Устройство для управления двухобмоточным электромагнитным реле постоянного тока Советский патент 1979 года по МПК H01F7/18 H01H47/10 

1

Р1зобретенне относится к области автоматики, телемеханики, техники связи и направлено на улучшение характеристик электромагнитов и реле и на усовершенствование их конструкции на базе электроники.

Известно, что при включении реле переходные процессы приводят к тому, что магнитный поток нарастает в течение определениого времени (так как магнитный ноток в индукционной системе не может нарастать мгновенно).

В некоторых реле и электромагнитах уменьшение времени трогания и срабатываиия осуществляется путем измеиения конструкции устройства (уменьшением индуктивности за счет числа витков и момента инерции якоря), но все эти улучшения приводят к ухудшению других характеристик. Так, умен11шение нндуктивности требует увеличения тока, что связано с большим энергопотреблением и увеличением габаритов устройства, так как приходится выбирать провод большого сечения. Например, для ускорения срабатывания электромагнита или реле 1 на их вход подводится импульс постоянного урсувня через сопротивление, шунтируемое электроемкостью и подключаемое последовательно с обмоткой. Подбором сопротивления и емкости достигается увеличение скорости срабатывания э.пектромагнитного реле.

Недостатком схемы является наличие значительного по напряжению входного 5 сигнала и потери мощности на сопротивлении.

Известно также электромагнитное реле 2, в котором использован известный принцип подключения обмотки реле и резистора с целью увеличения скорости срабатывания. Кроме того, резистор шунтирован как контактами реле, так и конденсатором, что в момент трогания якоря делает силу тока превосходящей номинальное значение.

5 Этим достигается увеличение быстродействия электромагнита.

Описанное реле обеспечивает быстродействие при срабатывании, но не при отключении, так как при отключении появляется

0 индукционный ток, направление которого совпадает с направлением тока срабатывания. Это является его существенным недостатком. Целью изобретения является увеличение

5 скорости срабатывания при включении и отключении реле. Сущность изобретения заключается в том, что в устройство для управления электромагнитным реле введены электронный дифференциатор и подключен3 ная к нему через усилитель дополнительная обмотка, входящая в состав электромагнитной системы реле. Кроме того, электронный дифференциатор содержит резисторно-диодную ячейку, которая шунтирует резистор обратной связи. Анод диода уномянутой ячейки подключен ко входу операционного усилителя, а катод через резистор - к его выходу. На дополпнтельпую обмотку электромагнита поступает сигнал производной тока основной обмотки электромагнита с помош.ыо дополнительного резистора, электронного дифференциатора и транзисторного усилителя. Резисторно-диодная ячейка обесиечиЕ;ает возможность нолучения различных значений передаточного коэффициента при нарастании и убывании входного сигнала. Все это обеспечивает увеличение быстродействия электромагнита. Схема описываемого устройства представлена на чертеже. Устройство содержит электромагнитное реле 1 с рабочей обмоткой 2 и дополнительной обмоткой 3, резисторы 4, 5, конденсатор 6, операционный уеилитель 7, резистор обратной связи 8, диод 9 и усилитель мощности 10. Электромагнитное реле 1 содержит обмотку 2 и дополнительную, электрически не связанну о с ней обмотку 3. Обмотка 2 через резистор 4 подключена к входным гиииам, служащим для подведения сигнала хправления t/вх. Общая точка об.мотки 2 и резистора 4 подключена к конденсатору 6, другая обкладка которого соединена со входом операционного усилителя 7. Конденсатор 6, операционный усилитель 7 и резистор обратной связи 8 представляют собой электронный дифференциатор, цредназначенный для получения производной сигнала, соответствующего падению напряжения на резисторе 4. Один конец резистора обратной связи 8 подключен ко входу операционного усилителя 7, а другой - к его выходу. В связи с различием постоянных времени при срабатывании якоря и его отпускании электронный дифференциатор имеет различные передаточные коэффициенты, причем при убывании входного сигнала, т. е. при отпускании якоря передаточный коэффициент иодбирается равным постоянной времени отпускания системы, а при трогании он превосходит постоянную времени электромагнитного реле при срабатывании. Различие передаточных коэффициентов обеспечивается резисторно-диодной ячейкой, щунтирующей резистор обратной связи 8, состоящей из последовательно соединенных резистора 5 и диода 9, причем анод диода 9 подключен ко входу операционного усилителя 7, а катод через резистор 5 - к его выходу. Выход операционного усилителя 7 через усилитель мощности 10 соединен с дополнительной обмоткой 3. Устройство работает следующим образо.ч. При подведеппи напряжения t/вх на вход электромагнитного реле 1 в цени обмотки 2 возникают ток / и магнитный поток Ф, которые изменяются по экспоненциальному закону, нарастая при появлепии переднего фронта и убывая при появлепии заднего фронта прямоугольного имиульса /0 U - е ГхЧ.с /о - максимальное установившееся значение тока; ; R - сопротивление резистора 4. Магнитный ноток в обмотке 2 при нарастании входного сигнала будет изменяться по закону /1 , Ф,1-егде т - постоянная времени реле ири оттянутом якоре электромагпита реле 1; Фо - максимальное значение магнитного потока (т. е. в установившемся режиме) ; Фо - Л; 11.2 - ЧИСЛО ампер-витков в обмотке 2. При убывании входного импульса, т. е. при отключении сигнала с реле магнитный ноток примет такое значение; Ф2 - , где т - постоянная времени при притянутом якоре. Как известно, реле срабатывает, начиная с определенного значения тока срабат1,1вания /CJ) или потока е J . ср - о Ч Время срабатывания или время трогания определится из соотнощений - т In /с„Видно, что это время тем больше, чем больше ток срабатывания. Для уменьшения времени срабатывания tcp при включении можно осуществить сложение потоков 02 и Фз в обмотке 2 и дополнительной обмотке 3. Суммарный поток Ф г: Ф, -1- Ф., Ф - k® dt

где Фз - производная по времени потока

Ф2.

Ф„

При /е т имеем, что ф Фо мгновенно. При входном сигнале Ьвх выходной сигнал с резистора 4 равен

i/4-/o 4().

После дифференцирования через электронный дифференциатор (с помощью конденсатора 6 с операционным усилителем 7) можно получить, что

U, R,C,.e tiгде R& - сопротивление резистора обратной

связи 8;

4 - сопротивление резистора 4; Ст - емкость конденсатора 6. Па выходе усилителя мощности 10 напряжение принимает значение

t

Rs,C

L 10 - ю

где km - коэффициент усиления усилителя мощности 10, а ток через дополнинительную обмотку 3 определится из соотношения

- /

г ,uR р

Дополнительная обмотка 3 подбирается заведомо с малой индуктивностью, а именно с такой, чтобы в уравнении тока для /з ее можио было не учитывать. Магнитный поток в дополнительной катушке Фз таков

-t

Ф n hf lqKsC-fuKt -. 3 -;;

Ло.

введя обозначение

«3 д.

подобрав Kt, равным единице (/() и сложив потоки Ф2 н Фз, можно получить

Ф, + Фз:-.Ф -яЛи-е я--/

+ - - rt/o ,:г Ф„ Ф, + Ф, .: Ф„.

Отсюда следует, что максимальный поток будет нараетать мгновенно. Для уменьшения времени срабатывания при отключении входного напряжения необходимо скомиенсировать действие индукционного тока, возникающего в обмотке 2. Этот ток изменяется согласно

-t

/2 ,

т - постоянная времени при притянутом якоре, т. е. при отключении.

Причем для подавляющего большинства реле с высокой чувствительностью , а для реле с низкой чувствительностью . Поток при этом

Ф 1 Ф, + )% -2 О, при k- -/. dt

При входном сигнале с резистора 4

и, i,R получаем, что

,

и - Л;11

следовательно, ток /з через дополнигельную обмо1ку 3 равен

/ . /ii i V/Vo/;

Р L

ч

где

Г) - АЛ - Т

: -5

5---сопротивление резисгора 3,

а поток

C;/oJ 4 ,,.

Ф.

- .771

Ьводя ооозпачепие

AlO«8C7/ 4

подбирая

получаем при сложении потоков Фз п Фз

Фа - /г/об- : ; ф. ,:- - n,Le- --- - Фпб

Ф, Ф - 0.

Ф.

Поеледнее означает, что пружина реле мгновенно доллхна возвратить якорь в первоначальное состояние.

При необходимо при включении реле задавать вполне определенное значение коэффицнента , а при отключении обеспечить , для чего необ.ходи.мо будет изменять этн коэффициенты. В пред.тоженно1М устройстве обеспечивается с самого начала Л2 1 для компенсации действия индукционного тока, тогда, сохраняя Да для компенсации действия индукционного тока будем нметь /(. В этом случае при срабатывании . В случае, если чувствительность реле невысока, т. е. т т, , имеем, что и 1);Фо, что прпводит к невоз.можности быстрого срабатывания. Предлагаемое устройство обеспечивает в этом случае при ерабатыванин /( 1 заменой R на Rf,(. При этом

Kf,R,

1.

К,

/г,

Папример, для Ai 2 суммарный поток 65 Ф - Фо + 2Фое-/ -- Ф,, +

7

В этом случае при включенни магнитный поток будет больше донустимого, убывая к Фо, а при включении входного напряжения сразу становится равным нулю. Отличные друг от друга значения передаточных коэффициентов KI и KZ получают с помощью резисторно-диодной ячейки, включенной в цепь обратной связи и состояп1ей из резистора 8 и диода 9.

Когда напряжение на операционном усилителе f/5 О, резистор обратпой связи 8 не шунтируется упомянутой резисторно-диодной ячейкой, а при f/s О диод 9 открыт, резистор обратной связи 8 шунтирован резисторно-диодной ячейкой, передаточный коэффициент KZ уменьшается, и ноэтому суммарный поток при подборе Kz 1 равен нулю. Таким образом, устройство обеспечивает увеличение скорости срабатывания электромагнитов и электромагнитных реле при включении и выключении, что и.меет большое практическое значение в автоматике и системах релейной заш,иты, например, при аварийных ситуациях. Необходимо отметить, что все сказанное относится не только к электромагнитным реле, но п к самим электромагнитам.

Ф о р м у л а 1-1 3 о б р с т е н и я

Устройство для управления двухобмоточным электромагнитным реле постоянного тока, рабочая и дополнительная обмотки которого электрически изолированы друг от друга, содержащее резистор, предназначенный для включения последовательно с рабочей обмоткой реле, о т л и чающееся тем, что, с целью увеличения скорости срабатывания реле при включении и отключении, устройство снабжено электронным дифференциатором, состоящим из операционного усилителя, резистора обратной связи и шунтирующей его резисторпо-диодной ячейки, соединенной с входом операционного усилителя, при этом вход электронного дифференциатора предназначен для подключения к общей точке рабочей обмотки реле и резистора, а его выход - для подключепия к дополнительной обмотке реле. Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Витенберг М. И. Расчет электромагнитных реле для аппаратуры автоматики и связи. М.-Л., «Госэнергоиздат, 1961.

2.Авторское свидетельство СССР № 506076, кл. Н 01Н 47/10, 1975.

JT

/Р

Чь