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

ю

4

О Од СО

Фие. 1

Изобретение относится к устройствам управления захватами, вибраторами, прессами, молотами и другими электромагнитными механизмами, рабо- тающими преимугаественно в автоматическом режиме, и может быть использовано в машиностроении, строительстве и горном деле.

Целью изобретения является повы- шение быстродействия и КПД устройства за счет подключения обмотки электромагнита в момент завершения обратного хода его якоря.

На фиг, I изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема функционального преобразователя; на фиг, 3 - временные диаграммы работы устройства (напряжения на выходах соответствующих элементов и ток во вторичной обмотке измерителного трансформатора),

Устройство содержит (фиг, I).подключенные к обмотке 1 электромагнита осиовной 2 и вспомогательный 3 тиристоры, измерительный А и вспомогательный 5 резисторы, конденсатор 6, диод 7, источник 8 задающего напряжения, функциональный преобразователь 9, выполненный (фиг, 2) на операционном усилителе 10 с дифференцируюшим звеном П на входе, элемент 12 сравнения, триггер 13, элемент ИЛИ 14, вторую 15 и первую 16 дифференцирующие цепи, кнопку 17 запуска, подклю- ченную к источнику 18 питания, измерительный трансформатор 19, дополнительный элемент 20 сравнения и счетчик 21 импульсов. При этом положителный полюс источника 18 питания сое- динен с катодом диода 7, с первым вьгоодом кнопки 17 запуска, с первым выводом обмотки 1 электромагнита и с первым выводом вспомогательного резистора 5, второй вьшод которого че- рез конденсатор 6 соединен с вторым выводом обмотки электромагнита. Отрицательный полюс источника 18 питания соединен с обшей шиной, катодом вспомогательного тиристора 3 и пер- вым выводом измерительного резистора 4 , второй вывод которого через функциональный преобразователь 9 подключен к второму входу элемента 12 сравнения и через основной тиристор 2 к второму вьшоду обмотки I электромагнита. Первый вход элемента 12 сравнения соединен с первым выходом источника 8 задающего напряжения, а

5

Q

5 0

выход - с входом первой дифференциру- кяцен цепи 16, ВтороЛ вьшод кнопХи 17 запуска через вторую дифференцирующую цепь 15 подключен к первому входу элемента ИЛИ 14, ВЬЕХОДОМ соединенного с вторым входом триггера 13, первый вход которого подключен к выходу первой дифференцирующей цепи 16, а прямой и инверсный выходы - к управляющему электроду основного тиристора 2 и управляющему электроду вспомогательного тиристора 3 соответственно. Первичная обмотка измерительного трансформатора I9 включена между вторым выводом обмотки I электромагнита и анодом диода 7, Вторичная обмотка измерительного трансформатора 19 включена между обшей щиной и первым входом допблнительного элемента 20 сравнения, второй вход которого соединен с вторым выходом источника 8 задающего напряжения. Выход дополнительного элемента 20 подключен к входу счетчика 21 импульсов, установочный вход которого соединен с инверсным выходом триггера 13, а выход - с вторым входом элемента ИЛИ 14,

Счетчик 21 импульсов, например, состоит из двух последовательно соединенных триггеров. На выходе счетчика 21 импульсов появляется положи- тельный потенциал при поступлении второго положительного импульса (переднего фронта) на его вход. Сброс счетчика 21 импульсов осуществляется подачей нулевого потенциала на его установочный вход.

Вместо основного тиристора 2 можно использовать другой ключевой элемент, например транзистор, при этом из устройства исключается вспомогательный тиристор 3, вспомогательный резистор 5 и конденсатор 6,

Устройство работает следующим образом.

После включения питания на инверс- ном выходе триггера 13 устанавливаетея единичный потенциал (цепи установки в начальное состояние на схеме не показаны) , При этом на выходе счетчика 21 импульсов имеется нулевой потенциал, а вспомогательный тиристор 3 от- крьшается и конденсатор 6 заряжается с полярностью, указанной на фиг, 1,. При кратковременном замыкании кнопки 17 запуска на выходе второй дифференцирующей цепи 15 появляется поло3U2 063

импульс, который через элеви э н н в

мент ИЛИ 14 поступает на второй вход триггера 13 и устанавливает на его прямом выходе единичньй потенциал, открьшающий основной тиристор 2, в результате чего обмотка 1 электромв - нита подключается в источнику 18 питания. После этого вспомогательный

тиристор 3 закрьшается, так как к его ю во всем диапазоне нагрузок на якоре электродам через открытый основной тиристор 2 прикладьгеается напряжение конденсатора 6, который начинает перезаряжаться. По обмотке 1 электромагнита протекает ток, создающий на измерительном резисторе 4 падение напряжения и (фиг. 3), поступаюшее на вход функционального преобразователя 9:

15

и

R,R

(1 t

г, .

е ),

20

электромагнита его движение во время прямого хода начиналось при возможно одинаковом напряжении на выходе функционального преобразователя 9, которое при этом соответствует вели чине хода якоря во время его движения. ,

На выходе элемента 12 гравнения будет единичный потенциал, уменьша- ютийся до нуля после того, как напря жение и, на выходе функционального преобразователя 9 превысит напряжение Ujj,j на первом выходе источника 8 задающего напряжения. При движе

L

R,+R«

е и- напряжение источника 18

питания;

RO 4 активное сопротивление обмотки 1 и измерительного резистора соот- . етственно;

L - индуктивность обмотки 1 электромагнита;

постоянная времени обмотки 1 электромагнита с учетом последовательно соединенного с ней активного сопротивления измерительного резистора А;

t - время с момента подключения обмотки 1 к источнику 18 питания. Напряжение на выходе функциональго преобразователя 9, поступающее первый вход элемента 12 сравнения, ределяется формулой

и Т,- Тц

и.

(е

R,R« -е . ).

- коэффициент усиления

операционного усилителя 10;

С„ - постоянная времени дифференцирующего звена П;

С„ - активное сопротивление

и емкость дифференцирующего звена IIt

При движении якоря электромагнита в соответствии с величиной его хода изменяется иущуктивность L обмотки 1 электромагнита, а следовательно, и напряжение L на выходе функцисна11Ь- ного преобразователя 9. Постоянная времени „ дифференцирукнпего звена 1I выбирается таким образом, чтобы

во всем диапазоне нагрузок на якоре

5

0

электромагнита его движение во время прямого хода начиналось при возможно одинаковом напряжении на выходе функционального преобразователя 9, которое при этом соответствует вели чине хода якоря во время его движения. ,

На выходе элемента 12 гравнения будет единичный потенциал, уменьша- ютийся до нуля после того, как напряжение и, на выходе функционального преобразователя 9 превысит напряжение Ujj,j на первом выходе источника 8 задающего напряжения. При движе5 ник якоря электромагнита в соответствии с изменением его хода уменьшается напряжение U на выходе функционального преобразователя 9 и в момент, когда оно уменьшится до величи0 чь1 напряжения (f на первом выходе источника 8 задающего напряжения, на выходе элемента 12 вновь появляется единичный потенциал, вызывающий на выходе первой дифференцирующей цепи 16 положительный импульс, который устанавливает на инверсном выходе триггера 3 единичный потенциал, В результате этого открывается вспомогательный тиристор 3, через который напряжение конденсатора 6 прикладьшает- ся к основному тиристору 2, зак1)Ы- вая его. Якорь электромагнита завершает прямой ход и ток в его обмотке 1 начинает протекать через диод 7 и первичную обмотку измерительного трансформатора 19, во вторичной обмотке которого наводится напряжение и,,,, пропорциональное скорости изменения тока в обмотке 1 электромагнита. Поэтому напряжение U,, на вторичной обмотке измерительного трансформатора 19 будет превышать напряжение U, на втором выходе источника 8 задающего напряжения только после закрывания основного тиристора 2, когда в первичной обмотке измерительного трансформатора 19 происходит увеличение тока до уровня тока в обмотке 1 электромагнита, и

5

0

5

0

5

5

во время оСратного хода якоря электромагнита, когда уменьшается индуктивность его обмотки ), следона- тельно, в ней увелкчивается ток. Когда напряжение U, на вторичной омотке измерительного трансформатора 19 превьипает напряжение Ugj, на втором выходе источника 8 задающего напряжения, иа выходе дополнитепь- ного элемента 20 сравнения будет положительный потенциал. Следовательно, за время от закрывания основного тиристора 2 до завершения оратного ходя якоря электромагнита н вход счетчика 21 импульсов поступаю первый и втсфой положительные импульсы. При появлении второго импульса по его переднему фронту на выходе счетчика 21 импульсов уста- навливается единичный потенциал, поступающий через второй вход эле- мента ИЛИ К на второй вход триггера 1 3 и переводящий триггер 13 в состоянне, при котором на его прямо выходе будет единичный потенциал. После этого на выходе счетчика 21 импульсов появляется нулевой потенциал, а основной тиристор 2 открывается и цикл работы повторяется. Напряжение Ug/ на втором выходе источника задающего напряжения выбирается таким образом, чтобы оно было равно напряжению а вторичной омотке измерительного трансформатора 19 в момент завершения обратного хо да якоря электромагнита.

Таким образом, повторное включение

Q с 0 5

0

Экономическая эффективность предлагаемого устройства обеспечивается повышением КПД устройства за счет использования при повторном включении энергии, запасенной в обмотке 1 электромагнита. Формула изобретения

Устройство для управления электромагнитным механизмом, содержащее выводы для подключения обмотки электромагнита, основной и вспомогательный тиристоры, измерительный и вспомогательный резисторы, конденсатор, диод, источник задающего напряжения, функциональный преобразователь, элемент сравнения, триггер, элемент ИЛИ, первую и вторую дифференцирующие цепи, кнопку запуска и выводы для подключения источника питания, причем вьшод для подключения положительного полюса источника пнтання соединен с катодом диода, с первым выводом кнопки запуска, с первым вьгеодом для подключения обмотки электромагнита и через вспомогательный резистор с анодом вспомогательного тиристора и вторым выводом для подключения обмотки электромагнита, вьшод дгя подключения отрицательного полюса источника питания соединен с обшей шиной, с катодом вспомогательного тиристора и через измерительный резистор - с катодом основного тиристора, первый выход источника задающего напряжения подключен к первому элемента сравнения, выход которого через первую дифференцирующую цепь соединен с первьм входом триг

Изобретение относится к устройствам управления захватами, вибраторами, прессами, молотами и другими электромагнитными механизмами, работающими преимущественно в автоматическом режиме, и может быть исполь- эоввно в машиностроении, строительстве и горном деле. Целью изобретения является повышение быстродействия и КПД. Устройство обеспечивает подключение обмотки 1 электромагнита к источнику 18 питания в момент завершения обратного хода якоря и использует часть энергии, накопленной в обмотке для выполнения следующего цикла. Определение момента завершения обратно го хода якоря обеспечивается использованием в устройстве измерительного трансформатора 19,элемента сравнения 20, на который подается опорное напряжение, и счетчика импульсов 21, 3 ил. i (Л

обмотки 1 электромагнита осуществля- . гера, прямой выход которого подключен

45

ется в момент завершения обратного ходя якоря независимо от нагрузки на нем, а в прототипе повторное вклю-у чение обмотки электромагнита осуществлялось элементом задержки, которую необходимо было выбирать максимально возможной с учетом изменения нагрузки на якоре электромагнита. Кроме того, в предлагаемом устройстве при повторном включении используется энергия, запасенная в обмотке 1 электромагнита, так как повторное включение осушествляется при наличии тока в ней, а в прототипе к моменту повторного включения обмотки электромагнита ток в ней успевает уменьшиться 55 практически до нуля. В результате этого повышается быстродействие и кпд устройства. ;

к управляющему электроду основного тиристора, а инверсный - к управляющему электроду вспомогательного тиристора, второй вывод кнопки запуска через вторую дифференцирующую цепь соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом тригрера, а катод основного тиристора через функшюнальный преобразователь подключен к второму входу элемента сравнения, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и КПД устройства за счет подключения обмотки электромагнита в момент завершения обратного хода его якоря, в него дополнительно введены измерительный трансформатор, дополнительный элемент сравнения и счетчик импульсов, при5

к управляющему электроду основного тиристора, а инверсный - к управляющему электроду вспомогательного тиристора, второй вывод кнопки запуска через вторую дифференцирующую цепь соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом тригрера, а катод основного тиристора через функшюнальный преобразователь подключен к второму входу элемента сравнения, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и КПД устройства за счет подключения обмотки электромагнита в момент завершения обратного хода его якоря, в него дополнительно введены измерительный трансформатор, дополнительный элемент сравнения и счетчик импульсов, привжоЗ

/ т

i/f9(f)