Устройство для управления электромагнитом Советский патент 1990 года по МПК H01F7/18 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для управления электромагнитами и электромагнитными устройствами с линейно перемещающимися рабочими органами, и может быть использовано для управления однотактными электромагнитными вибраторами, прессами, молотами и др., работающими преимущественно в автоматическом режиме и применяемыми в машиностроении, строительстве и горном деле.

Цель изобретения - повышение надежности и расширение эксплуатационных возможностей устройства.

На фиг, 1 изображен электромагнит, общий вид; на фиг. 2 - электрическая схема предлагаемого устройства: на фиг, 3 - диаграммы режимов работы устройства для управления электромагнитом.

Устройство содержит индуктивную катушку 1, окруженную магнитопроводом 2 с якорем 3 и возвратной пружиной 4, основной 5 и вспомогательный 6 тиристоры, конденсатор 7, датчик 8 тока, диод 9, дроссель 10, аналоговый ключ 11, дифференцирующий усилитель 12, формирователь 13 импульсов управления, первый 14, второй 15 и

О

VJ

ь. VI

ю

третий 16 элементы И, одновибратор 17, триггер 18, первый 19 и второй 20 элементы ИЛИ, интегратор 21, элементы 22 сравнения, формирователь 23 импульсов запуска, вывод 24 положительного полюса дополнительного источника питания, вывод 25 положительного полюса основного источника питания, общий вывод 26 отрицательных полюсов источников питания, первый 27 и второй 28 обратные диоды, отсекающий диод 29, резистор 30, вывод 31 для подключения источника опорного напряжения. инвертор 32, дифференцирующую цепь 33 и вход 34 устройства, на который поступает сигнал запуска устройства.

На фиг. 3 представлены диаграммы 35- 44 режимов работы устройства.

Устройство работает следующим образом.

Когда подается питание и сигнал запуска устройства в виде импульса единичного уровня на первый вход элемента ИЛИ 19, на второй вход которого в з го время приходит сигнал нулевого уровня с выхода дифференцирующей цепи 33. тогда сигнал запуска проходит через элемент ИЛИ 19 и поступает на первый вход триггера 18, при этом передний фронт сигнала запуска переводит триггер 18 в такое состояние, что на его первом выходе появляется импульс 35 единичного уровня (фиг. 3), а на втором выходе - импульс 44 нулевого уровня (фиг. 3). Одновременно сигнал запуска поступает через инвертор 32 на вторые входы элементов И 14 и 15 (на выходе которых формируются импульсы нулевого уровня) и на второй вход второго элемента ИЛИ 20. на первый вход которого поступает импульс нулевого уровня с выхода второго элемента И 15, в результате чего сигнал запуска проходит через второй элемент ИЛИ 20 и через формирователь 23 импульсов запуска поступает на управляющий электрод вспомогательного тиристора 6, открывая его. При этом происходит заряд конденсатора 7.

Так как величина напряжения дополнительного источника питания выбирается большей, чем основного источника питания, отсекающий диод 29 будет заперт приложенной разностью напряжений и основной источник питания на процесс заряда конденсатора 7 влиять не будет. Конденсатор 7 заряжается по цепи: вывод 24 положительного полюса дополнительного источника питания, резистор 30, конденсатор 7 (на фиг. 2 полярность указана без скобок), вспомогательный тиристор 6. датчик 8 тока, общий вывод 26 отрицательных полюсов источников питания.

При этом сигнал с датчика 8 тока не проходит на дифференцирующий усилитель 12 вследствие того, что аналоговый ключ 11 разомкнут сигналом нулевого уровня, поступающим на его управг,яющий вход с выхода первого элемента И 14.

После заряда конденсатора 7 сигнал запуска в виде импульса единичного уровня заменяется импульсом нулевого уровня, ко0 торый проходит через инвертор 32 на первые входы элементов И 14 и 15, после чего на их выходах устанавливаются сигналы, соответствующие сигналам на выходах триггера 18. На выходе элемента И 14

5 формируется импульс единичного уровня, а на выходе элемента И 15- импульс нулевого уровня. Импульс единичного уровня с выхода элемента И 14 поступает на вход формирователя 23 импульсов запуска, с выхода

0 которого сигнал 43 поступает на управляющий электрод основного тиристора 5, открывая его. При этом конденсатор 7 перезаряжается по цепи: основной тиристор 5, дроссель 10, диод 9 (на фиг. 2 поляр5 ность указана в скобках). Одновременно вспомогательный тиристор 6 закрывается. Импульс единичного уровня с выхода элемента И 14 также поступает на управляющий вход аналогового ключа 11, замыкая

0 его, и поступает на первый вход интегратора 21, на входе которого напряжение начинает возрастать по линейному закону (диаграмма 40а на фиг. 3), Это напряжение поступает на первый вход элемента 22 срав5 нения, на второй вход которого поступает опорное напряжение (диаграмма 405 на фиг. 3). В момент сравнения этих напряжений на выходе элемента 22 сравнения появляется сигнал нулевого уровня (диаграмма

0 41 на фиг. 3), поступающий на дифференцирующую цепь 33, сигнал с которой (диаграмма 43 на фиг. 3) поступает на второй вход элемента ИЛИ 19 (на первом входе которого поддерживается сигнал нулевого уровня) и

5 на первый вход триггера 18, не изменяя его входных состояний.

При открывании тиристора 5 через индуктивную катушку 1 начинает протекать ток, изменяющийся по определенному зако0 ну (диаграмма 36 на фиг. 3). В момент трога- ния якоря 3 ток в катушке 1 (диаграмма 36 на фиг, 3) уменьшается до определенного значения, достигая к моменту окончания перемещения якоря на величину рабочего хо5 да минимального значения. Падение напряжения на датчике 8 тока, пропорциональное току в катушке 1 (диаграмма 36 на фиг. 3), поступает через замкнутый аналоговый ключ 11 на дифференцирующий усилитель 12, с выхода которого получают сигнал.

равный по величине первой производной от величины тока в катушке 1 (диаграмма 37 на фиг. 3). Этот сигнал поступает на формирователь 13 импульсов управления, который выделяет, усиливает и формирует импульсы (диаграмма 38 на фиг. 3), равные по длительности сигналам отрицательной полярности (диаграмма 37 на фиг. 3) с выхода дифференцирующего усилителя 12. Передний фронт первого импульса - импульса управления (диаграмма 38 на фиг. 3) с выхода формирователя 13 импульсов управления соответст вует первому максимуму тока (диаграмма 36 на фиг. 3), а его задний фронт (диаграмма 38 на фиг. 3) соответствует минимуму тока (ди- аграмма 36 на фиг. 3). Первый импульс с выхода формирователя 13 импульсов управления поступает на первый вход элемента И 16, на втором входе которого присутствует сигнал единичного уровня (диаграмма 36 на фиг. 3) с первого выхода триггера 18. Первый импульс с выхода формирователя 13 импульсов управления проходит через элемент И 16 на одновибратор 17, который формирует по заднему фронту этого импульса короткий им- пульс (диаграмма 39 на фиг. 3) нулевого уровня, который и поступает на второй вход триггера 18 и изменяет его выходные состояния на противоположные, снимая с его первого входа сигнал единичного уровня,и формирует сигнал нулевого уровня (диаграмма 35 на фиг. 3), который поступает на второй вход элемента И 16, не допуская прохождения через него сигналов с выхода формирователя 13 импульсов управления - короткий второй импульс (диаграмма 38 на фиг. 3), возникающий при отключении катушки 1 от основного источника питания. Одновременно сигнал нулевого уровня (диаграмма 35 на фиг. 3)с первого выхода триг- гера 18 через первый вход элемента И 14 поступает на управляющий вход аналогового ключа 11, размыкая его, и на первый вход интегратора 21, не влияя на его работу. Возникающий на втором входе триггера 18 им- пульс единичного уровня (диаграмма 44 на фиг. 3) через элемент И 15 поступает на второй вход интегратора 21, на выходе которого напряжение начинает линейно уменьшаться (диаграмма 40а на фиг. 3) и 5 одновременно на первый вход элемента ИЛИ 20, на втором входе которого присутствует сигнал нулевого уровня. С выхода элемента ИЛИ 20 сигнал единичного уровня через формирователь 23 импульсов запуска 5 поступает на управляющий электрод вспомогательного тиристора 6, открывая его.

При открывании тиристора 6 на аноде тиристора 5 появляется короткий импульс отрицательного напряжения, в результате

0

чего тиристор 5 запирается и ток в катушке 1 замыкается по цепи; отсекающий 29 диод конденсатор 7, осуществляя его перезаряд (на фиг. 2 полярность указана без скобок) вспомогательный тиристор 6, датчик 8 тока второй обратный диод 28. Одновременно происходит рекуперация запасенной энергии в индуктивной катушке 1 в дополнительный источник питания по цепи: катушка 1, отсекающий диод 29, первый обратный диод 27, вывод 24 положительного полюса дополнительного источника питания, общий вывод 26 отрицательных полюсов источников питания, второй обратный диод 28, катушка 1. После спадания тока в катушке 1 до нуля конденсатор 7 дозаряжается (на фиг. 2, полярность указана в скобках) от дополнительного источника питания, в результате чего величина его заряда всегда превосходит напряжение основного источника питания и не зависит от него. На элементе 22 сравнения при сравнении поступающего на его входы линейно уменьшающегося (а) и опорного (б) напряжения (диаграмма 40 на фиг. 3) происходит формирование сигнала единичного уровня (диаграмма 41 на фиг. 3), который поступает на дифференцирующую цепь 33, с выхода которой импульс положительной полярности (диаграмма 42 на фиг. 3) поступает на второй вход элемента ИЛИ 19, на первом входе которого поддерживается импульс нулевого уровня, а с его выхода - на первый вход триггера 18, возвращая его в исходное состояние. Далее весь процесс работы устройства повторяется.

Таким образом, введение в устройство дополнительного источника питания, двух обратных диодов, отсекающего диода, резистора, аналогового ключа, формирователя импульсов управления, третьего элемента И и одновибратора позволяет повысить надежность работы устройства, так как заряд коммутирующего конденсатора осуществляется от дополнительного источника питания, что позволяет регулировать напряжение основного источника питания в широких пределах от нуля до максимального значения, .то расширяет возможности устройства по регулировке усилия развиваемого электромагнитом и скорости движения якоря, при этом энергия, запасаемая в индуктивной катушке электромагнита во время обратного хода якоря, рекуперируется в дополнительный источник питания, что вместе с реализацией управления электромагнитом по минимуму тока и индуктивной катушке возникающего в момент окончания рабочего хода якоря, позволяет улучшить использование энергии, поступающей от /1сточников питания в моменты коммутации

и при срабатывании электромагнита и повышает диапазон рабочих частот электромагнита.

Формула изобретения

Устройство для управления электромагнитом с линейно перемещающимся якорем, содержащее выводы для подключения обмотки электромагнита, основной и вспомогательный тиристоры, катоды которых объединены и через датчик тока подключены к выводу для подключения отрицательного полюса основного источника питания, а аноды соединены через конденсатор, причем параллельно вспомогательному тиристору подключена цепочка из последовательно соединенного диода в обратном включении и дросселя, а первый вывод для подключения обмотки электромагнита соединен с выводом для подключения положительного полюса основного источника питания, триггер, в котором один из входов соединен с выходом первого элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, входом инвертора, и подключен к входу устройства, на который поступает сигнал запуска, а второй вход первого элемента ИЛИ соединен черед дифференцирующую цепь с выходом элемента сравнения, имеющего вывод для подключения источника опорного напряжения, а вход элемента сравнения соединен с выходом интегратора, первый и второй входы которого соеди- нены с выходами первого и второго элементов И, причем выход первого элемента И соединен через формирователь импульсов запуска с управляющим электродом основного тиристора, а выход второго элемента И соединен с первым входом второго элемента ИЛИ. выход которого через формирователь импульсов запуска соединен с управляющим электродом вспомогательного тиристора, э выход инвертора соединен с вторыми входами первого и второго элементов И, первые входы которых соответственно соединены с первым и вторым выходами триггера, и дифференцирующий усилитель, отличающееся тем. что, с целью повышения надежности и расширения эксплуатационных возможностей, в него введены выводы для подключения

дополнительного источника питания, первый и второй обратные диоды, отсекающий диод, резистор, аналоговый ключ, формирователь импульсов управления, третий элемент И и одновибратор, причем первый

обратный диод, параллельно которому включен резистор, подключен катодом к выводу для подключения положительного полюса дополнительного источника питания, вывод для подключения отрицательного полюса которого объединен с выводом для подключения отрицательного полюса основного источника питания, образуя общий вывод отрицательных полюсов источников питания, анод подключен к точке ооединения одного вывода конденсатора с анодом основного тиристора и катодом отсекающего диода, анод которого соединен с вторым выводом для подключения обмотки электромагнита, первый вывод которой соединен с

катодом второго обратного диода, анод которого соединен с общим выводом отрицательных полюсов источников питания, а точка соединения датчика тока с катодами основного и вспомогательного тиристоров

через аналоговый ключ подключен к входу дифференцирующего усилителя, выход которого через формирователь импульсов управления соединен с первым входом третьего элемента И, второй вход которого

соединен с первым выходом триггера, выход третьего элемента И через одновибратор соединен с вторым входом триггера, а выход первого элемента И соединен с управляющим входом аналогового ключа.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для управления электромагнитами и электромагнитными машинами с линейно перемещающимися рабочими органами. Изобретение может быть использовано для управления однотактными электромагнитными вибраторами, прессами, молотами и др., работающими преимущественно в автоматическом режиме и применяемыми в машиностроении, строительстве, горном деле. Целью изобретения является повышение надежности и расширение функциональных возможностей устройства. Изобретение позволяет повысить надежность и позволяет расширить функциональные возможности устройства путем введения дополнительного источника питания, двух обратных диодов, отсекающего диода, резистора, аналогового ключа, формирователя импульсов управления, элемента И и одновибратора. Это позволяет осуществить регулировку усилия и скорости движения якоря электромагнита изменением величины напряжения основного источника питания, при этом за счет отключения обмотки при достижении минимума тока, возникающего в момент окончания рабочего хода якоря, снижается энергопотребление и расширяется диапазон рабочих частот электромагнита. 3 ил.

Фиг.1

liti

(Риг.з