УСТРОЙСТВО ФОРСИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТОМ ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2007 года по МПК H01F7/18 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электромагнитных приводах постоянного тока с форсированным управлением устройств автоматики и управления, в частности в приводах коммутационных аппаратов (реле, контакторов, магнитных пускателей и т.п.).

Известно устройство форсированного управления, состоящее из одновибратора, управляющего первым транзисторным ключом, через который обмотка электромагнита подключается к источнику постоянного напряжения в период пуска, и генератора, управляющего вторым транзисторным ключом, формирующим в режиме удержания после окончания пускового периода импульсное напряжение на обмотке электромагнита с частотой и скважностью генератора [1].

Недостатком данного устройства является наличие двух транзисторных ключей, коммутирующих напряжение на обмотке электромагнита, что усложняет схему и снижает надежность устройства.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению и взятым за прототип является устройство для форсированного управления электромагнитом постоянного тока с питанием от источника постоянного напряжения [2]. Устройство содержит мультивибратор (генератор импульсов), подключенный через резистор и диод к базе транзисторного ключа, ключевой элемент, соединенный с положительным выводом источника питания и подключенный к базе транзисторного ключа через второй резистор, второй диод, подключенный анодом к коллектору транзисторного ключа, а катодом к положительному выводу источника питания, выводы для подключения обмотки электромагнита, соединенные с анодом и катодом второго диода, выводы для подключения источника питания. Работа данного устройства описана в [2].

Недостатком прототипа является снижение надежности вследствие

- изменения величины тока через обмотку электромагнита при колебаниях напряжения источника питания, что в режиме удержания может привести к перегреву обмотки при повышении напряжения или отпаданию якоря электромагнита при понижении напряжения;

- большой токовой перегрузки транзисторного ключа при его открывании, так как при переходе защитного диода из проводящего состояния в закрытое состояние при открывании транзисторного ключа диод в течение времени восстановления своих запирающих свойств представляет собой закоротку, и в цепи источника питания в это время протекает ток, ограниченный только внутренним сопротивлением ключа.

Технический результат заявляемого решения - повышение надежности устройства форсированного управления электромагнитом постоянного тока.

Технический результат достигается тем, что в устройство форсированного управления электромагнитом постоянного тока, содержащее генератор, транзисторный ключ, защитный диод, выводы для подключения обмотки электромагнита, дополнительно введены таймер, источник тока, зависимый от уровня напряжения источника питания, интегратор с двумя ступенями постоянной интегрирования, компаратор с внутренним опорным напряжением и токоограничивающий резистор, при этом выходы генератора, таймера и источника тока, соединенного с источником питания, подключены к входу интегратора, выход интегратора подсоединен к входу компаратора, выход которого подключен к управляющему входу транзисторного ключа, первый силовой вывод которого подсоединен к отрицательной шине источника питания, второй силовой вывод транзисторного ключа подключен к первому выводу токоограничивающего резистора, второй вывод которого подсоединен к аноду защитного диода, катод защитного диода подсоединен к положительной шине источника питания, выводы для подключения обмотки электромагнита подсоединены к аноду и катоду защитного диода.

Отличительной особенностью предлагаемого изобретения является то, что повышение надежности устройства достигается за счет введения таймера, источника тока, зависимого от уровня напряжения источника питания, интегратора с двумя ступенями постоянной интегрирования, компаратора с внутренним опорным напряжением и токоограничивающего резистора и их соответствующего подключения к генератору, транзисторному ключу, защитному диоду, источнику питания, выводам для подключения обмотки электромагнита.

На чертеже приведена схема заявляемого устройства, где приняты следующие обозначения:

1 - генератор;

2 - источник тока, зависимый от уровня напряжения источника питания;

3 - таймер;

4 - интегратор с двумя ступенями постоянной интегрирования;

5 - компаратор с внутренним опорным напряжением;

6 - защитный диод;

7 - токоограничивающий резистор;

8 - транзисторный ключ;

9, 10 - выводы для подключения обмотки электромагнита.

Предлагаемое устройство форсированного управления электромагнитом постоянного тока содержит генератор 1, источник тока 2, зависимый от уровня напряжения источника питания, таймер 3, выходы которых подключены к входу интегратора 4 с двумя ступенями постоянной интегрирования, источник тока 2 соединен с источником питания, выход интегратора 4 подсоединен к входу компаратора с внутренним опорным напряжением 5, выход которого подключен к управляющему входу транзисторного ключа 8, первый силовой вывод которого подсоединен к отрицательной шине источника питания, второй силовой вывод транзисторного ключа подключен к первому выводу токоограничивающего резистора 7, второй вывод которого подсоединен к аноду защитного диода 6, катод защитного диода подсоединен к положительной шине источника питания, выводы 9, 10 для подключения обмотки электромагнита подсоединены к аноду и катоду защитного диода 6.

Устройство (фиг.1) работает следующим образом.

В основу работы положен принцип широтно-импульсного регулирования. Основным элементом устройства является интегратор 4, который интегрирует ток от источника тока 2. Генератор импульсов 1 с заданной частотой обнуляет напряжение на выходе интегратора 4. Таким образом, на выходе интегратора 4 получается напряжение пилообразной формы, причем наклон "пилы" задается источником тока 2. Напряжение с выхода интегратора 4 сравнивается с внутренним опорным напряжением компаратора 5. На выходе компаратора 5 формируется последовательность прямоугольных импульсов, длительность которых зависит от скорости нарастания напряжения на выходе интегратора 4. Указанные импульсы открывают транзисторный ключ 8, периодически коммутирующий обмотку электромагнита, подключенного к выводам 9 и 10. Во время пускового периода (форсировки), длительность которого задается таймером 3, включается первая ступень постоянной интегрирования интегратора 4, уменьшающая скорость нарастания пилообразного напряжения, что обеспечивает на выходе компаратора 5 широкие импульсы управления транзисторным ключом 8, обеспечивающие пусковой ток через обмотку электромагнита. При переходе в режим удержания таймер 3 выдает команду на переключение на вторую ступень постоянной интегрирования интегратора 4, при которой на выходе компаратора 5 ширина импульсов уменьшается до величины, необходимой для обеспечения тока удержания через обмотку электромагнита. Важным преимуществом предлагаемого устройства является независимость ширины управляющих импульсов от колебаний напряжения источника питания, что обеспечивается источником тока 2, соединенным с источником питания. Например, при понижении напряжения источника питания уменьшается величина тока источника тока, поступающего на интегратор 2, уменьшая при этом скорость нарастания пилообразного напряжения на его выходе и увеличивая ширину прямоугольных импульсов на выходе компаратора 5, тем самым поддерживая ток на обмотке электромагнита. Аналогично поддерживается ток на обмотке электромагнита при повышении напряжения источника питания.

Токоограничивающий резистор 7 выбирается из расчета ограничения тока через транзисторный ключ 8 на допустимом уровне во время восстановления запирающих свойств защитного диода 6.

Таким образом, заявляемое решение повышает надежность работы устройства форсированного управления электромагнитом постоянного тока.

При установке выпрямителя на входе предлагаемое устройство форсированного управления электромагнитом постоянного тока может работать от сети переменного тока.

Источники информации

[1] Пат. США 3579052. Устройство для включения электромагнита постоянного тока. Опубл. 18.05.71.

[2] А.с. СССР 1372379. Устройство для форсированного управления электромагнитом постоянного тока с питанием от источника постоянного напряжения / Б.В.Клименко, В.Н.Белоус, Н.П.Старжинский // Открытия. Изобретения. 1988, №5.

Использование: в электромагнитных приводах постоянного тока с форсированным управлением устройств автоматики и управления. Технический результат заключается в повышении надежности. В устройстве выходы генератора, таймера и зависимого от уровня напряжения источника тока, соединенного с источником питания, подключены к входу интегратора с двумя ступенями постоянной интегрирования, выход интегратора подсоединен к входу компаратора с внутренним опорным напряжением, выход которого подключен к управляющему входу транзисторного ключа, первый силовой вывод которого подсоединен к отрицательной шине источника питания, второй силовой вывод транзисторного ключа подключен к первому выводу токоограничивающего резистора, второй вывод которого подсоединен к аноду защитного диода, катод защитного диода подсоединен к положительной шине источника питания, выводы для подключения обмотки электромагнита подсоединены к аноду и катоду защитного диода. 1 ил.

Устройство форсированного управления электромагнитом постоянного тока, содержащее генератор, транзисторный ключ, защитный диод, выводы для подключения обмотки электромагнита, отличающееся тем, что в него дополнительно введены таймер, источник тока, зависимый от уровня напряжения источника питания, интегратор с двумя ступенями постоянной интегрирования, компаратор с внутренним опорным напряжением и токоограничивающий резистор, при этом выходы генератора, таймера и источника тока, соединенного с источником питания, подключены к входу интегратора, выход интегратора подсоединен к входу компаратора, выход которого подключен к управляющему входу транзисторного ключа, первый силовой вывод которого подсоединен к отрицательной шине источника питания, второй силовой вывод транзисторного ключа подключен к первому выводу токоограничивающего резистора, второй вывод которого подсоединен к аноду защитного диода, катод защитного диода подсоединен к положительной шине источника питания, выводы для подключения обмотки электромагнита подсоединены к аноду и катоду защитного диода.