Устройство для управления электромагнитом Советский патент 1991 года по МПК H01F7/18 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления электромагнитными аппаратами (реле, контакторы, бесконтактные электромагниты и т.п.), применяемыми в системах автоматического управления.

Целью изобретения является повышение достоверности и эффективности управления за счет фиксирования срабатывания электромагнита лишь при достаточной величине хода якоря после подачи управляющего сигнала на обмотку электромагнита.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 - диаграммы, поясняющие работу устройства.

Первый вывод 1 для подключения источника питания соединен с первым выводом коммутационного элемента 2, второй вывод которого через первый ключ 3 соединен с

первым выводом для подключения обмотки электромагнита 4. второй вывод для подключения обмотки электромагнита соединен с первым выводом токоизмерительного резистора 5, второй вывод которого соединен с вторым выводом для подключения источника питания. Инерционное звено 6, состоящее, например, из резистора и конденсатора, входом соединено с токоизмери- тельным резистором 5 и первым входом элемента 7 сравнения, второй вход которого соединен с выходом инерционого звена, а выход элемента 7 сравнения через первый выпрямитель 8, выполненный, например, на диоде, соединен с входом установки в нулевое состояние первого триггера 9, прямой выход которого через второй ключ 10 соединен с входом первого формирователя 11 одиночного импульса, выход которого соединен с входом управляемого генератора 12

|Ј

Ј

VJ

О

Os

V4

импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И 13.

Второй выпрямитель 14, выполненный, например,на диоде, выходом через запоминающий элемент 15, например,выполненный на конденсаторе, соединен с вторым выводом для подключения источника питания. Параллельно запоминающему элементу 15 подключен третий ключ 16.При этом на входе второго выпрямителя могут быть включены резистор 17 и согласующий усилитель 18, а на выходе - согласующий усилитель 19. Выход второго выпрямителя соединен с первым входом дифференциального усилителя 20, второй вход которого соединен с токоизмерительным резистором 5, а выход - с входом компаратора 21, выход которого через третий выпрямитель 22, выполненный, например, на диоде,соединен с входом установки в нулевое состояние второго триггера 23, инверсный выход которого соединен с вторым входом первого элемента И 24, выходом соединенного через второй формирователь 25 одиночного импульса с входом установки в нулевое состояние третьего триггера 26, прямой выход которого соединен с вторым входом элемента И 13., а инверсный выход соединен с входом третьего формирователя 27 одиночного импульса. Первый элемент ЗАПРЕТ 28 прямым входом соединен с прямым выходом триггера 23, а выходом - с управляющим входом четвертого ключа 29, вход которого соединен с инверсным выходом триггера 9 и с первым входом элемента И 24, а выход- с входом четвертого формирователя 30 одиночного импульса. Пятый формирователь 31 одиночного импульса входом соединен с выходом ключа 3, а выходом - с входом установки в нулевое состояние четвертого триггера 32, инверсный выход которого соединен с прямым входом третьего элемента ЗАПРЕТ 33, инвертирующий вход которого соединен с выходом ключа 3, а выход - с входом шестого формирователя 34 одиночного импульса, выход которого соединен с третьим входом первого элемента ИЛИ 35, первый вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ 35, первый вход которого соединен с выходом формирователя 27, выход соединен с входом установки в единичное состояние первого, второго и третьего триггеров, с управляющими входами второго и третьего ключей и с инвертирующим входом первого элемента ЗАПРЕТ. Седьмой формирователь 36 одиночного импульса входом соединен с инверсным выходом триггера 23, а выходом - с первым входом второго элемента ИЛИ 37, второй вход которого соединен с вторым

входом элемента ИЛИ 35, третий вход - с третьим входом элемента ИЛИ 35, а выход- с входом установки в единичное состояние триггера 32. Счетчик 38 входом соединен с

выходом формирователя 30, а инверсным выходом соединен с инвертирующим входом второго элемента ЗАПРЕТ 39, прямой вход которого соединен с выходом элемента И 13, а выход - с управляющим

входом ключа 3. Шина 40 установки исходного состояния соединена с вторым входом элемента ИЛИ 35 и с входом установки в нулевое состояние счетчика 38.

Дифференциальный усилитель 20 выполней, например, на операционном усилителе 41 и резисторах 42-45. Компаратор 21 выполнен, например, на операционном усилителе. Режим работы элемента 7 сравнения и компаратора 21 выбран так, что при

подаче питания на их выходах устанавливается отрицательное напряжение (фиг.2е) и (фиг.2л) соответствено, под действием которого соответственно заперты выпрямители 8 и 22, вследствие чего на входы установки

в нулевое состояние триггеров 9 и 23 поступает уровень логического нуля.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы к выводам для

подключения обмотки электромагнита подключают обмотку 4 электромагнита, а на шину 40 установки исходного состояния подают импульс (фиг.2а) для установки схемы устройства в исходное состояние, под

действием которого счетчик 38 устанавливается в нулевое состояние, вследствие чего на его инверстном выходе устанавливается логический ноль, который поступает на инверсный выход элемента ЗАПРЕТ 39 и не влияет

на его срабатывание, через элемент ИЛИ 35 устанавливаются в единичное состояние триггеры 9, 23 и 26. При этом с инверсных выходов триггеров 9 и 23 сигналы логического нуля(фиг.2б,д) соответственно поступают

на элемент И 24, вследствие чего на.его выходе сохраняется логический ноль, а логическая единица с прямого выхода триггера 26 (фиг.2с) поступает на второй вход элемента И 13 и подготавливает его срабатывание.

Кроме того, срабатывает ключ 16 и разряжает конденсатор запоминающего элемента 15, а также, размыкается ключ 10 на время действия импульса (фиг,2а) установки исходного состояния, предотвращая тем самым случайный запуск формирователя 11. Аналогичным образом указанный импульс запрещает срабатывание элемента 28 во время установки исходного состояния для

исключения случайной записи ложного импульса в счетчик 38, через элемент ИЛИ 37 устанавливается в единичное состояние триггер 32, вследствие чего на его инверсном выходе устанавливается логический ноль (фиг.2п).

Для управления электромагнитов замыкают коммутационный элемент 2 и после подачи импульса установки исходного состояния (фиг.2а) по его заднему фронту устанавливается логическая единица на прямом выходе триггера 9, под действием которой через ключ 10 срабатывает формирователь 11 одиночного импульса и формирует на выходе импульс (фиг.2ж). который поступает на вход управляемого генератора 12 импульсов, на выходе которого формируется импульс (фиг.2 у), который поступает на первый вход элемента И 13, который срабатывает, так как на втором входе элемента И 13 присутствует логическая единица с прямого выхода триггера 26 (фиг.2с). Сигнал логической единицы с выхода элемента И 13 через элемент ЗАПРЕТ 39,который пропускает логическую единицу на свой выход, так как на его инвертирующем входе присутствует логический ноль с инверсного выхода счегчи- ка 38, который не влияет на срабатывание элемента ЗАПРЕТ 39, поступает на управляющий вход ключа 3, что приводит к его замыканию. При этом напряжение с входной клеммы 1 через коммутационный элемент 2 и ключ 3 на время действия импульса (фиг.2у) поступает на обмотку 4 электромагнита (фиг.2в), а пройдя через обмотку 4 электромагнита, - на токоизмерительный резистор 5. Ток в обомотке электромагнита нарастает по определенному закону.

Если подвижная система электромагнита срабатывает, то нарастание тока в обмотке электромагнита происходит с характерным провалом (фиг.2г, момент времени между точками 46, 47, сплошная линия), обусловленного движением подвижной системы электромагнита Напряжение с токоизмерительного резистора 5, которое пропорционально току обмотки 4 электромагнита, одновременно подается на оба входа элемента 7 сравнения. При этом напряжение на первый вход подается непосредственно и, таким образом, оно по форме соответствует току срабатывания (фиг.2г, момент времени между точками 46, 47, сплошная линия), а напряжение на второй вход элемента 7 сравнения подается через инерционное звено 6, состоящее из резистора и конденсатора, в результате чего форма напряжения на втором входе является сглажен- ной по отношению к форме тока срабатывания, изменение сигнала на втором входе запаздывает по отношению сигнала на первом входе (фиг.2г, момент времени между точками 46, 47, пунктирная линия). При этом в момент достижения напряжения на втором входе (фиг 2г, пунктирная линия) напряжения на первом входе (фиг.2г, сплошная линия) элемент 7 сравнения переходит в область положительного насыщения (фиг.2е), тем самым формирует0 ся передний фронт импульса на выходе элемента 7 сравнения, а в соответствии с характером изменения тока в обмотке электромагнита, когда напряжение на первом входе элемента 7 сравнения достигнет эна5 чения напряжения на втором входе (фиг.2г), элемент 7 сравнения переходит в область отрицательного насыщения, тем самым формируется задний фронт импульса (фиг.2е) на выходе элемента 7 сравнения,

0 характеризующего собой срабатывание подвижной системы электромагнита. Импульс с выхода элемента 7 сравнения через выпрямитель 8 поступает на вход установки в нулевое состояние триггера 9 и по заднему

5 фронту указанного импульса триггер 9 устанавливается в нулевое состояние, вследствие чего на прямом выходе триггера 9 устанавливается логический ноль, а на инверсном выходе устанавливается логиче0 екая единица (фиг.2б), которая поступает на первый вход элемента И 24 и на вход ключа 29.

Одновременно напряжение с токоизмерительного резистора 5 поступает через со5 гласующий усилитель 18 на вход выпрямителя 14, а пройдя его, - на запоминающий элемент 15, конденсатор которого заряжается до амплитудного значения входного напряжения выпрямителя 14 Это на0 пряжение поступает на первый вход дифференциального усилителя 20, на второй вход которого поступает напряжение с токоизмерительного резистора 5. При этом, если разность напряжений Ui - U2 (фиг.2г),

5 определяющая ход якоря электромагнита, на выходе усилителя 20 не превышает напряжение опорной шины Don (фиг.2з), выбранное по минимально допустимой величине хода якоря, при которой электро0 магнит функционирует нормально, то на выходе компаратора 21 сохраняется отрицательное напряжение, вследствие чего на выходе выпрямителя 22 сохраняется уровень логического нуля, который не изме5 няет состояние триггера 23, с инверсного выхода которого логический ноль поступает на второй вход элемента И 24, который не срабатывает, хотя на первый его вход поступила логическая единица с инверсного выхода триггера 9.

Указанное обстоятельство свидетельствует о том, что полное срабатывание электромагнита не произошло. При этом логическая единица с прямого выхода триггера 23 поступает через элемент ЗАПРЕТ 28 на управляющий вход ключа 29, который срабатывает и пропускает логическую единиц/ с инверсного выхода триггера 9 на вхп/, формирователя 30, который срабатывает и формирует импульс (фиг.2и), который поступает на счетный вход счетчика 38 и записывается в него, фиксируя сбой в работе электромагнита.

Одновременно управляющее напряжение (фиг.2в) с выхода ключа 3 поступает на инвертирующий вход элемента ЗАПРЕТ 33 и запрещает его срабатывание, а по переднему фронту этого напряжения формирователем 31 формируется импульс (фиг.2н), под действием которого триггер 32 устанавливается в нулевое состояние, вследствие чего на инверсном выходе триггера 32 устанавливается логическая единица (фиг.2п), которая поступает на прямой вход элемента ЗАПРЕТ 33. По окончанию действия управляющего напряжения (фиг.2в. в момент времени - точка 47) снимается сигнал запрета с инвертирующего входа элемента ЗАПРЕТ 33, что приводит к его срабатыванию, так как на его прямом входе присутствует логическая единица с инверсного выхода триггера 32, которая, пройдя на выход элемента ЗАПРЕТ 33, запускает формирователь 34, на выходе которого формируется импульс (фиг, 2 к), под действием которого через элемент ИЛИ 37 триггер 32 устанавливается в единичное состояние, вследствие чего на его инверсном выходе устанавливается логический ноль (фиг.2п) и снимается сигнал логической единицы с прямого входа элемента ЗАПРЕТ 33. Пройдя элемент ИЛИ 35, импульс (фиг.2к) поступает на управляющий вход ключа 16, который на время действия указанного импульса замыкается и разряжает конденсатор запоминающего элемента 15.

Кроме того, импульс (фиг.2к) поступает на управляющий вход ключа- 10, который под действием этого импульса размыкается на время действия импульса и установки исходного состояния схемы, а также указанный импульс поступает на инвертирующий ВАОД элемента ЗАПРЕТ 28 и запрещает его срабатывание на время установки схемы в исходное состояние.

Импульс (фиг.2к) также поступает на вход установки в единичное состояние триггера 9 и по заднему фронту указанного им- пульса триггер 9 устанавливается в е-дмничное состояние вследствие чего на

его инверсном выходе устанавливается логический ноль (фиг.26), а на его прямом выходе устанавливается логическая единица. По окончании действия импульса (фиг.2к)

замыкается ключ 10 и логическая единица с прямого выхода триггера 9 поступает на вход формирователя 11, который формирует на выходе импульс (фиг.2ж), по переднему Фронту которого запускается управляемый

0 генератор12иформируетнавыходеимпульс(фиг2у),

который поступает на первый вход элемента И 13 и

снова формирует управляющий сигнал на обмотку 4

электромагнита (фиг2в, момент времени - точка 48).

Если подвижная система электромагни5 та срабатывает и разность напряжений Ua -U4 (фиг.2г), определяющая ход якоря электромагнита, превышает напряжение опорной шины Don (фиг.2з), то на выходе компаратора 21 формируется импульс

0 (фиг.2л) положительной полярности, который через выпрямитель 22 поступает на вход установки в нулевое состояние триггера 23. По переднему фронту импульса (фиг.2л) триггер 23 устанавливается в нуле5 вое состояние, вследствие чего на его прямом выходе устанавливается логический ноль, под действием которого через элемент ЗАПРЕТ 28 размыкается ключ 29 и предотвращается формирование импульса сбоя в

0 работе электромагнита, а на инверсном выходе триггера 23 устанавливается логическая единица (фиг.2д), которая поступает на второй вход элемента И 24 и подготавливает его срабатывание, а на первый вход злемен5 та И 24 поступает сигнал логической единицы с инверсного выхода триггера 9 (фиг.26), который устанавливается в нулевое состояние импульсом с выхода элемента 7 сравнения (фиг.2е, момент времени - точка 49). При

0 наличии единичных сигналов на обоих входах элемент И 24 срабатывает, а по переднему фронту напряжения с выхода элемента И 24 запускается формирователь 25, который формирует импульс (фиг.2р), под действием

5 которого триггер 26 устанавливается в кулевое состояние (фиг.2с), что приводит к закрытию элемента И 13, размыкается ключ 3 и снимается управляющее напряжение с обмотки 4 электромагнита (фиг.2в, момент

0 времени - точка 49), а на инверсном выходе триггера 26 устанавливается логическая единица, под действием которой формируется импульс на выходе формирователя 27 (фиг.2т), который через элемент ИЛИ 35 ус5 танавливает схему в исходное состояние аналогично действию импульса (фиг.2к) за исключением того, что дополнительно устанавливаются от указанного импульса триггеры 23 и 26 в единичное состояние. При этом импульс (фиг.2к) не формируется, так

как под действием логической единицы с инверсного вы: ода триггера 23 формирователем 36 формируется импульс (фиг.2м), который через элемент ИЛИ 37 устанавливает триггер 32 в единичное состояние до снятия управляющего сигнала с инвертирующего входа элемента ЗАПРЕТ 33, вследствие чего к этому моменту времеНи на инверсном выходе триггера 32 устанавливается логический ноль (фимг,2п), а это приводит к тому, что формирователь 34 не запускается. Таким образом, схема устройства возвращается в исходное состояние, Далее процессы повторяются аналогично описанному.

Устройство позволяет фиксировать каждый сбой в работе электромагнита. При этом по заполнению счетчика 38 сбоев в работе электромагнита на его нверсном выходе устанавливается логическая единица, которая поступает на инвертирующий вход элемента ЗАПРЕТ 39, вследствие чего снимается сигнал с управляющего входа ключа 3, который остается в разомкнутом состоянии и управление электромагнитом автоматически прекращается. По окончании управления электромагнита размыкают коммутационный элемент 2.

Технический эффект от использования изобретения выражается в повышении эффективности управления и достоверности полного срабатывания подвижной системы бесконтактного электромагнита. Это выражается в том, что предлагаемое устройство обеспечивает не только подачу управляющего сигнала в автоматическом режиме с контролем факта срабатывания электромагнита, но и обеспечивает управление электромагнитом с фиксированием срабатывания электромагнита лишь при достаточной величине хода якоря и полном срабатывании подвижной системы электромагнита.

Кроме того, изобретение позволяет выявлять неполное срабатывание подвижной системы электромагнита и обеспечивает в автоматическом режиме формирование повторного воздействия управляющего напряжения на обмотку электромагнита при недостаточном ходе якоря электромагнита с одновременной фиксацией каждого сбоя в работе подвижной системы электромагнита и, как следствие, позволяет повысить надежность работы устройства автоматики, где используется управляемый электромагнит, так как предлагаемое устройство позволяет своевременно выявлять электромагниты, у которых подвижная система дает сбоив работе, и предотвратить дальнейшую эксплуатацию электромагнита, параметры подвижной системы которого по срабатыванию без сбоев не соответствуют предъявляемым требованиям эксплуатации.

Формула изобретения Устройство для управления электромагнитом, содержащее выводы для подключения обмотки электромагнита, первый 5 триггер, элемент сравнения, инерционное звено, токоизмерительный резистор, выводы для подключения источника питания и первый ключ, выход которого соединен с первым выводом для подключения обмотки

0 электромагнита, второй вывод для подключения обмотки электромагнита соединен с первым выводом токоизмерительного резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом для подключения источ5 ника питания, вход инерционного звена соединен с первым входом элемента сравнения и с токоизмерительным резистором, а выход инерционного звена соединен вторым входом элемента сравнения, о т л и0 чающееся тем, что, с целью повышения достоверности и эффективности управления, в него введены второй, третий и четвертый ключи, первый, второй и третий выпрямители, запоминающий элемент, диф5 ференциальный усилитель, компаратор, второй, третий и четвертый триггеры, первый, второй и третий элементы ЗАПРЕТ, первый и второй элементы И, счетчик импульсов, первый и второй элементы ИЛИ, с первого по

0 седьмой формирователи одиночного импульса, управляемый генератор импульсов, шина установки исходного состояния и коммутационный элемент, первый вывод которого соединен с первым выводом для

5 подключения источника питания, второй вывод- с входом первого ключа, выход элемента сравнения через первый выпрямитель соединен с входом уставновки в нулевое состояние первого триггера, вход установки в единичное

0 состояние которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, с управляющими входами второго и третьего ключей, с входами установки в единичное состояние второго и третьего триггеров и с инвертирующим вхо5 дом первого элемента ЗАПРЕТ, инверсный выход первого триггера соединен с входом четвертого ключа и с первым входом первого элемента И, а прямой выход через второй ключ соединен с входом первого формиро0 вателя одиночного импульса, выход которого соединен с входом управляемого генератора импульсов, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с прямым

5 выходом третьего триггера, а выход - с прямым входом второго элемента ЗАПРЕТ, инвертирующий вход которого соединен с инверсным выходом счетчика импульсов, а выход - с управляющим входом первого ключа, токоизмерительный резистор соединем с входом второго выпрямителя, выход которого через запоминающий элемент соединен с вторым выводом для подключения источник литания, а также соединен с первым входом дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с токоизме- рительным резистором, а выход - с входом компаратора, выход которого через третий выпрямитель соединен с входом установки в нулевое состояние второго триггера, пря- мой выход которого соединен с прямым входом первого элемента ЗАПРЕТ, а инверсный выход - с вторым входом первого элемента И, выход которого через второй формирователь одиночного импульса сое- динен с входом установки в нулевое состояние третьего триггера, иверсный выход которого через третий формирователь одиночного импульса соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, с шиной установки исходного состояния и с входом установки в нулевое состояние счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом четвер-

того формирователя одиночного импульса, вход которого соединен с выходом четвертого ключа, управляющий вход которого соединен с выходом первого элемента ЗАПРЕТ, выход первого ключа соединен с инвертирующим входом третьего элемента ЗАПРЕТ и через пятый формирователь одиночного импульса - с входом установки в нулевое состояние четвертого триггера, вход установки в единичное состояние которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, а инверсный выход - с прямым входом третьего элемента ЗАПРЕТ, выход которого через шестой формирователь одиночного импульса соединен с третьим входом первого элемента ИЛИ и с третьим входом второго элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом седьмого формирователя одиночного импульса, вход которого соединен с вторым входом первого элемента И, а третий ключ подключен параллельно запоминающему элементу.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления электромагнитными аппаратами (реле, контакторы, бесконтактные электромагниты и т.п.), применяемыми в системах автоматического управления. Целью изобретения является повышение достоверности и эффективности управления. Предлагаемое устройство обеспечивает управление электромагнитом с фиксированием срабатывания электромагнита лишь при достаточной величине хода якоря и полном срабатывании подвижной системы электромагнита. Устройство позволяет выявлять неполное срабатывание подвижной системы электромагнита и обеспечивает в автоматическом режиме формирование повторного воздействия управляющего напряжения на обмотку электромагнита при недостаточном ходе якоря электромагнита с одновременной фиксацией каждого сбоя в работе подвижной системы электролита. 2 ил.

П

23

26