Устройство для управления электромагнитом Советский патент 1984 года по МПК H01F7/18 

со о

О5

О Изобретемте г)Г1К)еигся к s.aeKTpOTCxtiUKe, а именно к устройствам управления электромагиитпми и может быть нрименено для обеенечення приводов клапанов, контактов и т. п. Известно устройство для управления, позволяющее обеспечить форсированное включение электромагнита и питание в статическом режиме током пониженной величины, не зависящем от напряжения питаНИИ 1. Время фореированной работы определяется номиналами элементов схемы и не зависит от времени срабатывания электромагнита: самопроизвольное отлипание сердечника не переводит устройство в форсированный режим работы; регулирующий элемент рассеивает в статическом режиме относительно большую мощность - это снижает надежность работы устройства. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для управления электромагнитом, содержание полупроводниковый переключатель, включенный между обмоткой и источником питания, генератор импульсов регулируемой скважности, на управляющий вход которого подается напряжение источника питания электромагнита, а выход подключен к входу переключателя 2. В устройстве скважность импульсов напряжения на обмотке изменяется в зависимости от напряжения источника питания таким образом, что среднее значение напряжения на обмотке поддерживается постоянным. Однако величина этого напряжения не зависит от положения сердечника, т. е. кратковременное заклинивание его в процессе втягивания и самопроизвольное отлипание в статическом режиме приведут к нарунлению работы устройства, снижая тем самым надежность устройства. Цель изобретения - повыщение надежности работы устройства без применения специальных датчиков положения сердечника. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления электромагнитом, содержащее выводы для подключения обмотки электромагнита, переключатель, генератор импульсов регулируют скважности выводы для подключения источника питания, причем выводы для подключения обмотки электромагнита и переключатель соединены последовательно, указанная последовательная цепь соединена с выводами для подключения источника питания, один из входов генератора импульсов регулируемой скважности соединен с выводом для подключения источника питания, выход генератора импульсов регулируемой скважности подключен к входу переключателя, введен регистратор изменения индуктивности обмотки электромагнита, включенный в последовательную цепь, состоящую из выводов для подключения обмотки электромагнита и переключателя, причем выход регистратора изменения индуктивности об.мотки электромагнита подключен к другому входу генератора импульсов регулируемой скважности. На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для управления электромагнитом; на фиг. 2 - один из возможных вариантов исполнения электромагнита; на фиг. 3 - принципиальная схема одного из воз.можных вариантов конкретного исполнения. Схема устройства для управления электромагнитом содержит генератор 1 и.мпульсов регулируе.мой скважности, переключатель 2, включенный последовательно с обмоткой 3, регистратор 4 изменения индуктивности об.мотки. Устройство предпочтительно используется для управления электромагнитами с линейно пере.мещающимися сердечниками, индуктивность об.мотки которых сильно зависит от положения сердечника. Пример конкретного исполнения электромагнита приведен на фиг. 2. Электромагнит состоит из обмотки 3, подвижного сердечника 5 и магнитопровода 6. При полностью втянутом сердечнике 5 магнитопровод 6 замыкается и его магнитное сопротивление резко уменьщается, т. е. индуктивность обмотки 3 резко увеличивается в момент полного втягивания сердечника 5 и уменьщается при его отлипании. Таким образом характер импульсов тока через обмотку 3 при питании ее импульсным напряжение.м зависит от положения сердечника 5. Устройство работает следующим образом. В первый мо.мент Е ремени после подачи напряжения питания сердечник 5 не втянут и индуктивность об.мотки 3 мала. Регистратор 4 изменения индуктивности анализирует характер импульсов тока через об.мотку 3 и вырабатывает на своем выходе сигнал, поступивщий на вход генератора 1 и приводящий его в режи.м работы с минимальной скважностью. Импульсы с выхода генератора 1 поступают на вход переключателя 2, управляющего напряжением на обмотке 3, к которой прикладывается напряжение максимального среднего значения. Этим самым форсируется процесс втягивания сердечника 5. Форсированный режим работы продолжается до момента полного втягивания сердечника 5, когда увеличение индуктивности обмотки 3 нриводит к исчезновению сигнала на выходе регистратора изменения индуктивности обмотки 4, и, соответственно, на входе генератора 1. Генератор 1 переходит в режим слежения за напряжение.м источника питания и скважность и.мпульсов на выходе генератора 1 увеличивается таким образом, что среднее значение напряжения на обмотке 3 соответствует статическому режиму работы электромагнита. Самопроизвольн.ое отлипание сердечника 5 приводит к уменьшению индуктивности обмотки 3. На выходе регистратора изменения индуктивности обмотки 4 появляется сигнал, который переводит схему в форсированный режим работы. Работа в форсированном режиме продолжается до восстановления втянутого положения сердечника 5, когда индуктивность обмотки 3 вновь увеличивается, после чего устанавливается статический режим удержания сердечника 5.

На фиг. 3 представлена принципиальная схема одного из возможных вариантов конкретного исполнения предлагаемого устройства.

Регистратор 4 выполнен на трансформаторе 7, первичная обмотка которого включена последовательно с обмоткой электромагнита 3, а вторичная соединена с выпрямителем 8 с подключенным к нему конденсатором 9 фильтра. Генератор 1 импульсов регулируемой скважности состоит из генератора импульсов постоянной частоты, выполненном по известной схеме на однопереходном транзисторе 10, сопротивлениях 11 - 13 и конденсаторе 14. Этот генератор задает частоту следования импульсов на выходе генератора 1. Выход генератора (с сопротивления 13) подключен к входу S SR-триггера 15. К входу R .триггера 15 подключен выход управляемого генератора импульсов, выполненного на транзисторе 16, сопротивлениях 17-19, конденсаторе 20. Этот генератор определяет длительность импульсов на выходе генератора 1. Выход Q-триггера 15 соединен с входом повторителя 21 на транзисторе, сопротивлениях 22-24. Выход повторителя является выходом генератора 1 и соединен с входом переключателя 2. Выход Q-триггера соединен с входом ключа, выполненным на транзисторе 25 и сопротивлении 26. Ключ подключен параллельно конденсатору 20 и предназначен для блокировки его заряда. В состав схемы входят также стабилизатор 27 на стабилитроне, сопротивление 28 и ключ 29 на транзисторе, сопротивление 30. Вход этого ключа является вторым входом генератора I и служит для перевода генератора 1 в режим работы с минимальной скважностью. На этот вход поступает сигнал от регистратора 4. Питание генератора 1 осуществляется от источника питания f лектромагнита через стабилизатор, выполненный на стабилитроне 31, сопротивлении 32 с конденсатором фильтра 33, диод 34 защищает от пробоя переключатель 2.

Рассмотрим работу схемы без учета влияния регистратора 4 (выход регистратора 4 отключен от второго входа генератора 1). Пусть в первый момент после подачи напряжения питания электромагнита триггер 15 находится в состоянии «О. Сигнал на выходе Q, а значит и на выходе генератора 1 отсутствует, переключатель 2 закрыт, ток через обмотку 3 не протекает. Сигнал с выхода Q, а значит и на выходе генератора 5 отсутствует, переключатель 2 закрыт, ток через обмотку 3 не протекает. Сигнал с выхода Q-триггера 15 открывает ключ на транзисторе 25, блокируя работу -генератора на транзисторе 16. Генератор 10 на транзисторе работает и первый же импульс с его выхода переводит триггер 15 в состояние «1. На выходе Q появляется сигнал, который через повторитель 21 на транзисторе поступает на вход переключателя 2 и переводит его в открытое состояние. Через обмотку 3

5 протекает ток. Одновременно закрывается ключ на транзисторе 25, управляемый триггеро.м 15, и начинается заряд конденсатора 20 от источника питания электромагнита через сопротивления 17 и 28. Через некоторое вре.мя, определяемое величиной на пряжения источника питания, конденсатор 20 заряжается до определенного напряжения и на выходе генератора 16 на транзисторе появляется импульс, который переводит триггер 15 в состояние «О. Пере5 ключатель 2 переходит в закрытое состояние и отключает обмотку 3 от источника питания, а ключ 25 на транзисторе открывается и блокирует работу генератора 16 на транзисторе. Следующий импульс с генератора 10 на транзисторе устанавливает триггер 15

0 в состояние «1, что приводит к переходу переключателя 2 в открытое состояние к началу заряда конденсатора 20. Таким образом начинает формироваться второй импульс тока через обмотку 3. Далее процесс работы продолжается аналогичным образом.

5 Частота импульсов на выходе генератора 1 постоянна (задается генератором 10 на транзисторе), а их длительность определяется временем заряда конденсатора 20, которое в свою очередь зависит от напряжения ис точника питания электромагнита. Поэтому при увеличении напряжения источника питания скважность импульсов увеличивается, а при уменьшении напряжения уменьщается. В результате действующее значение напряжения на обмотке 3 поддерживается посто5 янным при изменении питающего напряжения в широких пределах. Но при этом схема (аналогично прототипу) не обеспечивает форсированного втягивания сердечника 5 и слежения за его положением в статическом режиме удержания.

Регистратор 4, выполненный по схеме, предназначен для регистрации изменения индуктивности обмотки 3 путем слежения за скоростью нарастания и спада тока через обмотку 3. Увеличение индуктивности об5 мотки за счет втягивания -сердечника 5 приводит к уменьшению скорости изменения тока через обмотку 3 и первичную обмотку трансформатора 7. Это вызывает уменьщение напряжения на вторичной обмотке трансформатора 7 и на выходе регистратора 4. И наоборот, отлинание сердечника приводит к увеличению скорости изменения тока и увеличению напряжения на выходе регистратора 4. Коэффициент трансформации трансформатора 7 выбран таким, что напряжение на выходе регистратора 4 достаточно для открывания ключа 29 на транзисторе при ПС in я нутом сердечнике и недостаточно при по.шостью втянутом сердечнике.

При соединении выхода регистратора 4 с вторым входом генератора 1 схема работает следующим образом.

Как /1x0 отмечалось. iioc;ie нодачи нитаюнкмч) ианрижения чере: обмотку электромагнита , и через 11е)вичнук) обмотку транс()орматора 7 ;1ачинас1 лрогекать гок. Так как в нервый момент нскле включения питания сердечник о не втянут, то си1-нал с выхода регистратора 4 открывает ключ 29 на транзисторе. При этом начинает работат1 стабилизатор 27 на стабилитроне, умен1 Н1ая величину напряжения, которым заряжается конденсатор 20 до ве.чичин,, при которой длительность имиульсов на вы.ходе генератора 1 незначительно меныпе периода их следования (режим малой скважности). К обмотке 3 прикладывается напряжение максимального среднего значения. Происходит процесс форсированного втягивания

сердечника 5. Форсированный режим продолжается до момента, полного втягивания сердечника 5, носле чего увеличение ее индуктивности обмотки 3 приводит к уменьшению скорости изменения тока, уменьшению напряжения на выходе регистратора 4, закрыванию транзистора 29. Стабилизатор 27 на стабилизаторе не работает в конденсатор 20 заряжается от напряжения источника питания. Схема переходит в режим слежения за напряжением источника питания, продолжая следить за положением сердечника 5. Аналогичным образом самопроизвольное отлипание сердечника 5 вызывает увеличение сигнала на выходе регистратора 4, что автоматически приводит к форсированному восстановлению втянутого состояния сердечника 5.

Предла1ае 1ая схема выгодно отличается от известной тп, что за счет с.ежения за положением се1)дечн11кг1 г помонц.ю регистратора индуктивности обмотки повып1ается надежность управления электромагн.итом. При чтом не требуется включать в конструкцию электромагнита С 1ециальные датчики положения сердечника.

Одновременно появляется возможность обеспечить облегченный режи.м работы электромагнита в статическом режиме, выбрав величину напряжения удержания .меньше величины напряжения срабатывания, что расширяет сферу применения схемы.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТОМ, содержащее выводы для подключения обмотки электромагнита, переключатель, генератор импульсов регулируемой скважности, выводы для подключения источника питания, причем выводы для подключения обмотки электромагнита и переключатель соединены последо вательно, указанная последовател1 ная Honi; соединена с вывода.ми для подк.чючспия источника питания, один вход генератора импульсов рег лируемой скважности соединен с выводом для подключения источника питания, выход генератора и,мпу.1ьсов регулируемой скважности подключен к в.()д переключателя, отличающееся том, что, с 11,е.1ью повышения надежности работы, в него введен регистратор изменения индуктивности обмотки электромагнита, включенный в последовательную пень, состоящую из выводов для подключения обмотки у.чектромагпита и переключате.ля, причем выход регистратора изменения индуктивности обмотки э.чектромагпита подключен к другому входу генератора имиульсов с регулируемой скважностью. iO