Устройство для управления электромагнитным механизмом Советский патент 1988 года по МПК H01F7/18 H01H47/32 

i Ч1

fsh

рГ ЖУ и

ОО М NS ОО

(Pi/if

Изобретение относится к аистемам автоматического управления и регулирования, в частности к устройствам импульсного управления электромах-нит ными механизмами с форсированным включением.

Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей, повышение КПД и надежности работы устройства.

На фиг. 1 приведена электрическая схема устройства для управления 3MMj на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений и токов на основных элементах схемы.

Предлагаемое устройство состоит из обмотки электромагнитного механиз ма (ЭММ) 1 , включенной в диаг ональ моста, два противоположных плеча ко- Topoi o образованы диодами 2 и 3, а два других - ключевыми транзисторами 4 и 5. В коллекторной цепи транзистора 4 включен отсекающий диод 6, который подключен анодом к коллектору транзистора 4, а катодом - к точке подключения коллектора первог о дополнительного транзистора 7 к диагонали мостовой схемы, образованной диодом 2 и транзистором 4, сюда же подключен один вывод обмотки ЭММ 1, второй вывод которой подключен к точке соединения диода 3 с транзистором 5. Эмиттер первог о дополнительного транзистора 7 подключен к плюсовому по:тюсу 8 источника повышенного постоянного напряжения, а эмиттер транзистора 4 подключен к плюсовому полюсу 9 основного источника постоянного напряжения, а к общему минусовому полюсу 10 источника питания одним концом подключен резистор 11 контроля тока, второй конец которого подключен к диагонали мостовой схемы, образованной диодом 2 и транзистором 5. Диоды 2 и 3 включены в обратном направлении проводимости по oTHomeHtDo к основному источнику постоянного напряжения, а транзисторы 4 и 5 - в прямом. К точке соединения резистора 11 контроля тока с мостовой схемой через ограничительный резистор 12 подключен инвертирующий вход операционного усилителя (ОУ) 13, ВЫПОЛН5ТЮЩИЙ функцию рех ене- ративного компаратора, выход которого через резистивный делитель 1А соединен с неинвертирующим входои ОУ 13 на которьи поступает напряжение с источника 15 опорног о напряжения, через резистивный делитель 16 и ограничительный резистор 17. Выход ОУ 13 g связан с вторым входом элемента И 18, первый вход которог о связан с источником 19 внешнего управления и базой транзистора 20 управления, коллектор которог о через вспомогательный резис0 тор 21 связан с диагональю моста,образованной диодом 3 и транзистором 4 и подключенной к плюсовому полюсу 9 основного источника постоянного напряжения, и связан с базой транзистоf. pa 4, а эмиттер .транзистора 20 связан с базой транзистора 5 и через вспомогательный резистор 22 - с общим минусовым полюсом 10 источников питания. Сюда же подключен и эмиттер

0 второг о допоЛнительно1 о транзистора 23, база которого соединена с выходом элемента И 18, а коллектор через . вспомогательный резистор 24 связан с базой первого дополнительного 7 тран5 зистора, а через вспомогательный резистор 25 - с плюсовым полюсом 8 источника повышенного постоянного напряжения .

Устройство работает следующим об0 разом.

Когда от источника 19 внешнею управления на первый вход элемента И 18 и базу транзистора 20 управления приходит сигнал логического О (сигнал 26 на фиг. 2), тогда транзистор

20управления заперт, соответственно заперты транзисторы 4 и 5 мостовой схемы потенциалами основного источника постоянного напряжения, постуQ пающими на их базы через резисторы

21и 22 с полюсов 9 и 10. На выходе элемента И 18 присутствует сигнал логическою О, поступающий на базу второго дополнительною транзистора

5 23, в результате чего он закрыт, и соответственно, закрыт первый дополнительный транзистор 7 потенциалом, поступающим на его базу через резисторы 24 и 25 с полюса 8. Через обмотку ЭММ 1 ток не течет.

При поступлении от источника 19 внешнего управления сигнала логической 1 (сигнал 26 на фиг. 2) транзистор 20 управления открывается, через него начинает протекать ток, создающий падение напряжения на резисторах 21 и 22, которое прикладывается к базам транзисторов 4 и 5, открывая их. Сигнал логической 1

5

0

5

также поступает на первый вход элемента И 18, на второй вход которого поступает сигнал с выхода ОУ 13.

Так как в первоначальный момент времени после включения устройства напряжение на неинвертирующем входе ОУ 13 за счет действия источника 15 опорного напряжения будет выше, чем величина сигнала, снимаемого с ре- зистора 11 контроля тока, поэтому на выходе ОУ 13 присутствует сиг нал логической 1 (сигнал 27-А на фиг. 2). В результате при совпадении на двух входах элемента И 18 сит налов логической 1 на ei o выходе также будет сигнал логической 1, который, поступая на базу второго дополнительного 23 транзистора открывает его, в результате чего от крывается и перпьп дополнительный транзистор 7. Все транзисторы 4, 5, 7, 20 и 23 открываются одновременно с приходом от источника 19 в1 ешнего управления сигнала логической l и при наличии на выходе ОУ 13 сигнала логической 1.

Через обмотку ЭМ 1 ня чинаст протекать Tofc. Однако из-за того, что потенциал плюсового полюса 8 источника повышенного постоянного напряжения вьЕше, чем потенциал плюсового полюса 9 основного источника постоянного напряжения, стекающий диод 6 будет заперт и ток через о п-срытый 4 транзистор протекать не будет, а протекает по цепи: плюсовой полюс 8 первый допол П1тельный 7 транзистор

обмотка ЭММ 1, транзистор 5, резис- L

тор 1 1 контроля тока, обиспй минусовой полюс 10 источников гп1тания. Таким образом формируется передний фронт импульса тока в обмотке ЭММ 1 (сигнал 28 па фиг. 2) под действи- ем источника повышенного постоянног о напряжения. Падение напряжения, пропорциональное току в обмотке ЭММ 1, снимается с резистора 11 контроля тока и через ограничительный резистор 12 поступает на инвертирующий вход ОУ 13 (сигнал 27-Б на фиг. 2). Величина верхнего и нижнего уровней переключения (сигнал 27-А. па фиг. 2), ОУ 13 определяется напряжением, подаваемым на его неинвертирующий вход с резистивных делителей 14 и 16, причем резистивным делителем 16 устанавливается величина верхнего уровня

5

о

5

0

0

переключения, а резистивным делителем 14 - нижнего.

При достижении сигналом, поступающим с выхода резистора 11 контроля тока на инвертирующий вход ОУ 13 (сигнал 27-Б на фиг. 2), величины верхнего уровня переключения (сигнал 27-А на фиг-. 2), установленного на неинвертирующем входе ОУ 13, происходит переключение ОУ 13, и на его выходе устанавливается сигнал логического О. При этом, за счет положительной обратной связи выхода ОУ с его неинвертирующим входом через резистивный делитель 14, на нем устанавливается величина нижнего уровня переключения ОУ 13 регенеративного компаратора. Сигнал логического О через второй вход элемента Н 18 поступает на ег о выход, а с него - на базу второго дополнительного транзистора 23, закрывая его. При этом закрывается и первьй дополнительный 7 транзистор, вследствие чего ток в обмотке ЗШ 1 уменьшается (сигнал 28 на фиг. 2) до величины, задаваемой уровнем напряжения основного источника постоянного напряжения, и замьп :ается по цепи: плюсовой полюс 9, транзистор 4, отсекающий диод 6, обмотка ЭММ 1, транзистор 5, резистор 11 контроля тока, общий минусовой полюс 10 источников питания. Причем сигнал, пропорциоЕшльный этому, току и поступающий на инвертирующий вход ОУ 13 (сигнал 27-Б на фиг. 2). всегда больше, чем величина нижнего уровня переключения задаваемого ре- зистивным делителем 14 положительной обратной связи ОУ 13 (сигнал 27-А на фиг. 2), за счет чег о на выходе ОУ поддерживается сигнал логического О, который запрещает включение дополнительных транзисторов 7 и 23.

При очередном поступлении от ис- точ}П11 ;а 19 внешнего управления сигнала логического О (сигнал 26 на фиг. 2) транзистор 20 управления запирается, что вызывает запирание транзисторов 4 и 5 мостовой схемы. При этом ток в обмотке ЭММ 1 мгновенно не падает до О (сиг-нал 28 на фиг. 2), а поддерживается за счет ЭДС самоиндукции, замыкаясь по цепи: один конец обмотки ЭММ 1, диод 3 мостовой схемы, плюсовой полюс 9 основного источника постоянного напряжения, общий минусовой полюс 10,

резистор 11 контроля тока, диод 2 мостовой схемы, второй конец обмотки ЭММ 1 .

При этом сигнал отрицательной полярности (сигнал 27-Б на фиг. 2), снимаемьш с резистора 11 контроля тока, поступает через ограничительный резистор 12 на инвертирующий вход ОУ 13 регенеративного компаратора. Так как этот сигнал по величине меньше, чем величина нижнего уровня переключения, установленного на неинвертирующем входе ОУ 13, то на выходе ОУ 13 устанавливается сигнал логической 1, одновременно с этим на неинвертирующем входе ОУ 13 устанавливается напряжение, соответствующее верхнему уровню переключения.

В дальнейшем работа устройства происходит аналогично.

Таким образом, по сравнению с известным устройством, введение источника повышенного постоянного напряжения, источника опорного напряжения, двух дополнительных транзисторов pajHoi o типа проводимости с двумя резисторами, отсекающего диода и элемента И, позволяет следить за изменением тока в нагрузочной обмотке и отключить источник повышенного постоянного напряжения при достижени заданного значения, при этом величин напряжения основного источника постоянного напряжения выбирается из условия получения тока удержания в уста- новившемся режи1-1е работы ЭММ и гораздо меньше, чем в известном устройстве, что вместе с отсутствием потер на коммутацию транзисторов с высокой частотой повышает КПД устройства. За счет получения форсировочного импульса напряжения заданной амплитуды и длительности, независимо от времени заряда времязадающего конденсатора, улучшаются динамические характеристики электромаг-нитного механизма, по- вышае г быстродействие и надежность работы устройства. А возможность раздельной регулировки верхнего и нижнего пределов срабатывания регенеративного компаратора позволяет формировать амплитуду переднего фронта токового импульса в широких пределах относительно тока удержания и независимо от него, что позволяет . расширить Аункциональные возможности ус 1 ройства и область его применения.

10

5

0

5

л , 5

0

0

Ф о р мула изобретения

Устройство для управления электромагнитным механизмом, содержащее выводы для управления обмотки электромагнитного механизма, выводы для подключения источника постоянного напряжения, два силовых транзистора разного типа проводимости, два силовых диода, транзистор управления, регенеративный компаратор, выполненный на операционном усилителе, токо- измерительный резистор, два токоог- раничивающих резистора, два резистив- ных делителя и два вспомог ательных резистора, причем силовые транзисторы и силовые диоды включены по мостовой схеме, два противоположных плеча моста образованы диодами, включенными в обратном направлении по отношению к источнику ПОСТОЯН1ШГО напряжения, два других - транзисторами, включенными в прямом направлении по отношению к источнику постоянно1ч напряжения, и соединенными коллекторами с выводами для подключения обмотки электромагнитного механизма, вторая диагональ моста соединена с выводами для подключения источника постоянного напряжения, неинвертирующий вход операционного усилителя через первьш токоограничивающий резистор соединен с первым резистивным делителем и через второй резистивный делитель подключен к выходу операционного усилителя, инвертирующий вход операционного усилителя через второй токоограничивающий резистор соединен с то- коизмерительным резистором, базы силовых транзисторов соединены соответственно с коллектором и эмиттером транзистора управления и через первый и второй вспомогательные резисторы - соответственно с первым и вторым выводами для подключения источника постоянного напряжения, о , т - личающееся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей, повышения КПД и надежности устройства, в него введены выводы для подключения источника повышенного постоянного напряжения, выводы для подключения источника опорно - го напряжения, два транзистора разного типа проводимости, третий и четвертьт вспомогательные резисторы, о 1 секающий диод и элемент И, причем первый вход элемента И соединен с базой транзистора управления, второй

вход элемента И соединен с выходом операционного усилителя, выход элемента И соединен с базой первого транзистора, включенного между вторым выводом для подключения источника постоянного напряжения и точкой соединения первых вьшодов третьего и четвертого вспомогательных резисторов, второй вывод третьего вспомогательного резистора соединен с первым выводом для подключения источника повышенного постоянного напряжения, второй вывод четвертого вспомогательного резистора подключен к базе вто- рого транзистора, включенного между первым выводом для подключения ис

точника повышенного постоянного напряжения и диагональю моста, в плече которой находится транзистор того же типа проводимости, последовательно с которым включен отсекающий диод, токоизмерительный резистор включен между вторым выводом для подключения источника постоянного напряжения и второй диагональю моста, первый ре- зистивный делитель соединен с выводами для подключения источника опорного напряжения, вторые выводы источника постоянного напряжения, источника повышенного напр;гаения и источника опорного напряжения объединены между собой.

Изобретение относится к системам автоматическог о управления и регулирования, в частности к устройствам импульсног о управления электромагнитными механизмами с форсированным включением. Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей, повышение КПД и надежности работы устройства. Это достиг ается введением в устройство управления ника 8 повышенного постоянног-о напряжения, двух дополнительных транзисторов 7 и 23 pasHoi o типа проводимости с двумя резисторами 24 и 25, отсекающего диода 6. Элементы обратной связи контроля тока в обмотке 1 ЭММ снабжены источником 15 опорног о напряжения и элементом И 18. Это позволяет получать импульс форсировки заданной амплитуды и длительности в соответствии от тока в.обмотке ЭММ и независимо от тока удержания, что устраняет потери на коммутацию транзисторов с высокой частотой и повышает надежность работы устройства. При этом возможность рег улировкн верхнего и нижнего уровней переключения рег енеративного компаратора на операционном усилителе 13 в широких пределах расширяет эксплуатационные возможности устройства. 2 ил. с (Л с

2в

cpc/e.Z