Устройство для форсированного управ-лЕНия элЕКТРОМАгНиТОМ пОСТОяННОгОТОКА Советский патент 1981 года по МПК H01H47/32 H01F7/18 

(54) УСТРОЙСТВОДЛЯ ФОРСИРОВАННОГО

упрАВлания ЭЛЕКТРОМАГНИТОМ постоянного

ТОКА

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в схема быстродействующего управления электр магнитами постоянного тока с понижением потребления энергии. Известно у.стройство управления электромагнитом постоянного тока, содержащее цепь из последовательно соединенных нестабилизированного источника постоянного напряжения, элек тромагнита, электронного ключа и элемента .обратной связи, причем электромагнит зашунтирован цепью раз ряда магнитной энергии, а также задатчик тока возбуждения и формирования циклического режима l. Недостатком этого устройства является отсутствие стабилизации тока возбуждения электромагнита, что уве личивает потребление энергии в электромагните и приводит к его перегреву.. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому .результату является устройство для форсированного управления электромагнитом посто-янного тока, содер жащее цепь из последовательно соединенных нестабилизированного источ ника постоянного напряжения, электр магнита, электронного ключа и элемента обратной связи, причемэлектромагнит зашунтирован цепью разряда его магнитной энергии,.а также форсирующую цепь, связанную с задатчиком тока возбуждения, -формирователь циклического режима, при этом выходы задатчика тока возбуждения и элемента обратной.связи подключены по схеме сравнения ко. входу формирователя циклического режима, а его выход связан с управляющим входом электронного ключа 2 , Недостатком этого устройства является, то что длительность стадии форсирования электромагнита постоянна, т.е. не зависит от его параметров , что приводит к избыточному потреблению энергии в электромагните в стадии форсирования. Цель изобретения- снижение потребления энергии в электромагните. Поставленная цель достигается тем, что устройство сн.абжено импульсным накопительным эвеном и электронным переключателем, при этом вход импульсного накопительного звена связан с точкой соединения электронного ключа и электромагнита, а выход с управляющим входом электронного переключателя,, коммутирующие электроды которого связаны с эадатчиком тока возбуждения. . Импульсное накопительное звено содержит последовательносоединенные разделительный конденсатор, выпрямитель и фильтр. На чертеже приведена схема предла гаемого устройства. Последовательно соединенные неста билизированный источник постоянного напряжения К, обмотка 1 возбуждения электромагнита, электронный ключтранзистор 2, элемент обратной связи - резистор 3, земля образуют цепь возбуждения (заряда) электромагнита. Последовательно соединенные диод 4 и резистор 5 образуют; цепь разряда магнитной энергии электромагнита, подключенную параллельно его обмотке Iвозбуждения. Опорный источник питания Ej)n f резисторы б - 9, включен ные по схеме перестраиваемого делител напряжения,образуют двухуровневый задатчик тока воздуждения.Электронный переключатель - транзистор 10 связан со схемой задатчика. тока возбуждения и служит для переключения его уровней настройки. Операционный уси литель 11, последовательная КС-цепь из конденсатора 12 и резистора 13, включенная между выходом и неинвертирующим входом усилителя 11, образ кзт формирователь циклического режима.. Дифференциальный вход усилителя IIвключен посхеме сравнения напр жений на резисторах 8 и 3,. а его вы ход связан через токоограничивающий резистор 14 с базой транзистора 2. Разделительный конденсатор 15, выпр митель на диодах 16 и 17, токоограничивающий резистор 18, Т-образный RC-фильтр из резисторов 19 и 20 и конденсатора 21 образуют импульсное накопительное звено, включенное межд коллектором транзистора 2 и базой транзистора 10. Ключевой транзистор 22 связан со схемой задатчика тока возбуждения и подключен базой к ис точнику входного сигнала Ugy, предназначенному для управления переключателем электромагнита 1. Работа устройства заключается в следующем, В начальном состоянии положительным входным сигналом Ugy транзистор 22 открыт, напряжение.на резисторе 8 равно нулю, выходное напряжение ус лителя 11 отрицательно (обеспечивает ся дополнительным смещением нуля .усилителя), конденсатор 12 через резисторы 13 и 8 заряжен до уровня отрицательного выходного напряжения усилителя 11 (по цепи заряда: выход усилителя 11-конденсатор 12-резистор 13-резистор- 8-земля) , транзистор 2 заг1ерт, ток возбуждения в обмотке электромагнита 1 и напряжение на резисторе 3 равны нулю, транзистор 10 закрыт. При снятии сигнала Ug транзистор 22 запирается, с резистора 8 снимается положительное опорное напряжение, соответствующее заданному уровню тока притяжения электромагнита, в результате чего на выходе усилителя 11 скачкообразно возникает положительное напряжение. Конденсатор 12 перезаряжается до положительного выходного напряжения -усилителя 11. Транзистор 2 открывается, в обмотке возбуждения электромагнита 1 начинает протекать ток (по вышеуказанной цепи возбуждения) , на- растающий во времени по экспоненте с постоянной-времени, равной отношению индуктивности обмотки возбуждения электромагнита к сумгларному активному сопротивлению цепи возбуждения, В момент достижения током возбуждения заданного уровня (тока притяжения) напряжение на резисторе 3 сравнивается, а затем начинает превышать опорное напряжение, снимаемое с резистора 8. На выходе усилителя за счет действия положительной обратной связи через конденсатор 12 и резистор 13 скачкообразно возникает отрицательное напряжение, при этом транзистор 2 запирается. Конденсатор 12 начинает перезаряжаться до отрицательного выходного напряжения усилителя 11, однако его зарядный ток, протекающий через резисторы 13 и 8 и спадающий во времени по экспоненте с постоянной времени вышеука-. занной.зарядной цепи,создает на резисторе 8 и неинвертирующем входе усилителя 11 отрицательное напряжение, которое удерживает усилитель в указанном состоянии, а транзистор 2 остается в запертом состоянии. Ток возбуждения в обмотке электромагнита 1 под действием его ЭДС самоиндукции начинает протекать через резистор 5 и диод 4 и спадает во времени по экспоненте с постоянной времени, равной отношению индуктивности электромагнита к суммарному активному опротивлению.вышеуказанной цепи разряда магнитной энергии электромахнйта. Напряжение на резисторе 3 при этом равно нулю, В момент, когда зарядный ток конденсатора 12 сравняется с током, протекающим через резисторы 6,7 и 8, а затем станет меньше его, на резисторе 8 и неинвертирующем входе усилителя 11 возникает положительное напряжение. В результате действия положительной обратной связи на выходе усилителя скачкообразно возникает положительное напряжение, транзистор 2 снова открывается.

Так устанавливается циклический режим работы устройства, когда длительность закрытого состояния транзистора 2 постоянна (определяется параметрами схемы), а длительность его открытого состояния автоматически регулируется для поддержания заданного тока возбуждения электромагнита. При этом длительность первого цикла значительно больше длительности каждого последующего цикла так как ток возбуждения в первом цикле нарастает с нуля, а начиная со второго цикла - колеблется в небольших пределах (снижаясь ниже заданного уровня .на малую величину, зависимую от выбираемой длительности запертого состояния .транзистора 2) .

В первом и последующих циклах работы устройства после запирания тран зистора 2 зарядные импульсы тока конденсатора 15 через диод 1.6 и резистор 19 заряжают конденсатор 21 (диод 17 и резистор 18 служат для перезаряда конденсатора 15), Напряжение, накапливаемое на конденсаторе 21, поступает через резистор 20 на базу транзистора 10, За один или несколько циклов это напряжение становится достаточным для отпирания транзистора (время заряда конденсатора 21 выбирается малЕлм по сравнению с длительностью первого цикла). В результате этого транзистор 10 открывается, резистор 9 шунтирует схему задатчика тока возбуждения, опорное напряжение на выходе задатчика снижается до уровня, соответствующего заданному току удержания электромагнита. Устройство начинает автоматически поддерживать новое заданное значение тока возбуждения.

При подаче сигнала устройство быстро переключается в начальное состояние.

Таким образом, в устройстве длительность стадии форсирования электромагнита определяется в основном длительностью первого цикла, которая изменяется при изменении параметров электромагнита и таким образом снижается потребление энергии в электромагните.

Введение .конденсатора 12 и резистора 13 в цепь положительной обратной связи усилителя 11 стабилизирует частоту циклов (переключений транзистора 2)-при значительных

изменениях индуктивности и активного сопротивления электромагнита, что дополнительно улучшает качество работы устройства (так как при уменьшении частоты циклов снижается динамическая точности устройства, а при увеличении частоты увеличивается рассеиваемая мощность на транзисторе 2 за счет фронтов импульсов) .

10

формула изобретения

при этом выходы задатчика тока возбуждения и элемента обратной связи подключены по схеме сравнения,ко входу формирователя циклического режима, а его ваход связан с управляющим входом электронного ключа, о тличающеес я тем, что, с целью потребления энергии в электромагните, оно снабжено импульсным накопительным звеном и электронным переключателем, при этом вход импульсного

накопительного звена связан с

точкой соединения электронного ключа и электромагнита, а выход - с управляющим входом электронного переключателя, коммутирующие электроды котоого связаны с . задатчиком тока возбуждени я.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Й.1/3/2

гй/-

а

2(/5 16/

4 л