Дистанционное переключающее устройство

(я)5 Н 03 К 17/60 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУг 1(71) Московское агрегатное конструкторское бюро "Темп"(56) Авторское свидетельство СССР В 326739, кл. Н 03 К 17/60, 1972.Авторское свидетельство СССР В 1444935, кл. Н 03 К 17/60; 1987(54) ДИСТАНЦИОННОЕ ПЕРЕКЛЮЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО(57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в систе-. Ж( 1725381 А 1 2мах управления объектами, находящимися в зоне, недоступной для размещения электронных элементов, Цель изобретения - повышение надежности в работеДистанционное переключающее устройство содержит ключевой элемент 1, питающую шину 2, первую 3 и вторую 5 обмотки исполнительного мезаниэма; протяженную линию 4 связи и диодй 6, 7. Введение конденсатора 8, который включен параллельно обмотке 5, и включение диода 7 между шиной 2 и землей позволяют уменьшить число протяженных линий связи и устранить самопроизвольное отключение при аварийном снижении питающего напряжения. 2 ил.25 в том же направлении, т.е. на удержание уст 35 40 50 соединен резистор 55 Изобретение относится к технике систем автоматического управления, в частности к управляющим и исполнительным механизмам, и может быть использовано в системах регулирования и управления (с жесткими. требованиями к массогабаритным характеристикам) обьектами, находящимися в "горячей зоне", не доступной для размещения активных электронных элементов системы.Известно переключающее устройство, содержащее ключевой элемент, один силовой вывод которого. подключен к земле, а другой к обмотке исполнительного механизма, причем параллельно этой обмотке включен демпфирующий диод, а второй вывод обмотки подключен к источнику питания.В этом устройстве при открывании ключа и достижении величины тока срабатывания исполнительный механизм включается,При запирании ключа и уменьшении тока через обмотку (ток через обмотку меньше тока удержания) устройство отключается.Недостатком этого устройства. является малое быстродействие выключения, обусловленное тем, что энергия, запасенная в индуктивности во время включенного состояния, расходуется на протекание тока через демпфирующий диод и ту же обмотку ройства во включенном состоянии.Известно переключающее устройство, содержащее ключевой элемент, один силовой вывод которого соединен с землей, другой силовой вывод связан с обмоткой исполнительного механизма, второй вывод которой подключен к шине питания, параллельно обмотке исполнительного механизма включена цепочка из последовательно соединен н ых первичной обмотки трансфор-. матора и диода в запертом направлении относительно полярности источника питания, причем один вывод вторичной обмотки трансформатора заземлен, а второй вывод через диод подключен к шине питания, параллельно обмотке исполнительного механизма включена вторая цепочка, состоящая из последовательно включеных кондесатора и диода причем параллельно диоду подДанное известное устройство работает аналогично вышерассмотренному устройству, укаэанный недостаток которого частично устранен за счет передачи энергии магнитного поля обмотки при выключении) источнику питания через трансформатор,Недостатком этого известного устройства является необходимость рассеивания части. энергии магнитного поля, обмотки исполнительного механизма на резисторе, что 5 10 15 20 приводит к дополнительному тепловыделе- .нию, ведущему к снижению надежности иКПД устройства.Подключение второй цепочки ведет кувеличению времени включения устройства,Известно еще одно переключающее устройство, в котором с целью усовершенствования устройства вместо резисторавведена цепочка из индуктивности и включенного последовательно с ней диода, Цепочка подключена к точке соединениядиода, конденсатора и вспомогательногоисточника питания,Данное известное устройство работаетаналогично предыдущим устройствам, однако энергия магнитного поля. обмотки этого устройства используется лучшимобразом за счет того, что она передается нетолько основному источнику питания, но ивспомогательному.Недостатком этого устройства являетсяневозможность достижения приемлемогосогласования источника и приемника энергии, что ведет к появлению выброса напряжения на обмотке исполнительного. механизма, к дополнительному тепловыделению на активном сопротивлении обмотки,а также вызывает скачки напряжения в источниках питания, что обуславливает недостаточную надежность устройства. Общим недостатком всех приведенных выше приведенных выше известных одно- обмоточных устройств является невозможность одновременного выполнения взаимоисключающих требований по надежности удержания при аварийном снижении напряжения источника питания) и надежности выключения при заданной надежности включения. Надежность удержания будет тем больше, чем меньше минимальный ток удержания, уменьшение которого достигается за счет увеличения рабочего хода якоря магнитой цепи во многих случаях рабочий ход якоря определяется функциональными требованиями к исполнительному органу электромагнитного механизма, например, электромагнитные клапаны, шаговые двигатели и т,д,) при этом надежность отключения падает, так как она становится зависимой от качества управляющего ключевого элемента (от величины неуправляемого тока запертого ключа, причем практически тем большего, чем на больший номинальный ток включения рассчитан ключ). Указанные недостатки затрудняют применение однообмоточных электромагнитных механизмов в ответственных системах с жесткими требованиями по надежности функционирования10 ми в горячей" зоне, когда из-за 15 20 25 30 35 40 45 ва. Устройство содержит ключевой элемент50 1, первый силовой вывод которого соединен без дополнительных аппаратурных затратнесмотря на очевидное преимущество - минимальное число линий связи с ключевымэлементом - один провод второй - "земля"(масса),Наиболее близким к предлагаемомуустройству по технической сущности и достигаемому результату является переключающее устройство, содержащее дваключевых элемента, первые силовые выводы которых подключены к первой шине источника питания, вторые силовые выводы -к первым выводам двух обмоток реле соответственно; управляющие. входы ключевыхэлементов соединены с шинами парафазного управления, вторые выводы первой и второй обмоток реле через прямо включенныепервый и второй диоды соответствено под-.ключены к второй шине источника питания,третий диод подключен между первым выводом первой обмотки реле и вторым выводом второй обмотки реле встречно второмудиоду, а четвертый диод - между первымвыводом второй обмотки реле и вторым выводом первой обмотки реле встречно первому диоду,В этом устройстве при подаче отпирающего напряжения на базу второго транзистора через первую обмотку реле течет ток,который приводит к срабатыванию электро-,магнитного реле.При изменении полярности парафазного управляющего напражения отпираетсявторой транзистор и запирается первыйтранзистор, При этом в первой обмотке наводится ЭДС самоиндукции, которая черезтретий и четвертый диоды прикладываетсяк второй обмотке. Под действием этой ЭДСво второй обмотке протекает ток, которыйскладывается с током через второй диод,Под действием этого суммарного тока происходит более быстрое переключение.электромагнитного реле;Первый и второй диоды предотвращаютзамыкание ЗДС самоиндукции по цепи,проходящей через источник питающегонапряжения. Аналогично происходит форсированное переключение электромагнитного реле по первой обмотке приизменении полярности на шинах парафазкого управления.Недостатком данного устройства является ненормированные выброс напряжения, прикладываемый к запертомуключевому элементу, и время соабатыва- .5ния, которые зависят от сопротивлений пОтерь обмоток, качества изоляции;паразитных емкостей, от внешних факторов.среды и т,д. Первое присодит к снижениюнадежности (в частности к снижению надежности ключевых элементов), второе - к трудностям, связанным с обеспечением стабильности параметров системы управления (устойчивости, временных параметров и т.д.), Другим недостатком данного устройства является большое количество линий связи, которые увеличивают массу устройства, Это имеет определяющее значение в системах управления или регулирования обьектаневозможности расположения в ней активных электронных элементов системы вес соединительных проводов. превышает вес аппаратуры системы. С точки зрения достижения максимальной надежности необходим минимум электронных элементов в "горячей зоне" и минимум тепловыделения во избежание перегрева.Цель - повышение .надежности за счет упрощения устройства, уменьшение массы устройства и нормирование времени выключения,Поставленная цель достигается тем, что в дистанционное переключающее устройство, содержащее ключевой элемент, первый силовой вывод которого соединен с питающей шиной, а управляющий вывод с шиной управления, первую обмотку исполнительного механизма, присоединенную первым выводом через протяженную линию связи к второму силовому выводу ключевого элемента, вторую обмотку исполнительного механизма, подключенную параллельно к первой обмотке через первый диод, включенный встречно по отношению к питающему напряжению, второй диод, дополнительно введен конденсатор, включенный . параллельно второй обмотке исполнительного механизма, второй диод, включенный между питающей шиной и землей встречно по отношению к питающему напряжению, а второй вывод первой обмотки дополнительного механизма соединен с землей.На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства; на.фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройстс питающей шиной 2, а управляющий вывод с шиной управления, первую обмотку 3 исполнительного механизма. присоединенную первым выводом через протяженную линию связи 4 к второму силовому выводу ключевого элемента 1, вторую обмотку 5 исполнительного механизма, подключенную параллельно к первой обмотке 3 через первый диод б, включенный встречно по отношению к питающему напряжению, второйдиод 7, включенный между питающей шиной и землей встречно по отношению к питающему напряжению, конденсатор 8, включенный параллельно второй обмотке 5 исполнительного механизма.В устройстве осуществлено пространственное разделение с помощью протяженной линии 4 связи исполнительногомеханизма (так называемая "горячая зона" или "зона исполнительного механизма" ) иостальной аппаратуры, содержащей активные электронные элементы ("эона управления"). . Устройство работает следующим образомРежим включения осуществляется при 10 открытии ключа 1, при этом диод 6 заперт, токи через обмотку 5 отключения и конденсатор 8 не протекают и влияния на процесс20включения не оказывают. Режим отключения осуществляется при запирании ключевого элемент 1, при этом в обмотке 3 возбуждения (включения) возникает ЭДС самоиндукции, стремящаяся сохранить через обмотку 3 возбуждения 25 прежнее значение тока возбуждения. При запертом ключе 1 ток обмотки 3 (з) замыкается по следующему контуру: обмотка 3, диод 6, далее разветвляется на параллельно включенные обмотку 5 и конденсатор 8, за тем замыкается на обмотку 3. Так как в обмотке 5 возникает ЭДС самоиндукции, стремящаяся сохранить прежнее значение тока (равное нулю), то величиной тока через обмотку Ь по сравнению с током заряда конденсатора 8 можно пренебречь. Таким образом, энергия, запасенная в магнитном поле обмотки 3, почти полностью преобразуется в энергию заряженного конденсатора 8. Ток заряда конденсатора 8 изменяется по коси нусоидальному закону, а напряжение на нем - . по синусоидальному. Процесс заряда проходит в течение четверти периода собственных колебаний колебательного контура Ь,.Са, где Ь - индуктивность обмотки 3, Св - 45 емкость конденсатора 8 (отрезок времени от момента отключения до О (от 0 до т, фиг.2);Относительная. амплитуда напряженияна конденсаторе зависит от соотношения 50 .з, Са и практически не зависит от величины сопротивления потерь обмотки 3 и других паразитных параметров при реальной величине Св (много большей паразитных емкостей). 55В момент г 1 ток заряда Св становитсяравным нулю, а напряжение на нем максимально, при этом диод 6 запирается, Таким образом напряжение на Св оказывается приложенным к запертому диоду 6, а не к запертому ключу 1, т,е, запертый ключ 1 устройства оказывается в облегченном по сравнению с известным устройством.В течение отрезка времени т 1-т 2 диод 6 заперт и Сэ перезаряжается через обмотку 5 с индуктивностью Ь. Процесс перезаряда длится в течение половины периода собственных колебаний контура в, Св, В этот период под действием магнитного поля обмотки 6 (возбужденной токсМ перезаряда Св).происходит выключение электромагнитного переключающего устройства. Практически вся энергия конденсатора Св расходуется в период т 1 - т 2 на механическую работу выключения переключающего устройства. В период 12 - тз конденсатор Св перезаряжается через параллельно включенные. .з,в в течение половины периода собственных колебаний контура .зхЬ/(.з+ + Б), Св, который имеет, минимальный период относительно двух других рассмотренных выше контуров. В момент тз диод 6 запирается и повторяется процесс перезаряда, аналогичный процессу, происходящему в отрезок времени 11 - 12. Практически вся энергия магнитного поля израсходована в период т 1-12 и амплитуды последующих стадий процесса чрезвычайно малы - на фиг.2 показаны условно. На фиг.2 обозначены з - ток через обмотку 3,б - ток через. обмотку 5, Ос - напряжение на конденсаторе 8.Таким образом, выключение переключающего устройства под действием магнитного поля обмотки 6 (в период с с по 12, фиг,2), которое складывается с действием возвратной пружины (или другого аналогичного элемента) происходит даже если неуправляемый ток запертого ключа 1 больше тока удержания обмотки 3, что обеспечивает повышение надежности выключения.Плавное аварийное снижение напряжения источника питания И(ИЛИ) цепей управления ключевого элемента 1 не вызывает ЗДС самоиндукции обмотки 3 значительной величины. При скачкообразном снижении напряжения питания ЭДС самоиндукции замыкается через открытый ключевой элемент 1 и диод 7, а не заряжает конденсатор 8.Произвольное выключение механизма возможно только при снижении тока через обмотку 3 меньше значения тока удержания обмотки 3, которое может быть в конкретной реализации устройства выбрано практически любым, так как не лимитировано снизу требованием по надежности отключения.Таким образом, предлагаемое техническое решение значительно проще по сравнению с известным, так как в нем при.Пап еда Тираждарственного комитете по из 113035, Москва, Ж, Р Подписноеетениям и открытиям при ГКНТ СССР ская наб., 4/5 аз 11858 НИИПИ Г Производственно-издательский комбинатГ 1 атент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 сохранении функций устройства уменьшеноколичество радиозлементов, причем еще .более уменьшено количество радиоэлементов в горячей зоне. Транзистор ключевогоэлемента работает в облегченном. режиме 5благодаря введенному конденсатору, т.е.импульс напряжения при выключении, действующий на запертый ключевой элемент,имеет ограниченную амплитуду и нормированную длительность, которые значительно 10стабильнее по сравнению с известным устройством при технологических разбросахпаразитных параметров исполнительного .устройства и климатических воздействиях;По вышеприведенным причинам првдлагаемое техническое решение обладает большей надежностью, чем известное,Также за счет введения конденсатора нормируется время выключения устройст ва, так как выключение происходит в период от о до 1 г (фиг.2), что обеспечивает воэмож- ность создания более надежных (за счет упрощения корректирующих звеньев) и, устойчивых систем автоматического управ ления, содержащих звенья с дистанционными переключающими устройствами,имеющими нормированное время выключения).Масса предлагаемого устройства меньше массы известного так как линия связи имеет один провод, а не два,Формула изобретения Дистанционное переключающее устройство, содержащее ключевой элемент, первый силовой вывод которого соединен с питающей. шиной, а управляющий вывод - с шиной управления, первую обмотку исполнительного механизма, присоединенную первым выводом через протяженную линию связи к второму силовому выводу ключевого элемента, вторую обмотку исполнительного механизма, подключенную к первой обмотке через первый диод, включенный встречно по отношению к питающему напряжению, второй диод, о т л и ч а ю щ е е с я -тем, что, с целью повышения надежности в работе, введен конденсатор, который. включен параллельно второй обмотке исполнительного механизма, второй диод включен между питающей шиной и землей встречно по отношению к питающему напряжению, а второй вывод первой обмоткйислолнительного механизма соединен с землей.