Устройство для форсированного управления электромагнитом постоянного тока Советский патент 1982 года по МПК H01F7/18 H01H47/32 

1

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для бы,стродействующего управления электромагнитами постоянного тока с пониженным потреблением энергии, в частности к авиационной И космической технике.

Известны устройства формированного управления электромагнитом постоянного тока, содержащие цепь из последовательно соединенных электронного ключа, элемента обратной связи, нестабилизированного источника постоянного напряжения и электромагнита, зашунтированного цепью разряда его магнитной энергии, а также формирующую цепь, связанную с задагчиком тока возбуждения и формирователь циклического режима 1.

В таком устройстве длительность стадии .форсирования электромагнита постоянна, т.е не зависит от его параметров, что приводит к избыточному потреблению энергии в электромагните в стадии форсирования.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемым результатом, устройство для формированного управления электромагнитом постоянного тока, содержащее нестабилизированный источник постоянного напряжения, электронный ключ, элемент обратной связи, задатчик тока возбуждения, формирователь циклического режима, импульсное накопительное звено и электронный переключатель, причем вход импульсного накопительного звена соединен с точкой соединения силового электронного ключа и электромагнита, а выход - с управляющим входом электронного переключателя, коммутирующие электроды

,Q которого соединены с задатчиком тока возбуждения 2.

Недостатком указанного устройства является нестабильность стадии форсирования за счет изменения количества циклов рабо15 ты силового электронного ключа в этой стадии при нестабильности параметров импульсного накопительного звена и электронного переключателя. При этом один цикл может быть недостаточен по времени для срабаты2Q -вании электромагнита (например, в случае значительных потерь его магнитодвижущей силы в переходном режиме от емкостных и вихревых токов), а больщое количество циклов приводит к нарущению оптимизации (увеличению) потребления энергии в электромагните. Кроме того, устройство относительно сложно и требует настройки. Цель изобретения - снижение потребления энергии и упрощение устройства. Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее выводы для подключения обмотки электромагнита, один из которых соединен с одним из выводов для подключения нестабилизированного источника постоянного напряжения, а другой - с одним из силовых электродов электронного ключа, другой силовой электрод которо го соединен с одним из выводов элемента обратной связи, другой вывод которого соединен с другим выводом для подключения нестабилизированного источника постоянного напряжения, управляющий электрод силового эле тромагнитного ключа соединен с выходом формирователя циклического режима, один из входов которого подключен к точке соединения другого силового электрода силового электронного ключа и одного вывода элемента обратной связи, другой вход формирователя подключен к выходу задатчика тока возбуждения, управляющий вход которого соединен с электронным переключателем, введен пересчетный элемент, счетный вход которого соединен с выходом формирователя циклического режима, вход сброса подключен к входу устройства, а выход - к управляющему входу электронного переключателя. На чертеже представлено предлагаемое устройство. Устройство содержит обмотку возбуждения электромагнита 1, силовой электронный ключ 2, элемент обратной связи 3, диод 4, резисторы 5-8, электронный переключатель 9, компаратор 10, конденсатор 11, резисторы 12 и 13, пересчетный элемент 14, электронный ключ 15, нестабилизированный источник постоянного напряжения Е, источник опорного напряжения Ерп, источник входного сигнала UgxПоследовательно соединенные нестабилизированный источник постоянного напряжения Е, обмотка возбуждения .электромагнита 1, силовой электронный ключ 2, например биполярный транзистор, элементы обратной связи (резистор 3 и земля) образуют цепь возбуждения электромагнита. Последовательно соединенные диоды 4 и резистор 5 образуют цепь разряда магнитной энергии электромагнита. Источник опорного напряжения Е, резисторы 6-8 (включенные по схеме перестраиваемого делителя напряжения) образуют задатчик тока возбуждения, выходной сигнал которого снимается с резистора 7. Электронный переключатель 9, например МОП-транзистор, соединен со схемой задатчика тока возбуждения и служит для переключения его уровней настройки. Компаратор 10, например операционный усилитель. конденсатор 11 и резистор 12 образуют формирователь циклического режима, вход которого включен по схеме сравнения напряжений на резисторах 3 и 7, а выход соединен через резистор 13 с базой транзистора 2. Пересчетный элемент 14 счетным входом соединен с выходом формирователя циклического режима (например, выходом компаратора 10), входом сброса - с входом устройства (источником входного сигнала Ugx), а выходом - с управляющим входом электронного переключателя 9. Электронный ключ 15, например МОП-транзистор, управляющим входом соединен с входом устройства, а коммутирующими электродами - со схемой задатчика тока возбуждения. В качестве пересчетного элемента 14 может быть использован двоичный счетчик Джонсона, тогда Свход счетчика выполняет функцию счетного входа, R-вход его является входом сброса, запрещающий инверсный V-вход счетчика .может быть подключен к его выходу. Компаратор 10 может иметь дополнительный стробирующий (запрещающий) вход. В этом случае электронный ключ 15 может быть связан со стробирующи.м входом компаратора 10, а общая точка ключа 9 и резистора 6 подключена к источнику опорного напряжения БОЛ . Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии при действии положительного сигнала транзистор 15 закрыт, счетчик 14 обнулен, транзистор 9 открыт, напряжение на резисторе 7 и выходной сигнал компаратора 10 равны нулю, конденсатор 11 разряжен, транзистор 2 закрыт, ток возбуждения в электромагните 1 и напряжение на резисторе 3 равны рулю. При снятии сигнала UBX в устройстве устанавливается циклический процесс импульсной стабилизации заданного значения тока возбуждения электромагнита следующи.м образом. Транзистор 15 открывается, на резисторе 7 скачком возникает положительное опорное напряжение (соответствующее заданному уровню тока притяжения электромагнита). На выходе компаратора 10 скачком возникает положительное напряжение, конденсатор 11 перезаряжается во времени до положительного напряжения компаратора 10 через резисторы 12 и 7, транзистор 2 открывается, в обмотке электро.магнита начинает протекать экспоненциально нарастающий ток. В момент, когда ток возбуждения достигает заданного уровня (тока притяжения) и превыщает его на малую величину, напряжение на резисторе 3 также превыщает напряжение на резисторе 7, выходное напряжение компаратора 10 скачком падает до нуля. Конденсатор 11 начинает разряжаться через резисторы 7 ti 12. экспоненциально спадающий ток конденсатора И создает на резисторе 7 отрицательное напряжение, удерживающее коммутатор 10 в обнуленном состоянии на постоянное время задержки to- Транзистор 2 запирается на время to, ток возбуждения электромагнита 1 спадает во времени по экспоненте, протекая через резистор 5 и диод 4 за счет ЭДС самоиндукции, напряжение на резисторе 3 при этом равно нулю.

Спустя время to, когда заканчивается первый цикл работы устройства, на выходе компаратора 10 снова возникает положительное напряжение, и цикл работы устройства повторяется. Так устанавливается циклический процесс работы устройства, когда длительность закрытого состояния транзистора 2 постоянна и равна tp, а длительность открытого состояния tu автоматически регулируется, обеспечивая импульсную стабилизацию заданного значения тока возбуждения электромагнита (при этом длительность каждого цикла, начиная с второго, значительно меньше длительности первого цикла, так как ток возбуждения в электромагните в первом цикле нарастает с нуля, а в последующих с ненулевого значения, несколько меньщего заданного уровня).

Начиная с первого цикла, импульсы напряжения с выхода компаратора 10 поступают на С-вход счетчика 14. Через заданное число циклов (например в начале четвертого цикла) на выходе счетчика 14 формируется импульс, который поступает на V-вход счетчика и останавливает его в этом состоянии. При этом транзистор 9 запирается, задатчик тока возбуждения скачком перестраивается на меньщий уровень (соответствующий заданному уровню тока удержания электромагнита). Стадия форсирования электромагнита заканчивается, и устройство начинает обеспечивать импульсную стабилизацию нового пониженного значения тока возбуждения электромагнита (тока удержания) .

При подаче сигнала Ugx. устройство переключается Б исходное состояние.

Таким образом, путем введения пересчетного элемента в устройстве достигается фиксированное количество циклов работы в стадии форсирования, тем самым повышается стабильность его работы и снижается потребление энергии.

Использование пересчетного элемента вместо импульсного накопительного звена упрощает предлагаемое устройство.

Формула изобретения

Устройство для форсированного управления электромагнитом постоянного тока, содержащее выводы для подключения обмотки электромагнита, один из которых соединен с одним из выводов для подключения нестабилизированного источника постоянного напряжения, а другой - с одним из силовых электродов электронного ключа, другой силовой электрод которого соединен с одним из выводов элемента обратной связи, другой вывод которого соединен с другим выводом для подключения нестабилизированного источника постоянного напряжения, управляющий электрод силового электронного ключа соединен с выходом форСирователя циклического режима, один из входов которого подключен к точке соединения силового электрода электронного ключа и элемента обратной связи, другой вход формирователя циклического режима подключен к выходу задатчика тока возбуждения, управляющий вход которого соединен с электронным переключателем, отличающееся тем, что, с целью снижения потребления энергии и упрощения устройства,в него введен пересчетный элемент, счетный вход которого соединен с выходом формирователя циклического режима, вход сброса подключен к входу устройства, а выход - к управляющему входу электронного переключателя. Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3549955, кл. Н 01 Н 47/32, 1970.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2790970/07, кл. Н 01 Н 47/32, 1979.