Устройство управления электромагнитом переменного тока Советский патент 1993 года по МПК H01H47/32 H01F7/18 

Изобретение относится к низковольтному аппаратостроению, в частности к электромагнитным приводам коммутационных аппаратов.

Известно устройство с системой управления, работающее по принципу шунтирования добавочного резистора контактами вспомогательных цепей.

В этой системе управления ограничение тока в катушке электромагнита во включенном состоянии обеспечивается резистором,

включенным последовательно б катушкой. Резистор зашунтирован вспомогательными контактами аппарата, которые размыкаются либо после срабатывания аппарата, либо в процессе его включения. Такая система управления позволяет осуществлять форси- ровку электромагнита при включении, а после срабатывания уменьшать ток катушки, что позволяет экономить электроэнергию. Схема управления рассчитана на одно конкретное, номинальное напряжение сети и

VI

00 00 СП

со о

для каждой величины этого напряжения требует изготовления особой катушки, что требует дополнительных затрат на производство. К тому же, наличие резистора обус- лавливает активные потери мощности на нем, причем из-за коммутации больших пусковых токов вспомогательные контакты имеют низкую надежность.

Известно устройство с системой импульсного питания катушки электромагнита. Это устройство управления содержит источник однополярных импульсов напряжения низменной деятельности, выводы для подключения обмотки электромагнита, дроссель, два диода и конденсатор, причем одна из выводов для подключения обмотки электромагнита соединен с одним из выводов источника однополярных импульсов на- пряжения, другой вывод которого подключен к одной из обкладок конденсатора. При появлении на зажимах электромагнитного механизма импульса напряжения, он, благодаря наличию шунтирующей дроссель цепи из конденсатора и диода, в первый момент прикладывается к подключенной обмотке электромагнита, в которой ток сначала быстро нарастает вследствие малой индуктивности обмотки, а затем, по мере заряда конденсатора, спадает, что обуславливает спадающий характер напряжения на обмотке электромагнита до величины минимально допустимой. Одновременно с током заряда конденсатора в дросселе возникает нарастающий ток, который также протекает через обмотку электромагнита.

По окончании импульса напряжения, энергия, накопленная в дросселе и конденсаторе передается через диод в обмотку электромагнита, напряжение которой при этом определяется суммой напряжений на конденсаторе и дросселе, благодаря этому длительность импульса напряжения питания в. обмотке электромагнита увеличивается. Эта система управления позволяет экономить электроэнергию, потребляемую электромагнитом, однако, для каждого номинального напряжения сети требует особую катушку, что требует дополнительных затрат на производство.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство управления электромагнитом переменного тока с электронной системой управления..

Устройство управления электромагнитом содержит катушку и электронную систему управления этим электромагнитом. Система управления содержит двухполупе- риодный тиристорный ключ, причем один

вывод источника сетевого напряжения подключен непосредственно к обмотке электромагнита, а второй вывод источника сетевого напряжения подключен через

двухполупериодный тиристорный ключ последовательно с обмоткой электромагнита и схему управления тиристорным ключом, обеспечивающую требуемый угол включения ключа.

Схема управления тиристорным ключом содержит независимый источник питания, ограничительный резистор, накопительный конденсатор, выключатель, управляющий электромагнитом, входной

ключ, узел задержки, который содержит интегрирующую RC-цепь и эмиттерный повторитель. На входные клеммы подключается управляющий электрод двухполупериодно- го тиристорного ключа. Электромагнит с такой системой управления, обеспечивающей его форсированное включение позволяет экономить электроэнергию, позволяет уменьшить габариты и массу электромагнита, однако известное устройство не дает

возможности применить одно типоисполне- ние катушки на ряд напряжений и для каждого номинального напряжения требует рассчитанное на это напряжение катушки, что требует дополнительных затрат на ее

производство. Поскольку катушка электромагнита с известной системой управления питается разнополярным напряжением, для устранения вибраций электромагнит должен быть снабжен короткозамкнутым витком, что увеличивает потери электроэнергии. Кроме того, электромагнит будет иметь потери в стали на перемагничи- вание или токи Фуко. Эти потери (в коротко- замкнутом витке и стали) вызывают

увеличение тока, протекающего через катушку, а значит, увеличение омических потерь.

Цель изобретения - упрощение устройства, уменьшение энергопотребления, расширение эксплуатационных возможностей. Достигается поставленная цель в предлагаемом устройстве, содержащее катушку и электронную систему управления, содержащую тиристорный ключ, включенный последовательно с катушкой электромагнита, сетевые клеммы и схему управления тиристорным ключом, содержащую независимый источник постоянного напряжения,

узел задержки, входной транзисторный

ключ, входные, выходные клеммы для подключения управляющего электрода тиристорного ключа, времязадающую электрическую цепь за счет того, что в устройство введены второй резистор, задатчик входного напряжения, выполненный в виде

однополупериодного выпрямителя с делителем, ограничительный диод, причем в качестве первого и второго резисторов использованы переменные резисторы, узел задержки выполнен в виде одновибратора с регулируемой длительностью выходных импульсов, вход зздатчика входного напряжения подключен к выводам для подключения источника питания электромагнита, выход задатчика входного напряжения подключен к входу входного ключа, выход которого подключен к входу узла задержки, выход узла задержки подключен к управляющему электроду тиристорного ключа, первый вывод первого резистора подключен к подвижному выводу того же резистора и к первому входу для регулировки длительности выходных импульсов узла задержки, второй вывод первого резистора подключен к первому выводу второго резистора, к подвижному выводу второго резистора и к первому выводу контактной группы, второй вывод которого подключен к второму выводу контактной группы, второй вывод которого подключен к второму выводу второго резистора и к второму входу для регулировки длительности выходных импульсов узла задержки, ограничительный диод включен параллельно выводам для подключения катушки электромагнита, причем анод этого диода подключен к аноду тиристорного ключа.

Именно за счет того, что в устройство введены второй резистор, задатчик входного напряжения, выполненный в виде однополупериодного выпрямителя с делителем, ограничительный диод, причем в качестве первого и второго резисторов использованы переменные резисторы, узел задержки выполнен в виде одновибратора с регулируемой длительностью выходных импульсов, вход задатчика входного напряжения подключен к выводам для подключения источника питания электромагнита, выход задатчика входного напряжения подключен к входу входного ключа, выход которого подключен к входу узла задержки, выход узла задержки подключен к управляющему электроду тиристорного ключа, первый вывод первого резистора подключен к подвижному выводу того же резистора и к первому входу для регулировки деятельности выходных импульсов узла задержки, второй вывод первого резистора подключен к первому выводу второго резистора, к подвижному выводу второго резистора и к первому выводу контактной группы, второй вывод которого подключен к второму выводу второго, резистора и к второму входу для регулировки длительности выходных импульсов узла задержки, ограничительный диод включен параллельно выводам для подключения катушки электромагнита, причем анод этого диода подключен к аноду 5 тиристорного ключа достигается упрощение устройства, расширение эксплуатационных возможностей и уменьшение энергопотребления.

Применение однополупериодного тири0 сторного ключа позволяет обеспечить одно- полярные импульсы напряжения на катушке электромагнита, что сущё тВёй но уменьшает потери в стали, а включение параллельно катушке диода, подключенного встречно ти5 ристорному ключу позволяет в момент между импульсами напряжения использовать запасенную в катушке электромагнитную энергию, что позволяет отказаться от корот- козамкнутого витка, т.к. величина электро0 магнитного усилия поддерживается на требуемом уровне, а уменьшение потерь в стали.и устранения потерь за счет исключения короткозамкнутого витка совместно с импульсным питанием катушки существен5 но снизит расход электроэнергии, что позволит снизить эксплуатационные расходы. Авторам неизвестны устройства подобного назначения, имеющие признаки сход- ные с отличительными признаками

0 заявляемого технического решения.

На фиг.1 изображена схема подключения катушки; на фиг.2 - схема управления тиристорным ключом; на фиг.З - схема задатчика напряжения; на фиг.4 - эпюры на5 пряжений и тока, отражающие работу устройства.

Устройство управления электромагнитом с электронной системой управления содержит катушку 1 с обмоточными данными

0 на минимальное номинальное напряжение из ряда номинальных напряжений электромагнита, которая включена последовательно с однополуперйо дным тиристорным ключом 2; (например, Т1025). Электронная

5 система управления содержит тиристорный ключ 2 (фиг.1), диод 3 (например. КД210Г), включенный параллельно катушке 1, причем встречно тиристорному ключу 2, сетевые клеммы 4, причем одна клемма подключена

0 к катоду диода 3, а другая к катоду тиристорного ключа 2 и схему управления тиристорным ключом 2 (фиг.2).

Схема управления тиристорным клю- 5 чом содержит источник постоянного напряжения 5, входной транзисторный ключ 6, узел задержки 7, выполненный в виде одно- вибратора (например, микросхема К155АГЗ) с регулируемой длительностью выходных импульсов.

Для регулирования длительности выходных импульсов служит времязадающая цепь, содержащая переменные регулирующие резисторы 8, 9, причем часть резисторов зашунтирована вспомогательными контактами 10, например, контакторы (на чертеже не показаны), транзистор входного транзисторного ключа 6 коллектором подключен к входному выводу узла задержки 7, а эмиттером к отрицательному выводу питания узла задержки 7. Отрицательный вывод питания узла задержки 7 соединен с общей шиной питания, которая подключена к отрицательному выводу источника постоянного напряжения 5. Положительный вывод узла задержки 7 подключен к положительному выводу источника питания 5. Выход уз ла задержки 7 подключён к выходным клеммам 11 для подключения управляющего электрода тиристорного ключа 2. На входные клеммы 12, одна из которых подключена к базе транзистора входного транзисторного ключа 6, другая к общей шине схемы, подключен задатчик входного на пряжения 13. Задатчик 13 (фиг.З) содержит однополупериодный выпрямитель 14 и ре- зистивный делитель, напряжения, содержащий резисторы 15 и 16. Параллельно резистору 16 подключены входные клеммы 12. Вход задатчика подключен к сетевым клеммам 4.

Устройство работает следующим образом.

На сетевые клеммы 4 электронной системы управления подается номинальное напряжение Vc. На выходе задатчика входного напряжения 13 появляются положительные полуволны сетевого.напряжения уменьшенные по амплитуде соответственно коэффициенту деления резистивного делителя напряжения, содержащего резисторы 15, 16. Это напряжение воздействуя на входной транзисторный ключ 6 вызывает на его выходе, а соответственно на входе одновибра- тора 7, импульсы напряжения сетевой частоты, Эти импульсы осуществляют запуск одновибратора 7. Таким образом, что на его выходе появляется импульс (фиг.4 III а) длительностью in, который задним фронтом открывает тиристорный ключ 2. В момент включения тиристорного ключа 2 на катушку электромагнита 1 подается однопо- лярный импульс сетевого напряжения (фиг.З, I а), амплитуда которого соответствует углу включения тиристорного ключа 2, что вызывает протекание тока по катушке и ти- ристорному ключу 2. В момент перехода через О тиристорный ключ 2 закрывается. 8 этом момент ЭДС, возникшая в катушке 1, за счет спада тока создает ток, который протекает через диод 3 включенный параллельно катушке 1. Этот тот протекает по катушке 1 в том же направлении, что и ток, создаваемый импульсами сетевого напряжения, т.к.

катушка 1 разряжается сама по себе. Этот ток разряда создает намагничивающую силу в паузах между импульсами сетевого напряжения. Таким образом, возникает экономия электроэнергии. Якорь электромагнита, притягивается. Вспомогательные контакты 10, которые связаны механически с якорем размыкаются, что ведет за собой увеличение сопротивления времязадающей цепи, содержащей регулирующие резисторы 8, 9, которые определяют длительность импульса одновибратора, а следовательно и момент включения тиристорного ключа 2. Длительность выходного импульса увеличивается (фиг.4, III а) до значения t и 2. При

этом угол включения тиристорного ключа 2 изменяется так, что импульсы сетевого напряжения, подающиеся на катушку 1, создают в катушке 1 ток, уменьшенный до значения тока удержания, с определенным

запасом (не менее 20%).

При подаче любого, оговоренного ГОСТом 11206-77 переменного напряжения на вход электронной системы управления оператор устанавливает регулирующие резисторы 8, 9 в соответствующее положение, которое определяет угол включения тиристорного ключа 2. Это положение регулирующих резисторов 8, 9 для каждого входного напряжения соответствует оптимальным

пусковому и удерживающему токам.

Если напряжение сети (фиг.4 I б), то эпюры рабочих напряжений и тока примут вид (фиг.4 16, Пб, III6, IV6, V6). Этим обеспечивается применение одного типоразмера катушки для всего диапазона сетевых напряжений от 36 В до 660 В. А настройка системы на то или иное напряжение сети осуществляется с помощью регули- рующих резисторов 8, 9 причем резистор 8 устанавливает пусковой ток, а резистор 9 ток удержания.

Таким образом, по сравнению с прото- типом, предлагаемое устройство управления электромагнитом с электронной системой управления обеспечивает возможность устанавливать пусковой и удерживающий ток, в зависимости от амплитуды входного напряжения, что позволит использовать один типоразмер катушки для напряжений в диапазоне 36-660 В, тем самым позволит расширитьэксплуатационные возможности, а применение такой катушки позволит снизить производственные расходы.

При этом исключение различных согласующих устройств и экономия электроэнергии за счет применения форсированного включения позволит снизить эксплуатационные расходы.

Формула из обретения Устройство управления электромагнитом переменного тока, содержащее выводы для подключения источника питания элект- ромагнита, выводы для подключения источ- ника питания схемы управления электромагнитом, выводы для подключения катушки электромагнита, тиристорный ключ, входной ключ, узел задержки, контак- тную группу, резистор, первый вывод для подключения источника питания электромагнита подключен к катоду тиристорного ключа, анод которого подключен к первому выводу для подключения катушки электро- магнита, второй вывод для подключения катушки электромагнита подключен к второму выводу для подключения источника питания электромагнита, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, расши- рения эксплуатационных возможностей и уменьшения энергопотребления, в него введены второй резистор, задатчик входного напряжения, выполненный в виде однополупериодного выпрямителя с делителем, ограничительный диод, причем в качестве первого и второго резисторов использованы переменные резисторы, узел задержки выполнен в виде одновибратора с регулируемой длительностью выходных импульсов, вход задатчика входного напряжения подключен к выводам для подключения источника питания электромагнита, выход задатчика входного напряжения подключен к входу узла задержки, выход узла задержки подключен к управляющему электроду тиристорного ключа, первый вывод первого резистора подключен к подвижному выводу того же резистора и первому входу для регулировки длительности выходных импульсов узла задержки, второй вывод первого резистора подключен к первому выводу второго резистора, к подвижному выводу второго резистора и первому выводу контактной группы, второй вывод которой подключен к второму выводу второго резистора и второму входу для регулировки длительности выходных импульсов узла задержки, ограничительный диод включен параллельно выводам для подключения катушки электромагнита, причём анод этого диода подключен к анодутиристорнбго ключа.

Использование: низковольтное аппара- тостроение, электромагнитные приводы коммутационных аппаратов. Сущность изобретения: устройство содержит выводы для подключения, электронную систему управления, включающую в себя тиристорный ключ, сетевые клеммы и схему управления тиристорным ключом, соде рже щую источник постоянного напряжения, входной транзисторный ключ, входные и выходные клеммы для подключения управляющего электрода тиристорного ключа, врёмязада- ющую электрическую цепь. При этом катушка электромагнита выполнена с обмоточными данными на минимальное, номинальное напряжение из ряда номинальных напряжений электромагнита. Параллельно катушке электромагнитаi включен диод. Узел задержки выполнен в виде одновибратора с регулируемой длительностью выходных импульсов, времязадающая Цепь содержит два регулирующих резистора, часть которых зашунтирована размыкающимися вспомогательными контактами, преимущественно коммутационного аппарата. Задатчик входного напряжения содержит однополупериодный выпрямитель и резистивный делитель напряжения. 4 ил. со с

Фиг.2

0Ve.3

А/гУ