振動機械，在生產能力不變的前提下，所需的激振力與工作頻率成正比(見參考文獻〔1〕)，同時理論分析導出如將一臺小型電磁激振振動機械按動力學相似放大n似后，作為工作質量之一部分的銜鐵在工作質量中所占的比例要增大n]]>倍(見參考文獻〔1〕)，工作頻率高，需要的激振力就大，即激振電磁鐵極面大，其質量及在工作質量中所占的比例也就大，如將此種機械放大，銜鐵在工作質量中所占的比例就更大，這就從另一方面限制了電磁激振振動機械械的大型化，所以實用的電磁激振振動機械都比較小，如日本神鋼電機公司生產的最大電磁振動提升機ES-44型，提升高度僅有1.55m，提升量為1.5t/h(見參考文獻〔7〕)。
通過前述分析，可得出這樣的結論，要想使電磁激振器用于大型振動機械，必須降低工作頻率，傳統的第四種供電方式雖然工作頻率為25HZ，但用此種供電方式電磁鐵單位極面所能提供的激振力僅為半波整流50HZ激振力的68%(見參考文獻〔2〕)，所以降低工作頻率并設法提高降頻后激振力的幅值，是電磁激振器用于大型振動機械的關鍵。
本發明人于1983年開發的“兩相零式供電降頻電磁激振器”(見參考文獻〔1〕、〔6〕)，在一定成度上實現了上述目標，在電磁振動機械的大型化方面邁出了一步，但此種方法也還存在著一些嚴重的不足及缺點(1)造成電源三相負荷不均其中一相未用，就是使用的兩相，也是其中一相(對A、B兩相來說是B相)負荷為另一相的數倍，這在較大的電磁激振振動機械用于容量較小的供電系統時是難于接受的;
(2)其中頻率還不夠低，只有25HZ，在大型化方面的限度還是很有限的，如用于振動提升機時，其最大提升高度不超過6m(見參考文獻〔5〕)。且不論是傳統的第四種供電方法，還是“兩相零式供電方法”，如欲進一步降頻時，工作頻率符合下述規率f= (f′)/(2n) (1)式中f為工作頻率(HZ);f′為供電的頻率(HZ);n為自然數1、2、3……。當供電頻率為50HZ時，低于25HZ的下一級工作頻率應為12.5HZ。因為振動機械的生產能力與工作頻率和振幅的乘積成正比(見參考文獻〔3〕)，工作頻率降得越低，振幅應越大，在12.5HZ的工作頻率下振幅的加大已導致電磁鐵氣隙過大，引起漏磁嚴重，激振力下降而失去合理性。而用上述供電方法降頻到12.5HZ時，既是不考慮漏磁影響，由于電磁鐵在一個周期內通電的時間，低于不通電的時間，造成單位磁鐵極面提供的激振力幅值大幅度下降，也制約了進一步大型化的可能。
間于上述背境，本發明的目的就是要尋找這樣一種對電磁鐵的供電激磁方法和電磁鐵的按裝結構方案，它既能保證在電磁鐵氣隙不大于3～4mm的前提下，盡量降低工作頻率，又能盡量不減小降頻后電磁鐵單位極面所能提供的激振力幅值，還能保證電源三相負荷均衡。其最終目的是實現電磁激振振動機械的大型化。
本發明的內容如下(1)工作頻率，f＝ (3f′)/(m) (2)式中，m為分頻次數，m可取4～10的自然數，首選m＝8，一般不選6、9，因此時三相負荷不均;
其余符號義意同(1)式。
當供電頻率f′為50Hz時，相應的工作頻率為37.5、30、21.43、18.75、15Hz。
(2)電磁鐵的安裝形式傳統的電磁激振器除用于提升機外電磁鐵極面都與振動機械的振動方向垂直。為解決在采用較低的工作頻率后導致電磁鐵氣隙過大的問題，本發明采用圖1所示的電磁鐵安裝形式，即電磁鐵4水平安裝在平衡質體5上，磁極平面與工作質體1的振動方向的夾角β小于40°，此時決定電磁鐵氣隙3大小的是振幅A的豎直分量Asinβ，同時將銜鐵2較磁鐵加長Acosβ(振動提升機不加長)，以減小二者相對水平運動對氣隙的影響。且在磁鐵設計中計入磁力線擴張的影響。
(3)工作原理以下以三相四線供電，工作頻率18.75Hz(供電頻率為50Hz時)電磁激振器為例進行說明，其余各頻率與此類似，不再一一敘述。其工作原理如圖2、圖3、圖中V-供電的相電壓有效值;
S-鐵芯截面積，磁極總面積S′＝2S;
τ′＝ω′tω′-供電的園頻率，ω′＝2πf′，f′為供電的頻率t-時間工作過程是寬度略窄于 (8π)/3 的控制主脈沖同時加于可控硅S1、S2、S3的控制極，首先是A相處于正半周，S′導通，M點電位與A相電位一致，當τ′＞ (2π)/3 時，B相電位高于M點，S2加正向電壓導通，M點電位與B相電位一致，當τ′＞ (4π)/3 時C相電位高于M點，S3加正向電壓導通，M點電位與C相電位一致，當τ′＞2π時，A相電位又高于M點，S1再次導通，此后由于已無觸發脈沖，其它各相不再導通。當τ′＞ (17π)/6 時A相電壓過零變負，這時電磁鐵儲存的電磁能產生反電動勢向A相回授觸量，S1并不能關斷。由于這個反電動勢的大小受相電壓制約，在 (17π)/6 時間內儲存的能量，不可能在相近的電壓下在π時間內回授完，若不采取其它措施，當τ′＞ (23π)/6 時，由于S1關不斷再次向電磁鐵加正向電壓而使工作頻率失控，如何解決這一問題呢？在 (21π)/6 ＜τ′＜ (11π)/3 時，B相電位雖為負值，但高于A相(即M點電位)，S2加正向電壓，若能在此階段的某一時刻，比如τ′＝ (87π)/24 時給S2一個觸發脈沖(我們叫它為B相副脈沖)，S2便會導通，而迫使S1截止，又將能量回授B相負半周，同理，在τ′＝ 103/24 π時改到C相負半周，τ′＝ 119/24 π時又改回到A相。由于電磁鐵作機械功，且有銅、鐵損失，其能量回授時間較加正向電壓時間要短一些，故在τ′還不到 (16π)/3 之前能量回授即已結束，使電動勢驟減為零，全部可控硅均截止。在τ′＝ (16π)/3 時新的一個周期開始，S3、S1、S2、S3依次導通，接著又依次向C、A、B、C相回授能量，如此周而復始，顯然上述工作過程的頻率為 (3×50)/8 ＝18.75HZ。
本發明與現有技術相比有如下優點(1)電源三相負荷均勻從前述18.75HZ的工作原理中可以看出，在第一個周期A相電流最大，第二個周期C相電流最大，第三個周期則是B相，第四個周期再次換成A相……(在(2)式中m不為3的整倍數時情況與18.75HZ相類似)，這樣三相的平均負荷是等同的，這就有效的解了現有各種電磁激振器造成的電源三相負荷不均問題;
(2)可供選擇的工作頻率多，在供電頻率為50HZ時，21.43HZ、18.75HZ、15HZ的工作頻率，比現有供電控制方法的工作頻率低，且又能為電磁激振器的結構特點所接受，特別是18.75HZ和15HZ的工作頻率是大型電磁激振振動機械所能使用的最適宜的工作頻率。
(3)單位極面所產生的激振力幅值不因降低工作頻率而大幅度下降，就以前述18.75H2工作頻率來說，通過建立電路微分方程導出激振力的幅值F＝0.878(200Bmax)2S (3)而單相50HZ激振力幅F＝(200Bmax)2S (4)(見參考文獻〔2〕)單相25HZ激振力幅F＝0.68(200Bmax)2S (5)(見參考文獻〔2〕)二相零式供電25HZ激振力幅F＝0.883(200Bmax)2S (6)(見參考文獻〔1〕)上述各式中F為激振力幅，Bmax為氣隙最大磁密。
令各式前面的系數為a，由于在設計中Bmax為一定值，由上述各式可得出S∝ (F)/(a) (7)在生產能力不變的前提下F∝ω(ω為工作頻率)(8)(見參考文獻〔2〕)而作為工作質量之一的銜鐵質量m與磁鐵極面有下述關系m∝(s)32(9)]]>將(8)代入(7)后，再將(7)代入(9)得m∝(ωa)32(10)]]>對于兩種不同的供電控制方式，其銜鐵質量比有以下關系m1m2=(ω1ω2·a2a1)32(11)]]>
代數值入上式，可得出達到同一生產能力時，三相四線供電18.75HZ電磁激振器的銜鐵質量僅有單相50HZ的27.9%;單相25HZ的44.3%;兩相零式供電25HZ的65.5%。這就克服了電磁激振振動機械大型化的各種障礙，表一將日本“神綱電機株式會社”生產的最大電磁振動提升機ES-44型與利用本技術設計的DZT系列電磁振動提升機比較，表中打“＊”者為已試制出樣機的規格從表中可看出DZT系列提升機在大型化方面遠遠超過日本的ES系列。
如將此18.75HZ激振器用于水平振動輸送機，可制出每節長度8m左右(可多節連用)，輸送能力100t/h的大型水平振動輸送機;用于振動給料機，可使生產能力達到2000t/h以上，而現有的GZ系列電磁振動給料機最大生產能力為1000t/h。
如使用15HZ的工作頻率，就會制出更大型的振動機械。其它工作頻率雖在大型化方面不及15HZ和18.75HZ，但在一些特殊用途方面(比如篩分)又有其長處。
(4)節省能源，工耗低于現有技術由于激振器的輸出功率P與激振力F、工作頻率ω、振幅A有如下關系P∝FAω (12)(見參考文獻〔2〕)在生產能力不變時Aω＝常數 (見參考文獻〔3〕)且F∝ω (13)
代(13)入(12)得P∝ω (14)由于本技術的工作頻率，低于現有技術，故功耗低于現有技術，由表一可以看出DZT系列與ES-44相近的型號DZT32-3功耗遠低于ES-44。
(5)噪音低，現有的電磁激振振動機械，由于工作頻率高，同時為彌補工作頻率高造成的輸送速度低的不足，往往選用較高的機械指數(振動加速度與重力加速度之比)，這就造成了噪音較高的缺點。本技術由于工作頻率低，特別是18.75及15HZ的工作頻率，已經低于人耳可聞的最低頻率20HZ，且又使用較低的機械指數，產生的次生振動弱，故其噪音低于傳統電磁激振器。
由于本發明所具有的上述優點，加上電磁激振器所固有的開停惰性小;控制性能好;無轉動部件，因而使用壽命長的優點。使本激器成為比其它激振器使用范圍更大的實用激振器。
本發明的實施主要是兩個方面，一方面是如何實現工作原理所要求的控制，另一方面是如何進行電磁鐵的設計計算，后一問題實際上是一個理論問題，不屬于發明的范籌，本發明人將在適當的時候在國內公開刊物上以論文的形式公開發表。控制方法見圖2、圖4，圖2為控制電路主回路的電路圖，實際是一可控三相半波整流電路，此處不再敘述。圖4為控制脈沖發生電路;A、B、C三相正弦波信號經波形變換器(最好由電壓比較器構成)變為方波，對此方波的要求是前沿正好處于前述工作原理中所說的發出該相副脈沖的位置。接著將此方波經窄脈沖電路變為寬度小于 (π)/3 的窄脈沖，三相的窄脈沖一方面經或非門加到計數器上實現所需的分頻，另一方面分別對應推動相應的副脈沖輸出電路，輸出A、B、C三相副脈沖。經計數器分頻形成的寬脈沖再經移相電路，按控制需要改變正脈沖寬度，然后推動主脈沖輸出電路輸出控制主脈沖，此主脈沖分為三路分別與A、B、C三相的控制副脈沖疊加后去控制圖2的S1、S2、S3以實現工作原理部分所要求的工作過程。
參考文獻〔1〕曾海福二相零式供電降頻電磁振動提升機電參數設計原理《化工起重運輸設計》1984.1〔2〕王世清電磁振動給料機電參數設計原理《石油化工起重運輸簡訊》1974.3〔3〕聞邦椿、劉風翹《振動機械的理論及應用》(機械工業出版社1982年版)〔4〕《電磁振動給料機》(機械工業出版社1973年版)〔5〕劉風翹垂直式振動提升機《化工起重運輸設計》1984.1〔6〕曾海福兩相零式供電降頻電磁激振器的控制及其在自動稱量系統中的應用《化工起重運輸設計》1985.3〔7〕張弦譯螺旋提升機ES型及RVES型《石油化工起重運輸簡訊》
權利要求
1.一種用于振動提升機、振動輸送機、振動給料機、振動篩等振動機械及裝置的電磁激振器、其特征是(1)三相四線供電；(2)工作頻率符合下式表示的規律f= (3f′)/(m)式中f為工作頻率；f′為供電的頻率；m為分頻次數，可取4、5、7、8、10，首選m=8。
2.一種用于振動輸送機，振動給料機、振動篩等不含扭轉振動的振動機械設備的電磁激振器安裝方法，其特征是電磁鐵水平安裝，電磁鐵極面與工作質體振動方向的夾角小于40°。
專利摘要
一種用于振動提升機、振動輸送機、振動給料機、振動篩等振動機械及設備的電磁激振器，采用三相四線供電，并且工作頻率＝3×供電頻率/m，m可為4、5、7、8、10，在采用較低工作頻率時，激振器用電磁鐵極面與工作質體振動方向的夾角小于40°的安裝方式。這一技術解決了電磁激振振動機械的大型化問題，與現有技術相比還有使電源三相負荷均勻、節省能源、噪音低的優點。
文檔編號B60B1/04GK87104054SQ87104054
公開日1988年2月24日 申請日期1987年6月5日
發明者曾海福 申請人:曾海福導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan