专利名称:三相四线供电降频电磁激振器的制作方法
本发明属于振动机械所使用的激振器。主要用于大型振动提升机、振动输送机、振动给料机、振动筛及一切大中型振动机械作为激振源。
电磁激振器是借给电磁铁通一交流或脉冲电流，使电磁铁对衔铁产生随时间变化的吸力的激振源。用电磁激振器驱动的振动机械独具开停惰性小;控制性能好;无转动部件，因而使用寿命长的优点。但电磁激振器一般只能用于小型振动提升机、振动输送机;中小型振动筛、振动给料机等中小型振动机械。这是因为工作频率高;传统的电磁激振器供电方法可分为单相交流供电;单相可控半波整流;交流加直流;单相可控半波整流间歇触发四种(见参考文献〔2〕、〔3〕、〔4〕)，第一种供电方法工作频率为100HZ，第二、三种供电方法工工频率为50HZ，由于电磁激振振动机械一般都是共振型机械，工作频率高导致其主振弹簧刚度大，弹性元件的几何尺寸及质量加大，使结构变得困难。更重要的是作为工作质量(为广义质量，下同)的构件，也是个弹性体，也具有一个固有频率，它应高于工作频率两倍以上，否则就会影响机器的正常运行，甚致使机器遭到破坏。这样工作频率越高，对机器各构件的刚度要求就越高，而振动机械的特征几何尺寸(如振动提升机的高度，水平输送机的长度等)越大，刚度越小，所以对某一工作频率所能制造的振动机械的特征几何尺寸都有一个限度，如对于50Hz的振动提升机，一般提升高度不超过2米(见参考文献〔5〕)。另外对于同一振动机械，在生产能力不变的前提下，所需的激振力与工作频率成正比(见参考文献〔1〕)，同时理论分析导出如将一台小型电磁激振振动机械按动力学相似放大n似后，作为工作质量之一部分的衔铁在工作质量中所占的比例要增大n]]>倍(见参考文献〔1〕)，工作频率高，需要的激振力就大，即激振电磁铁极面大，其质量及在工作质量中所占的比例也就大，如将此种机械放大，衔铁在工作质量中所占的比例就更大，这就从另一方面限制了电磁激振振动机械械的大型化，所以实用的电磁激振振动机械都比较小，如日本神钢电机公司生产的最大电磁振动提升机ES-44型，提升高度仅有1.55m，提升量为1.5t/h(见参考文献〔7〕)。
通过前述分析，可得出这样的结论，要想使电磁激振器用于大型振动机械，必须降低工作频率，传统的第四种供电方式虽然工作频率为25HZ，但用此种供电方式电磁铁单位极面所能提供的激振力仅为半波整流50HZ激振力的68%(见参考文献〔2〕)，所以降低工作频率并设法提高降频后激振力的幅值，是电磁激振器用于大型振动机械的关键。
本发明人于1983年开发的“两相零式供电降频电磁激振器”(见参考文献〔1〕、〔6〕)，在一定成度上实现了上述目标，在电磁振动机械的大型化方面迈出了一步，但此种方法也还存在着一些严重的不足及缺点(1)造成电源三相负荷不均其中一相未用，就是使用的两相，也是其中一相(对A、B两相来说是B相)负荷为另一相的数倍，这在较大的电磁激振振动机械用于容量较小的供电系统时是难于接受的;
(2)其中频率还不够低，只有25HZ，在大型化方面的限度还是很有限的，如用于振动提升机时，其最大提升高度不超过6m(见参考文献〔5〕)。且不论是传统的第四种供电方法，还是“两相零式供电方法”，如欲进一步降频时，工作频率符合下述规率f= (f′)/(2n) (1)式中f为工作频率(HZ);f′为供电的频率(HZ);n为自然数1、2、3……。当供电频率为50HZ时，低于25HZ的下一级工作频率应为12.5HZ。因为振动机械的生产能力与工作频率和振幅的乘积成正比(见参考文献〔3〕)，工作频率降得越低，振幅应越大，在12.5HZ的工作频率下振幅的加大已导致电磁铁气隙过大，引起漏磁严重，激振力下降而失去合理性。而用上述供电方法降频到12.5HZ时，既是不考虑漏磁影响，由于电磁铁在一个周期内通电的时间，低于不通电的时间，造成单位磁铁极面提供的激振力幅值大幅度下降，也制约了进一步大型化的可能。
间于上述背境，本发明的目的就是要寻找这样一种对电磁铁的供电激磁方法和电磁铁的按装结构方案，它既能保证在电磁铁气隙不大于3～4mm的前提下，尽量降低工作频率，又能尽量不减小降频后电磁铁单位极面所能提供的激振力幅值，还能保证电源三相负荷均衡。其最终目的是实现电磁激振振动机械的大型化。
本发明的内容如下(1)工作频率，f＝ (3f′)/(m) (2)式中，m为分频次数，m可取4～10的自然数，首选m＝8，一般不选6、9，因此时三相负荷不均;
其余符号义意同(1)式。
当供电频率f′为50Hz时，相应的工作频率为37.5、30、21.43、18.75、15Hz。
(2)电磁铁的安装形式传统的电磁激振器除用于提升机外电磁铁极面都与振动机械的振动方向垂直。为解决在采用较低的工作频率后导致电磁铁气隙过大的问题，本发明采用图1所示的电磁铁安装形式，即电磁铁4水平安装在平衡质体5上，磁极平面与工作质体1的振动方向的夹角β小于40°，此时决定电磁铁气隙3大小的是振幅A的竖直分量Asinβ，同时将衔铁2较磁铁加长Acosβ(振动提升机不加长)，以减小二者相对水平运动对气隙的影响。且在磁铁设计中计入磁力线扩张的影响。
(3)工作原理以下以三相四线供电，工作频率18.75Hz(供电频率为50Hz时)电磁激振器为例进行说明，其余各频率与此类似，不再一一叙述。其工作原理如图2、图3、图中V-供电的相电压有效值;
S-铁芯截面积，磁极总面积S′＝2S;
τ′＝ω′tω′-供电的园频率，ω′＝2πf′，f′为供电的频率t-时间工作过程是宽度略窄于 (8π)/3 的控制主脉冲同时加于可控硅S1、S2、S3的控制极，首先是A相处于正半周，S′导通，M点电位与A相电位一致，当τ′＞ (2π)/3 时，B相电位高于M点，S2加正向电压导通，M点电位与B相电位一致，当τ′＞ (4π)/3 时C相电位高于M点，S3加正向电压导通，M点电位与C相电位一致，当τ′＞2π时，A相电位又高于M点，S1再次导通，此后由于已无触发脉冲，其它各相不再导通。当τ′＞ (17π)/6 时A相电压过零变负，这时电磁铁储存的电磁能产生反电动势向A相回授触量，S1并不能关断。由于这个反电动势的大小受相电压制约，在 (17π)/6 时间内储存的能量，不可能在相近的电压下在π时间内回授完，若不采取其它措施，当τ′＞ (23π)/6 时，由于S1关不断再次向电磁铁加正向电压而使工作频率失控，如何解决这一问题呢？在 (21π)/6 ＜τ′＜ (11π)/3 时，B相电位虽为负值，但高于A相(即M点电位)，S2加正向电压，若能在此阶段的某一时刻，比如τ′＝ (87π)/24 时给S2一个触发脉冲(我们叫它为B相副脉冲)，S2便会导通，而迫使S1截止，又将能量回授B相负半周，同理，在τ′＝ 103/24 π时改到C相负半周，τ′＝ 119/24 π时又改回到A相。由于电磁铁作机械功，且有铜、铁损失，其能量回授时间较加正向电压时间要短一些，故在τ′还不到 (16π)/3 之前能量回授即已结束，使电动势骤减为零，全部可控硅均截止。在τ′＝ (16π)/3 时新的一个周期开始，S3、S1、S2、S3依次导通，接着又依次向C、A、B、C相回授能量，如此周而复始，显然上述工作过程的频率为 (3×50)/8 ＝18.75HZ。
本发明与现有技术相比有如下优点(1)电源三相负荷均匀从前述18.75HZ的工作原理中可以看出，在第一个周期A相电流最大，第二个周期C相电流最大，第三个周期则是B相，第四个周期再次换成A相……(在(2)式中m不为3的整倍数时情况与18.75HZ相类似)，这样三相的平均负荷是等同的，这就有效的解了现有各种电磁激振器造成的电源三相负荷不均问题;
(2)可供选择的工作频率多，在供电频率为50HZ时，21.43HZ、18.75HZ、15HZ的工作频率，比现有供电控制方法的工作频率低，且又能为电磁激振器的结构特点所接受，特别是18.75HZ和15HZ的工作频率是大型电磁激振振动机械所能使用的最适宜的工作频率。
(3)单位极面所产生的激振力幅值不因降低工作频率而大幅度下降，就以前述18.75H2工作频率来说，通过建立电路微分方程导出激振力的幅值F＝0.878(200Bmax)2S (3)而单相50HZ激振力幅F＝(200Bmax)2S (4)(见参考文献〔2〕)单相25HZ激振力幅F＝0.68(200Bmax)2S (5)(见参考文献〔2〕)二相零式供电25HZ激振力幅F＝0.883(200Bmax)2S (6)(见参考文献〔1〕)上述各式中F为激振力幅，Bmax为气隙最大磁密。
令各式前面的系数为a，由于在设计中Bmax为一定值，由上述各式可得出S∝ (F)/(a) (7)在生产能力不变的前提下F∝ω(ω为工作频率)(8)(见参考文献〔2〕)而作为工作质量之一的衔铁质量m与磁铁极面有下述关系m∝(s)32(9)]]>将(8)代入(7)后，再将(7)代入(9)得m∝(ωa)32(10)]]>对于两种不同的供电控制方式，其衔铁质量比有以下关系m1m2=(ω1ω2·a2a1)32(11)]]>
代数值入上式，可得出达到同一生产能力时，三相四线供电18.75HZ电磁激振器的衔铁质量仅有单相50HZ的27.9%;单相25HZ的44.3%;两相零式供电25HZ的65.5%。这就克服了电磁激振振动机械大型化的各种障碍，表一将日本“神纲电机株式会社”生产的最大电磁振动提升机ES-44型与利用本技术设计的DZT系列电磁振动提升机比较，表中打“＊”者为已试制出样机的规格从表中可看出DZT系列提升机在大型化方面远远超过日本的ES系列。
如将此18.75HZ激振器用于水平振动输送机，可制出每节长度8m左右(可多节连用)，输送能力100t/h的大型水平振动输送机;用于振动给料机，可使生产能力达到2000t/h以上，而现有的GZ系列电磁振动给料机最大生产能力为1000t/h。
如使用15HZ的工作频率，就会制出更大型的振动机械。其它工作频率虽在大型化方面不及15HZ和18.75HZ，但在一些特殊用途方面(比如筛分)又有其长处。
(4)节省能源，工耗低于现有技术由于激振器的输出功率P与激振力F、工作频率ω、振幅A有如下关系P∝FAω (12)(见参考文献〔2〕)在生产能力不变时Aω＝常数 (见参考文献〔3〕)且F∝ω (13)
代(13)入(12)得P∝ω (14)由于本技术的工作频率，低于现有技术，故功耗低于现有技术，由表一可以看出DZT系列与ES-44相近的型号DZT32-3功耗远低于ES-44。
(5)噪音低，现有的电磁激振振动机械，由于工作频率高，同时为弥补工作频率高造成的输送速度低的不足，往往选用较高的机械指数(振动加速度与重力加速度之比)，这就造成了噪音较高的缺点。本技术由于工作频率低，特别是18.75及15HZ的工作频率，已经低于人耳可闻的最低频率20HZ，且又使用较低的机械指数，产生的次生振动弱，故其噪音低于传统电磁激振器。
由于本发明所具有的上述优点，加上电磁激振器所固有的开停惰性小;控制性能好;无转动部件，因而使用寿命长的优点。使本激器成为比其它激振器使用范围更大的实用激振器。
本发明的实施主要是两个方面，一方面是如何实现工作原理所要求的控制，另一方面是如何进行电磁铁的设计计算，后一问题实际上是一个理论问题，不属于发明的范筹，本发明人将在适当的时候在国内公开刊物上以论文的形式公开发表。控制方法见图2、图4，图2为控制电路主回路的电路图，实际是一可控三相半波整流电路，此处不再叙述。图4为控制脉冲发生电路;A、B、C三相正弦波信号经波形变换器(最好由电压比较器构成)变为方波，对此方波的要求是前沿正好处于前述工作原理中所说的发出该相副脉冲的位置。接着将此方波经窄脉冲电路变为宽度小于 (π)/3 的窄脉冲，三相的窄脉冲一方面经或非门加到计数器上实现所需的分频，另一方面分别对应推动相应的副脉冲输出电路，输出A、B、C三相副脉冲。经计数器分频形成的宽脉冲再经移相电路，按控制需要改变正脉冲宽度，然后推动主脉冲输出电路输出控制主脉冲，此主脉冲分为三路分别与A、B、C三相的控制副脉冲叠加后去控制图2的S1、S2、S3以实现工作原理部分所要求的工作过程。
参考文献〔1〕曾海福二相零式供电降频电磁振动提升机电参数设计原理《化工起重运输设计》1984.1〔2〕王世清电磁振动给料机电参数设计原理《石油化工起重运输简讯》1974.3〔3〕闻邦椿、刘风翘《振动机械的理论及应用》(机械工业出版社1982年版)〔4〕《电磁振动给料机》(机械工业出版社1973年版)〔5〕刘风翘垂直式振动提升机《化工起重运输设计》1984.1〔6〕曾海福两相零式供电降频电磁激振器的控制及其在自动称量系统中的应用《化工起重运输设计》1985.3〔7〕张弦译螺旋提升机ES型及RVES型《石油化工起重运输简讯》
权利要求
1.一种用于振动提升机、振动输送机、振动给料机、振动筛等振动机械及装置的电磁激振器、其特征是(1)三相四线供电；(2)工作频率符合下式表示的规律f= (3f′)/(m)式中f为工作频率；f′为供电的频率；m为分频次数，可取4、5、7、8、10，首选m=8。
2.一种用于振动输送机，振动给料机、振动筛等不含扭转振动的振动机械设备的电磁激振器安装方法，其特征是电磁铁水平安装，电磁铁极面与工作质体振动方向的夹角小于40°。
专利摘要
一种用于振动提升机、振动输送机、振动给料机、振动筛等振动机械及设备的电磁激振器，采用三相四线供电，并且工作频率＝3×供电频率/m，m可为4、5、7、8、10，在采用较低工作频率时，激振器用电磁铁极面与工作质体振动方向的夹角小于40°的安装方式。这一技术解决了电磁激振振动机械的大型化问题，与现有技术相比还有使电源三相负荷均匀、节省能源、噪音低的优点。
文档编号B60B1/04GK87104054SQ87104054
公开日1988年2月24日 申请日期1987年6月5日
发明者曾海福 申请人:曾海福导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan