Устройство для форсированного включения электромагнита Советский патент 1993 года по МПК H01F7/18 

оо

W

ел о ю о

со

Использование: в схемах управления электромагнитами постоянного тока и нагрузками, имеющими индуктивный характер. Сущность изобретения; в устройство для форсированного включения электромагнита, содержащее выводы 9 для подключения обмотки управления электромагнита, основной 1.0 и дополнительный 5 источники питания постоянного тока, Ключевой 6 и коммутирующий 4 элементы, элемент 2 времени с статическим входом, выполненный в виде формирователя импульса заданной длительности, диод 7 и входной вывод 1 устройства для подключения к источникууп- равляющего двоичного сигнала, введены элемент И 12, элемент НЕ 11 и генератор 3 линейно изменяющегося тока, а коммутирующий элемент 4 выполнен в виде транзисторного ключа, что позволяет уменьшить потребление электроэнергии цепями управления, в том числе цепью управления коммутирующего элемента. 2 ил. сл с

Фиг.1

Изобретение относится к устройствам втоматики и может быть использовано для правления электромагнитами постоянного ока, пускателями, электромуфтами, нарузками носящими индуктивный характер.

Целью изобретения является уменьшение потребления электроэнергии цепями правления устройства.

На фиг.1 показана структурная схема предложенного устройства; на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство для форсированного вклюения электромагнита содержит входной вывод устройства для подключения к источнику управляющего двоичного сигнала 1, элемент времени с статическим входом, вы полненный в виде формирователя импульса заданной длительности, равной уставке времени форсированного питания электро- магнита 2, управляемый генератор линейно изменяющегося тока 3, коммутирующий 4 и ключевой 6 элементы, основной 10 и дополнительный 5 источники питания постоянного тока, диод 7, стабилитрон 8, выводы для подключения обмотки электромагнита 9, элемент НЕ 11 и элемент И 12.

Входной вывод 1 устройства соединен со входом элемента времени и вторым входом элемента И 12. Выход элемента времени объединен со входом элемента НЕ, соединенного своим выходом с первым входом элемента И, и с управляющим входом управляемого генератора линейно изменяющегося тока 3, выход которого соединен с управляющим входом коммутирующего элемента 4. Первые выводы коммутирующего 4 и ключевого 6 элементов, стабилитрона 8 и основного источника питания 10 объединены. Второй вывод коммутирующего элемента подключен ко второму выводу дополнительного источника питания 5, первый вывод которого соединен с первым выводом для подключения обмотки управления 9 и через диод 7 - со вторым выводом ключевого элемента 6, второй вывод для подключения обмотки управления электромагнита соединен со вторым выводом основного источника питания, Управляющий вход ключевого элемента б соединен с выходом элемента И 12, а его второй вывод подключен ко вторым выводам диода 7 и стабилитрона 8.

Устройство работает следующим образом.

При поступлении сигнала на шину 1 (фиг.2а) на выходе элемента времени 2 сформируется импульс той же полярности, что и входной сигнал, который подается на управляющий вход генератора линейно изменяющегося тока 3 (фиг.2б). На выходе ге0

нератора появляется ток величина которого с течением времени увеличивается и определяется из следующих выражений:

lynp IM (1 -ехр(-t/r):

где IM - максимальный ток генератора линейно изменяющегося тока 2; г- постоянная времени, L - индуктивность нагрузки, R - значение активной составляющей на- 0 грузки.

Максимгьлный ток ключевого элемента может быть определен из выражения

,

где In - максимальный ток ключевого эле5 мента в момент окончания импульса, вырабатываемого элементом времени 2, минимально возможный коэффициент усиления по току ключевого элемента.

Сигнал с выхода генератора тока поступает на вход управления коммутирующего элемента 4 и замыкает его. Причем управляющего тока достаточно для полного открытия коммутирующего элемента, т.к. его ток нагрузки растет по экспоненциальному за5 кону с постоянной времени г L/R и достигает максимально возможного значения равного:

I ((Еосн ЕДоп)/К) exp(-t/ r), где t - длительность импульса, поступающе0 то с элемента времени, Е0см - напряжение основного источника питания, ЕДОп - напряжение дополнительного источника питания. Кроме того, импульс, вырабатываемый элементом времени инвертируется элемен5 том НЕ 11, поступает на первый вход элемента И 12(фиг.2г). На второй вход элемента И 12 поступает импульс со входной шины (фиг.2а). Эти два импульса запрещают прохождение входного сигнала на управляю0 щий вход ключевого элемента G (фиг.2д), и тем самым предотвращается потребление этим элементом электроэнергии. Так как ключевой элемент 4 замкнут, а б -разомкнут, обмотка управления 9 будет нахо5 диться под напряжением равным сумме напряжений основного 10 и дополнительного 5 источников питания (фиг.2е). При этом, через обмотку 8 будет протекать максимальный ток, обеспечивающий форсировку

0 включения электромагнита (фиг.2ж).

Через интервал времени, задаваемый элементом времени 2 на его выходе появится сигнал, противоположной полярности по отношению ко входному (фиг.26), который поступает на управляющий вход генератора тока 3 и выходной ток этого генератора будет равен нулю (фиг.2в). Этот сигнал, поступая на управляющий вход коммутирующего элемента 4, разомкнет егр. Сигнал с

5

выхода элемента времени, инвертированный элементом НЕ, (фиг.2г) разрешает прохождение входного импульса на управляющий вход ключевого элемента 6 (фиг.2д), о результате чего последний замкнется. При этом диод 7 будет находиться в проводящем состоянии под воздействием приложенного к нему напряжения основного источника питания 10 (фиг.2е). Через обмотку управления электромагнита будет протекать ток обусловленный приложенным к ней напряжением основного источника питания (фиг.2ж),

Таким образом, управление коммутирующим элементом монотонно возрастающим током с постоянной времени, определяемой параметрами нагрузки, а не импульсом максимального возможного тока, позволило значительно снизить потребление устройством электроэнергии.

Предположим, нагрузка устройства имеет следующие параметры; индуктивность L 0,1 Гн, R 15 Ом; коэффициент передачи тока транзистора ключевого элемента равен 5 (например для транзистора 2Т831-1 под.воздейтвием спецфакторов см. аА0.339.407.ТУ); напряжение основного источника напряжения равно 12 В; напряжение дополнительного источника - 12 В; время срабатывания электромагнита не превышает 7 мс. Тогда максимально возможный ток через коммутирующий элемент может быть равен:

I ((Еосн + Едоп)/Р) exp(-t/ r) 0,544 А.

Таким образом, в прототипе,управляющий ток коммутирующего элемента должен быть равен I I/5 0,105 А и подаваться в течение всей длительности импульса сформированного элементом времени (пунктирная линия на фиг.2в). А в предлагаемом устройстве управляющий ток монотонно возрастает с постоянной времени г 6,6 мс и его среднее значение почти в два раза меньше чем в прототипе.

Таким образом, при приведенных пар/а- метрах устройства средний ток, потребляемый цепями управления, при длительности входных сигналов управления меньших длительности импульсов формируемых элементов времени, более чем в два раза меньше чем в прототипе.

Фор мула изобретения Устройство для форсированного вклю- 5 чения электромагнита, содержащее выводы для подключения обмотки управления электромагнита, основной и дополнительный источники питания постоянного тока сфдно- полярными первыми и однополярными вто0 рыми выводами, ключевой и коммутирующий элементы, элемент времени с статическим входом, выполненный в виде формирователя импульса заданной длительности, равной уставке времени форси5 рованного питания электромагнита, диод и входной вы вод устройства для подключения к источнику управляющего двоичного сигнала, причем вход ной вы вод устройства соединен с входом элемента времени, первые

0 выводы ключевого и коммутирующего элементов и основного источника питания объединены, второй вывод коммутирующего элемента соединен с вторым, выводом дополнительного источника питания, первый

5 вывод которого соединен с первым выводом для подключения обмотки управления электромагнита и через диод - с вторым выво- . дом ключевого элемента, второй вывод для подключения обмотки управления электро0 магнита соединен с вторым выводом основного источника питания, отличающееся тем, что, с целью уменьшения потребления электроэнергии цепями управления, в том числе цепью управления коммутирую5 щего элемента, в устройство введены элемент И, элемент НЕ и генератор линейно изменяющегося тока, коммутирующий элемент выполнен в виде транзисторного ключа, выходной ток коммутации которого

0 пропорционален входному току этого ключа, причем вход элемента НЕ соединен с выходом элемента времени, а выход - с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к упомянутому входному

5 выводу устройства, а выход - к входу управления ключевого элемента, управляющий вход генератора линейно изменяющегося тока подключен к выходу элемента времени, а выход этого генератора - к входу управле0 ния коммутирующего элемента.

Ж

Фиг.2