Устройство для управления электромагнитом Советский патент 1987 года по МПК H01F7/18 

1 1

Изобретение относится к электро- аппаратостроеннк и может быть использовано для форсированного включения электромагнитных устройств постоянного тока при их питании от сети переменного тока, в частности н приводе тормозных систем двигателей со встроенным электромеханическим тормозом.

Целью изобретения является расши- рение эксплуатационных возможностей устройства путем уменьшения времени подготовки к следующему включе-. ниго.

На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - принципиальная схема одного из возможных вариантов конкретного исполнения при двухполупериодном выпрямлении питающего напряжения; на фиг.З- схема управляемого блока питания при однополупериодном выпрямлении.

29

Устройство для управления электромагнитом содержит управляемый блок 1 питания,-питающийся от сети 2. Обмотка 3 электромагнита, зашунтированная первым диодом 4, подключена одним вьгоодом 5 к отрицательному полюсу 6 блока 1 питания, а другим выводом 7 подключена к аноду 8 стабилитрона 9. Катод IО последнего через первый резистор 1I соединен с положительным полюсом 12 блока I питания, управляемый положительный полюс 13 которого подключен к вьшоду 7 обмотки 3. Параллельно стабилитрону 9 подключены входные зажимы 14 и 15 управляемого генератора 16 импульсов, управляющий вход 17 которого подключен к катоду 10 стабилитрона 9 через фазосдвигаю- щую цепь 18, содержащую последовательно соединенные конденсатор 19, второй резистор 20 и вторсй диод 21. Выход 22 генератора 16 импульсов подключен к входу 23 блока 1 питания. Управляемое пороговое устройство 24 содержит блок 25 сравнения и управляемый ключ 26. Входы 27 и 28 блока 25 подключены параллельно конденсатору 19, а входы 29 и 30 блока 25 соединены с выходами 31 и 32 блока 33 формирования опорного напряжения. Вы

ход 34 блока 25 подключен к управляю-,j подключен параллельно конденсатору

19; а коллекторно-базовый переход

щему входу 35 управляемого ключа 26, который включен параллельно конденсатору 19. Вход 36 блока 33 подключен к положительному полюсу 12.управляечерез Четверть й диод 65 подключен параллельно четвертому резистору 66 причем с коллектором 67 транзистора

15

30

25 Qп54582

мого блока 1 питания, а вчод 37 подключен к аноду 8 стабилитрона 9.

Один из возможных вариантой конкретного выполнения устройства пред- 5 cтaнлe на фиг . 2 .

Управляемый блок 1 питания содержит вьтрямительный мост 38 и два ти -- ристора 39 и 40. Положительный 41 и отрицательный 42 полюсы выпрямитель- 0 ного моста 38 образуют соответственно положительный 12 и отрицательный 6 полюсы блока 1 питания, а катод 43 тиристора 39 и катод 44 тиристора 40, соединенные между собой, образуют . управляемый положительный полюс 13 блока 1. Управляющие электроды 45 и 46 тиристоров 39 и 40 соединены между собой через параметрические резисторы 47 и 48 и образуют вход 20 23 блока 1 питания.

Управляемьй генератор 16 импульсов выполнен на однопереходном транзисторе 49, первая база 50 которого является его выходом 22 и присоединена к входу 23 блока 1 питания, вторая база 51 подключена через резистор 52 к входному зажиму 14, который соединен с анодом 53 диода 54, катод которого через резистор 55 подключен к змиттеру 56 транзистора 49. Входной зажим 15 генератора 16 подключен к эмиттеру 56 через пороговый конденсатор 57, а управляющий вход 17 также соединен с эмиттером 35 56 транзистора 49. При этом пороговый конденсатор 57 вьшолнен со знаг чительно меньшей емкостью, чем конденсатор 19.

Блок 33 формирования опорного напряжения содержит последовательно соединенные третий диод 58, третий резистор 59 и второй конденсатор 60, заиунтированный вторым стабилитроном 61. Вход 36 блока 33 Соединен с анодом 62 третьего диода 58, а вход 37-соединен с вторым конденсатором 60 и анодом 63 второго стабилитрона 61. Выходы ЗГи 32 блог ка 33 подключены параллельно второму конденсатору 60.

Управляемое, пороговое устройство 24 содержит транзистор 64, эмит- терно-коллекторный переход которого

через Четверть й диод 65 подключен параллельно четвертому резистору 66, причем с коллектором 67 транзистора

I3

64 соединен катод 68 четвертого диода 65. Четвертый резистор 66 подключен параллельно второму конденсатору 60,

При выполнении управляемого блока 1 питания при однополупериодном вьтрямлении питающего напряжения (фиг.З) блок 1 содержит диод 69 и тиристор 70.

Устройство работает следующим о.бразом.

При подключении устройства к питающей сети 2 управляемый генератор 16 импульсов формирует на своем выходе 22 управляющий импульс, причем за счет того, что конденсатор 1 разряжен, этот.импульс сдвинут по фазе в сторону запаздьшания относительно начала положительного полупериода питающего напряжения на минимальную величину. Этот импульс подается на вход 23 управляемого блока 1 питания, за счет чего на его управляемом положительном полюсе 13 появляется потенциал также с минимальным сдвигом по фазе относительно начала положительного полупернод питающего напряжения. Следовательно к обмотке 3 электромагнита прикла- дьшается максимальное выпрямленное напряжение и по ней протекает максимальный пусковой ток. При переход полуволны питающего напряжения через нуль потенциал на полюсе 13 бло

время разомкнут,

I

40

ка питания исчезает. На следующем по- 35 вого элемента 26, и он остается все лупериоде, зарядный ток конденсатора 19 уменьшается, так как он заряжен до определенного напряжения, за счет чего фаза управляющего импульса, формируемого генератором 16 импульсов, сдвигается по сравнению с фазой вого импульса в сторону запаздывания . Тогда появление потенциала на управляемом положительном полюсе 13 блока I питания также смещается в сторону запаздьшания и средняя величина прикладьшаемого к обмотке 3 электромагнита напряжения уменьшается, соответственно уменьшается ток, протекающий по ней.

I

По мере заряда конденсатора 19 фазосдвигающей цепи 18 каждый последующий импульс, формируемый генератором 16, сдвигается rio фазе относительно предьщущего в сторону запаздывания, за счет чего фаза, при которой появляется потенциал на уп- равляемом положительном полюсе 13,

После отключения устройства от источника пита1П1Я за время, равное по величине длительности двух-трех полупериодов питающего напряжения, блок 33 формирует на своих выходах 31 и 32 напряжение, меньшее по величине напряжения конденсатора 19. На

45 выходе 34 блока 25 сравнения при этом появляется сигнал, который подается на управляющий вход 35 ключа 26, и он замьпсается, обеспечивая быстрый разряд конденсатора 19. Это

50 и обуславливает малое время возврата устройства в исходное состояние, т.е. повьшает его быстродействие.

Устройство, схема которого приведена на фиг.2, работает следую 5 щим образом.

В исходном состоянии конденсатор 19 фазосдвигающей цепи 18 разряжен, поэтому после включения устройства пороговый конденсатор 57 на

5

0

5

смещается в сторону enje больших углов. Таким образом, средняя величи- га тока за полупериод, протекающая по обмотке 3 электромагнита уменьшается до величины тока удержания. Этим самым форсируется процесс сра- батьшания электромагнита, причем длительность режима форсировки определяется постоянной времени заряда конденсатора 19.

Пока к устройству подключен источник питания, конденсатор 19 держит неизменным то напряжение, до которого он зарядился, так как диод 21 запирает цепь его разряда, а управляемый ключ 26 разомкнут. Последнее обусловлено тем, что напряжение, формируемое блоком 33 формирования опорного напряжения на своих выходах 31 и 32, в режиме форсировки также постепенно увеличивается, оставаясь при этом все время на определенную величину больше напряжения на конденсаторе 19. За счет этого сигнал на выходе 34 блока 25 сравнения отсутствует, так как блок 25 выполнен так, что этот сигнал появляется только в в том случае, когда напряжение, подаваемое на его входы 29 и 30 с выходов 31 и 32 блока 33,меньше напряжения, подаваемого на входы 27 и 28 с конденсатора 19. Вследствие этого отсутствует сигнал на управляющем входе 35 управляемого ключевремя разомкнут,

I

вого элемента 26, и он остается все

После отключения устройства от источника пита1П1Я за время, равное по величине длительности двух-трех полупериодов питающего напряжения, блок 33 формирует на своих выходах 31 и 32 напряжение, меньшее по величине напряжения конденсатора 19. На

выходе 34 блока 25 сравнения при этом появляется сигнал, который подается на управляющий вход 35 ключа 26, и он замьпсается, обеспечивая быстрый разряд конденсатора 19. Это

и обуславливает малое время возврата устройства в исходное состояние, т.е. повьшает его быстродействие.

Устройство, схема которого приведена на фиг.2, работает следующим образом.

В исходном состоянии конденсатор 19 фазосдвигающей цепи 18 разряжен, поэтому после включения устройства пороговый конденсатор 57 начинает заряжаться по двум параллельным цепям: по первой цепи через диод 54 и резистор 55, по второй цепи через диод 21, резистор 20 и конденсатор 19. Одновременно начинает заряжаться конденсатор 60 блока 33 формирования опорного напряжения, при этом постоянная времени заряда конденсатора 60 обеспечена, меньшей, чем постоянная времени заряда конденсатора 19. Следовательно, напряжение, до которого за определенное время заряжается конденсатор 60, больше напряжения, до которого за то же .время зарядится конденсатор :19. При достижении на конденсаторе. 57 напряжения, равного напряжению срабатывания однопереходного транзистора 49, конденсатор 57 разрялса- ется через эмиттерную цепь однопереходного транзистора 49, параметрические резисторы 47 и 48 и управляющие электроды 45 и 46 тиристоров 39 и 40, Последние при этом открываются и по обмотке 3 электромагнита протекает ток от управляемого положительного полюса 13 к отрицательному полюсу 6 блока 1 питания, В от-- крытом состоянии тристоры 39 и 40 шунтируют цепь из первого резистора 1 и стабилитрона 9, за счет чего заряда порогового конденсатора 57 в это время не происходит. При этом конденсатор 60 начинает разряжаться через резистор 66, причем постоянная-времени цепи его разряда выбрана такой, что за то время пока тиристоры 39 и 40 находятся в открытом состоянии, напряжение на конденсаторе 60 остается больше конденсатора 19, который держит неиз- менньм то напряжение, до которого о зарядился за время от начала включения устройства до открытия тиристоров 39 и 40, так как цепь - о разряда заперта вторым диодом 21, а транзистор 64 закрыт. Это сбусловле но тем,что напряжение, пргжладываег- мое к эмиттерно-коллекторному переходу транзистора 64 от конденсатора 19, меньше напряжения, пршспадьшае- мого к коллекторно-базовому переходу от конденсатора 60,

Тиристоры 39 и 40 открыты до перхода полуволны тока через нуль. Б начале второго полупериода тиристоры 39 и 40 закрыты. Пороговый кондесатор 57 начинает заряжаться только

10

295458 -6

по первой цепи через диод 54 и резистор 55 до тех пор, пока мгновенное значение напряжения не превысит напря жения на конденсаторе 19. После это го конденсатор 57 начинает заряжаться и по второй паралельной цепи. Следова- тельно, время, за которое он набирает напряжение,, равное напряжению срабатывания транзистора 49, увеличивается , за счет чего фаза включения тиристоров 39 и 40 смещается в сторону больших углов. С каждым полупериодом напряжение на конденсаторе 19 повьпиается и фаза включения тиристоров 39 и 40 смеп;ается в сторону еш,е бoльuJиx углов. Тем самым средняя величина тока, протекающего по обмотке 3 электромагнита, снижается от величины пускового тока до величины тока удержания, т.е. обеспечивается форсированное включение электромагнита. этом на каждом цикле, включения (т.е. на каждой полуволне питающего напряжения) как в режиме фор15

20

25

сировки, так и в установившемся режи

ме работы транзистор 64 остается закрытьм, так как с каждым циклом, напряжение на конденсаторе 60 уве- личивае- ся, оставаясь все время боль- гае напряжения на конденсаторе 19, причем продолйштельность разряда конденсатора 60 после открывания тиристоров 39 и 40 в калсдом последующем цикле уменьшается за счет увеличения

углов зажигания тиристоров 39 и 40. I

Продолжительность разряда конденсатора 60 максимальна на самом первом цикле и составляет не более одной половины периода питающего напря- ; жения.После отключения устройства, от сети продолжительность разряда конденсатора 60 не ограничивает- ся и за время, равное по величине

времени двух-трех полупериодов питающего напряжения, он разряжается до такой величины, при которой напряжение, прикладываемое от него к конденсаторно-базовому переходу транзистора 64, меньше напряжения, прикладываемого к эмиттерно-коллекторному переходу от конденсатора 19. Транзистор 64 открывается и поскольку сопротивление включенного транзистора незначительно, происходит быстрый разряд конденсатора 19, что и обуславливает малое время возврата устройства в исходное состояние .

7

Наличие второго стабилитрона 61, подключенного параллельно конденсатору 60, обеспечивает время возврата устройства в исходное состояние независимым от фазы, которую имеет питающее напряжения в момент отключения, за счет стабилизации напряжения на конденсаторе 60.

Предлагаемое устройство управления электромагнитом обладает повышенным быстродействием за счет уменшения времени подготовки к следующему включению. Одновременно увеличивается допустимая частота включения в единицу времени, что расширяет область применения устройства.

Формула изобретения

1. Устройство для управления электромагнитом, содержащее управляемый блок питания, управляемый генератор импульсов, фазосдвигающую цепь, стабилитрон, диод, резистор, узел разряда конденсатора и выводы для подключения обмотки электромагнита, причем отрицательный полюс управляемого блока питания соединен с анодом диода и с одним из выводов для подключения обмотки электромагнита, другой вьгаод для подключения которой соединен с катодом указанного диода и с анодом стабилитрона, катод которого через резистор соединен с положительным полюсом управляемого блока питания, управляемый положительный полюс которого соединен с анодом стабилитрона, параллельно стабилитрону подключены входные выводы управляемого генератора импульсов, управляющий вход которого подключен к катоду стабилитрона через фазосдвигающую цепь, включающую в себя последовательно соединенные конденсатор, второй резистор и второй диод, выход управляемого генератора импульсов подключен к входу управляемого блока питания, а параллельно конденсатору подключен узел разряда конденсатора, отличающееся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей путем уменьшения времени подготовки к следующему вклю15

95 А 588

чепию, узел разряда конденсатора выполнен в виде управляемого порогоио- го устройства, содержащего блок сравнения и упрапляемьп ключ, и блока 5 формирования опорного напряжения, причем один из входов блока сравнения подключен к конденсатору, другой его вход соединен с выходом блока формирования опорного напряжения, первый вход которого подключен к положительному полюсу управляемого блока питания, а второй вход подключен к аноду стабилитрона, выход блока сравнения подключен к управляющему входу управляемого ключа, подключенного параллельно конденсатору.

2.Устройство по п., о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок фор- мирован11я опорного напряжения выполнен в п1ще цепи из последовательно соедине1сных третьего диода, третьего резистора и второго конденсатора, причем к положительному полюсу управляемого блока питания указанный первый вход блока формирования опорного напряжения подключен анодом третьего диода, а вьшод указанного второго входа блока формирования опорного напряжения, соединенного с анодом стабилитрона, подключен к одному из вьгоодов указанного второго конденсатора, второй вьгоод которого подключен к другому входу блока сравнения.

3.Устройство ПОП.2, отли20

25

30

35

40

45

50

ч. а ю щ е е с я тем, что,в него введен второй стабилитрон, который подключен параллельно второму конденсатору, причем его катод соединен через третий резистор с катодом третьего диода.

4. Устройство по п.2, о т л и - чающееся тем, что управляемое пороговое устройство выполнено в виде транзистора, четвертого диода и четвертого резистора, причем эмиттерно-коллекторный переход транзистора подключен параллельно конденсатору, а коллекторно-базовьй переход через четвертый диод подключен параллельно четвертому резистору, которьпЧ подсоединен параллельно второму конденсатору, причем с коллектором транзистора соединен катод чет-i вертого диода.

фиг.2

Изобретение относится к электро- аппаратостроению. Цель изобретения состоит в расширении области применения устройства путем уменьшения времени подготовки к следующему включению. Для этого в устройстве, осу ществляющем фазоимпульсное управ- .ление питанием электромагнита и содержащем управляемьм блок 1 питания, управляемый генератор 16 импульсов. фазосмещающее устройство 18 в виде последовательно соединенных конденса тора 19, первого резистора 20 и первого диода, стабилитрон 10, второй диод 4, второй резистор 11, выводы для подключения обмотки 3 электромагнита и узел разряда конденсатора, указанный узел выполнен в виде управляемого порогового устройства 24, содержащего блок 25 сравнения и управляемый ключ 26, и блока формирования опорного напряжения (БФOHj 33. Происходит сравнение напряжения на выходе БФОН-33 и напряжения на конденсаторе 19 фазосдвигающего устройства. После отключения устройства от сети напряжение на выходе БФОН-33 падает, когда оно становится меньше напряжения на конденсаторе 19, последний закорачивается. За счет этого время разряда конденсатора, а следовательно, и время возврата устройства в исходное состояние незначительно. 3 з.п.ф-лы, 3 ил. с С/)

69

0

1

иг.З