Устройство для управления кодовым электромагнитом Советский патент 1983 года по МПК G06F3/12 

Изобретение относится ;К автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматизированной обработки информации для вывода результатов обработки на устройства регистрации данных (знакопечатающие устройства и перфораторы) .

Для увеличения быстродействия устройств, использующих принцип управления кодовыми электромагнитами, применяются различные методы формирования режимов коммутации токов в обмотках электромагнитов.:

Известна схема возбуждения: электромагнита с источником высокого и низкого напряжения 1.

Недостатком этого устройства является наличие дополнительного источника напряжения и сложность схемы управления.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для возбуждения электромагнита, содержащее два ключа, выходы которых являются выходами устройства, два элемента управлени-я ключами, причем вход первого элемента управления является входом устройства, и два диода, каждый из которых включен в обратной полярности между выходом соответствующего ключа и противоположным полюсом источника питания 2.

Недостаток данного устройства заключается в том, что форсированным режимом является только режим выключения тока в обмотке электромагнита, а время включения определяется постоянной времени, зависящей от величины токоограничительного сопротивления в цепи электромагнита. Для получения достаточного быстродействия при включении необходимо применять высоковольтный источник с больщим добавочным сопротивлением. Если электромагнит в исходном состоянии находится под током (например, кодовый электромагнит телеграфного аппарата), энергопотребление устройства при заданном быстродействии оказывается большим, причем основная часть энергии рассеивается на добавочном сопротивлении, ухудщая тепловые режимы работы аппаратуры.

Цель изобретения - повыщ рие быстродействия устройства управления -электромагнитом при низких уровнях напряжения питания.:

Поставленная цель достигается --тем, что в устройство для управления кодовым электромагнитом, содержащее два ключа, выходы которых являются выходами устройства, два формирователя импульсов, выход первого из которых соединен с входом управления первого ключа, а вход первого формирователя импульсов является входом устройства, и два разделительных элемеита, первый из которых включен в обратной полярности между выходом первого ключа и одним полюсом источника питания.

втюрой разделительный элемент включен в обратной полярности между выходом второго ключа и другим полюсом источника питания, введены два коммутатора, два накопительных элемента, третий и четвертый разделительные элементы, причем третий разделительный элемент включен в прямом направлении между входом второго ключа и одним полюсом источника питания, четвертый разделительный элемент включен в прямом направлении между входом первого ключа и другим полюсом источника питания, первый накопительный элемент включен между входом первого ключа и выходом первого коммутатора, второй накопительный элемент включен между входом второго ключа и выходом второго коммутатора, первые входы коммутаторов соединены с одним полюсом источника питания, вторые входы коммутаторов соединены с другим полюсом источника питания , входы управления коммутаторов соединены с выходом второго формирователя импульсов, вход которого подключен к выходу первого формирователя импульсов, вход управления второго ключа соединен с выходом первого ключа.

Введение в устройство двух коммутаторов и двух накопительных элементов (конденсаторов) позволяет получить на индуктивной нагрузке напряжение, почти втрое превышающее напряжение источника питания в начальный момент времени после появления управляющего сигнала на входе устройства, что обеспечивает уменьшение времени включения, т. е. увеличение быстродействия. Дополнительные разделительные элементы (диоды), введенные в устройство, предназначены для отключения полюсов источника питания от входов ключей, когда на них поступают повышенные напряжения с конденсаторов в период форсирования включения тока.

На фиг. 1 представлена схема устройства для управления кодовым электромагнитом, на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений и токов.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 формирователи импульсов, первый 1О1ЮЧ 3, разделительный элемент 4, накопительный элемент 5, разделительный элемент 6, второй ключ 7, разделительный элемент 8, первый коммутатор 9, накопительный элемент 10, разделительный элемент 11, второй коммутатор 12, 13, 14 и 15 обозначены соответственно, вход и выходы устройства.

Накопительные элементы выполнены в конденсаторов, а разделительные элементы - в виде диодов. Входные цепи элементов располагаются слева, выходы - справа от условных обозначений элементов устройства. В ключах и коммутаторах имеется два вида входов: входы управления

(у) и входы коммутируемых напряжений ( + ) и (-). Условно считается, что при логическом нуле на входе первого ключа 3 он замкнут, т. е. вход (-) первого ключа 3 соединен с его выходом, а при логической единице на входе управления входная цепь (-) первого ключа 3 отключена от его выхода. Во втором ключе 7 замкнутое состояние цепи (+) с выходом ключа обеспечивается при нулевом уровне сигнала на входе управления, разомкнутое состояние ключа 7 - отключением его входа управления от нулевого потенциала. В коммутаторах 9 и 12 одна из входных цепей ( + ) или (-) соединяется с выходом, причем при логической единице на входе управления первого коммутатора 9 его выход соединяется с входом ( + ), при логическом нуле на входе управления выход первого коммутатора 9 соединяется с входом (-). Во втором коммутаторе 12 аналогичная коммутация его выходной цепи с входами ( + ) и (-) обеспечивается при инверсных по отношению к первому коммутатору 9 значениях логической переменной на его входе управления. Предполагается, что переходные сопротивления коммутаторов 9 и

12в состоянии, когда на их входах управления действуют сигналы с уровнем логического нуля, значительно меньше активного сопротивления нагрузки.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии, когда на входе

13действует сигнал нулевого уровня, первый 3 и второй 7 ключи закрыты, нагрузка отключена от источника питания и тока в ней нет. На входы управления коммутаторов

9 и 12 с выхода формирователя импульсов 2 поступает сигнал логической единицы, под действием которого на выход первого коммутатора 9 поступает напряжение Unm , а на выход второго коммутатора 12 - напряжение нулевого уровня (-Un ). Конденсаторы 5 и 10 заряжены при этом до напряжения питания IJnm

С поступлением на вход 13 сигнала с уровнем логической единицы на выходе первого формирователя импульсов 1 устанавливается уровень логического нуля, при этом открывается первый ключ 3, и выход 15 устройства подключается к заземленному полюсу источника питания. Одновременно с этим- второй ключ 7 открывается под действием нулевого потенциала, поступающего на его вход управления с выхода первого ключа 3, а на выходе второго формирователя импульсов 2 устанавливается сигнал логического нуля, под действием которого первый коммутатор 9 заземляет иижнюю обкладку первого конденсатора 5, а второй коммутатор 12 подключает нижнюю обкладку второго конденсатора 10 к плюсовому полюсу источника питания. Поскольку заряды на конденсаторах скачком измениться не могут, на верхних обкладках первого 5 и второго 10 конденсаторов устанавливаются соответственно напряжения -и и + 2U , закрывающие третий 6 и четвертый 4 диоды и поступающие через открытые ключи 3 и 7 на выходы 15 и 14 устройства. Напряжение на индуктивной нагрузке в начальный момент после появления логической единицы на входе 13 устройства скачком достигает уровня 3 ат и начинает уменьшаться по мере разряда конденсаторов, стремясь к величине Uaur Энергия, накопленная на конденсаторах 5 и 10 во время паузы между импульсами, п редается в индуктивную нагрузку, уменьшая время нарастания в ней тока.

По мере разряда конденсаторов 5 и 10 запирающее напряжение на третьем 6 и четвертом 4 диодах уменьшается, и при достижении на конденсаторах величин напряжения близких к нулю указанные диоды открываются, обеспечивая на нагрузке Z напряжение близкое к величине Опит которое сохраняется в течение действия на входе 13 устройства сигнала логической единицы. Ток в нагрузке при этом устанавливается равным номинальной величине тока через обмотку электромагнита ( ).

При переключении сигнала на входе 13 устройства из «1« и «0« первый 3 и второй 7 ключи закрываются, и под действием ЭДС, возникающей в индуктивности ZH, фи ее отключении во внешней цепи начинает протекать ток, равный 1раб , который замыкается через рекуперативные диоды (первый 8 и второй 1Г диоды) на источник питания, возвращая в него энергию, накопленную Б индуктивности. Первый 8 и второй 11 диоды защищают первый 3 и второй 7 ключи от перенапряжений и в то же время обеспечивают формирование достаточно короткого спада тока, поскольку ток в индуктивности протекает только до момента, пока величина ЭДС самоиндукции превышает величину UOHT . Ток выключения в индуктивности складывается из двух составляющих, одна из которых возникает под действием ЭДС самоиндукции, открывающей рекуперативные диоды 8 и 11, через которые эта составляющая замыкается на источник питания, экспоненциально спадая от Граб до 0. Вторая составляющая тока, возникающая под действием напряжения источника питания, направлена через открытые диоды 8 и 11 в противоположном по отношению к первой составляющей направлении и увеличивается от нулевого значения, стремясь по экспоненте к величине 1р«4.. результирующее действие двух указанных составляющих определяет форму тока в индуктивности при выключении, которая как видно из фиг. 2 (пунктиром на фиг. 2 показано продолжение суммарной экспонены), имеет резко выраженный переход от заднего фронта импульса тока к установившемуся (нулевому) значению. Одновременно с закрыванием ключей 3 и 7 (по сигналу логического нуля на входе 13) на выходе второго формирователя импульсов 2 появляется сигнал логической единицы, под действием которого происходит переключение коммутаторов 9 и 12, при этом первый коммутатор 9 подключает плюсовой полюс источника питания к нижней обкладке первого конденсатора 5, который начинает заряжаться (через цепь ограничения тока в коммутаторе 9) до напряжения источника питания Unm . Второй коммутатор 12 заземляет (также через свою токоограничивающую цепь) нижнюю обкладку второго конденсатора 10, верхняя обкладка которого подключена через открытый третий диод 6 к плюсовому полюсу источника питания, и второй конденсатор 10 также заряжается до напряжения Umrr, подготавливая устройство к форсированию включения тока в следующем цикле.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ КОДОВЫМ ЭЛЕКТРОМАГНИТОМ, содержащее два ключа,выходы которых являются выходами устройства,два формирователя импульсов, выход первого из которых соединен с входом управления первого ключа, а вход первого формирователя импульсов является входом устройства, и два разделительных элемента, первый из которых включен в обратной полярности между выходом первого ключа и одним полюсом источника питания, второй разделительный элемент включен в обратной полярности между выходом второго ключа и другим 05 о: полюсом источника питания, отличающееся тем,что, с целью повышения быстродействия, в него введены два коммутатора, два накопительных элемента, третий и четвертый разделительные элементы, причем третий разделительный элемент включен в прямом направлении между входом второго ключа и одним полюсом источника питания, четвертый разделительный элемент включен в прямом направлении между входом первого ключа и другим полюсом питания, первый накопительный элемент включен между входом первого ключа и выходом первого коммутатора, второй накопительный элемент включен между входом второго ключа и выходом второго коммутатора, первые входы коммутаторов соединены с одним полюсом источника питания, вторые входы коммутаторов соединены с другим полюсом источника питания,входы управления коммутаторов соединены с выходом второго формирователя импульсов, вход которого подключен к выходу первого формирователя импульсов, вход управления второго ключа соединен с выходом первого ключа.

сриг.2.