Устройство для управления электромагнитом

(51) 4 Н 01 Г 7 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ С ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТН РТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯИ АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Фцг.(46 ) 30,07.86. Бюл, 9 28 (71 ) Институт электродинамики АН УССР и Специальное конструкторско- техническое бюро Института электродинамики АН УССР(53) 621.318.3-5 (088.8) (56 ) Ратмирова В,А. Основы программного управления станками. М.: Машиностроение, 1978, с. 167.Авторское свидетельство СССР Ф 752517, кл, Н 01 Е 7/18, 1978, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТОМ(57) Изобретение относится к устройствам для управления электромагнитными устройствами с линейно перемещающимися рабочими органами. Цель изобретения - повышение надежности и расширение эксплуатационных возможностей, При подаче питания и сигнала запуска в виде короткого импульса единичного уровня на второйвход элемента ИЛИ 13, на первый входкоторого поступает сигнал нулевогоуровня с выхода второго элементасравнения (ЭС) 15, сигнал запускапроходит через элемент ИЛИ 13 навторой вход триггера (Т) 12, который устанавливается в такое состояние, что на его первом выходе появляется потенциал, а на втором выходе потенциал отсутствует. С первоговыхода Т 12 потенциал поступает напервый вход интегратора 14. На еговыходе напряжение начинает возрастать по линейному закону и поступает на первый вход ЭС 15, на второйвход которого поступает опорное напряжение. В момент сравнения этихнапряжений на выходе ЭС 15 появляется сигнал единичного уровня. Он1247952 поступает на первый вход элементаИЛИ 13 и на второй вход Т 12, неизменяя его выходного состояния, Одновременно потенциал с первого выхода Т 12 подготавливает к работеамплитудный детектор ,АД ) 10. Этотже потенциал через формирователь 16импульсов запуска поступает на управ.пяющий электрод тиристора 5, включая его. По цепи катушки 1 начинаетпротекать ток, заряжая конденсатор(К) 8. С измерительного резистора 9напряжение подается на вход АД 10 ина первый вход ЭС 11, В момент трогания якоря ток н кат лдке 1 уменьшается, а в конце рабочего хода увели.чивается. На АД 10 происходит запоминание и хранение максимума тока н катушке 1 н момент трогания якоря. ЭС1 формирует импульс н момент сраннения мгновенных значений поступающихна его вход напряжений. В момент формирования заднего фронта, который 1Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для упранления.электромагнитами и электромагнитными машичами с линейно перемещающимися рабочими органами, и может быть использовано для управ ления однотактными электромагнитными вибраторами, прессами, молотами и другими, работающими преимущественно в автоматическом режиме и применяемыми в машиностроении, строительстве, горком деле.Цель изобретения - поньддение надежности и расширение эксплуатацион-ных воэможностей при работе электромагнита в автоматическом режиме при изменяющейся механической нагрузке.На фиг, 1 приведен электромагнит, общий вид; на фиг. 2 - электрическая схема устройства; на фиг. 3 - диаграммы режимов работы устройства для управления электромагнитом; на фиг, 4 - одна из возможных схем амплитудного детектора; на фиг. 5 диаграммы работы прототипа (фиг, 5 ц25 и предлагаемого устройства 1 фиг, 58, объясняющие повьдпение надежности и поступает на первый вход Т 2, изменяя его выходное состояние на противоположное, на втором выходе Т 12появляется потенциал, а с первого выхода он снимается. Потенциал с второго выхода Т 12 поступает на второйгход интегратора 14, на выходе которого напряжение линейно уменьшается,и через формирователь 6 импульсовзапуска - на управляющий электродтиристора 6, при открывании которогона аноде тиристора 5 появляется короткий импульс отрицательного напряжения, Тиристор 5 запирается, и токчерез индуктивную катушку 1, резистор 9, источник питания тиристора 6,К 8 уменьшается цо нуля, осуществляяперезаряд К 8. На ЭС 15 формируетсясигнал нулевого уровня, который черезпервый вход элемента ИЛИ 13 поступает на второй вход Т 12, возвращаяего в исходное состояние, Процессработы повторяется. 5 ил. расширения эксплуатационных возможностей.Схема устройства для управления электромагнитом содержит индуктивную катушку 1 окруженную магнитопроводом 2 с якорем 3 и возвратной пружиной 4, основной тиристор 5, вспомогательный тиристор 6, резистор 7, конденсатор 8, измерительный резистор 9, амплитудный детектор 10, элементсравнения, триггер 12, элемент ИЛИ 13, интегратор 14, второй элемент 15 сравнения, формирователь 16 импульсов запуска. На второй вход 17 элемента ИЛИ 13 поступает сигнал запуска устройства, а на второй вход 18 второго элемента 5 сравнения - опорное напряжение.На фиг. 3 представлены диаграммы 19-25 режимов работы устройства. Одна из возможных схем амплитудного детектора 10 (фиг. 4 ) состоит иэ операционных усилителей 26 и 27, резистора 28 обратной снязи, диода 29, конденсатора 30, зашунтированного ключом 31, Вход 32 является входом амплитудного детектора 10(фиг, 4 ), вход 33 - управляющим входом, а выход 34 - выходом амплитудного детектора 10.Устройство работает следующим образом,Когда подается питание и сигналзапуска устройства в виде короткого импульса единичного уровня навторой вход элемента ИЛИ 13, на первый вход которой в это время приходит сигнал нулевого уровня с выхода второго элемента 15 сравнения,тогда сигнал запуска проходит черезэлемент ИЛИ 13, поступая на второйвход триггера 12.1Триггер 12 устанавливается втакое состояние, что на его первомвыходе появляется потенциал (поз 22,фиг, 3 ), а на втором выходе потенциал в это время отсутствует (поз,225, фиг. 3 ), Потенциал с первоговыхода триггера 12 поступает на первый вход интегратора 14, на выходекоторого напряжение начинает возрастать по линейному закону (поз, 23 4,25фиг, 3 ), Это напряжение поступаетна первый вход второго элемента 15сравнения, на второй вход которогопоступает опорное напряженке (поз.23 6, фиг, 3 ), В момент сравненияэтих напряжений на выходе второго30элемента 15 сравнения появляетсясигнал единичного уровня (поз. 24,фиг, 3 ), поступающий на первый входэлемента ИЛИ 13, на втором входекоторого поддерживается сигнал нулевого уровня, и поступает на второй вход триггера 12, не изменяяего выходных состояний.Одновременно потенциал с первоговыхода тркггера 12 поступает науправляющий вход 33 амплитудного детектора 10, размыкая ключ 31, который шунтирует конденсатор 30 (фиг.4 ),подготавливая амплитудный детектор1 О к работе, этот же потенциал черезформирователь 16 импульсов запускапоступает на управляющий электродосновного тиристора 5, включая его,Тиристор 5 оказывается в открытомсостоянии и по цепи индуктивной катушки 1 начинает протекать ток, одновременно происходит заряд конденсатора 8 по цепи положительный полюсисточника питания - тиристор 5, конденсатор 8, резистор 7 - отрицательный полюс источника питания, закан%чивающийся обычно через время 3.,где 7 = Н С - постоянная времени цепи 79524заряда, С измерительного резистора9 падение напряжения, пропорциональное току катушки, подается на входамплитудного детектора 10 и на первый вход элемента 1 сравнения.В момент трогания якоря 3 ток вкатушке(поз. 19, фиг, 3) уменьшается до определенного значения, азатем при остановке якоря в концерабочего хода увеличивается. На амплитудном детекторе 10 происходитзапоминание и хранение максимума тока(поз. 20, на фиг. 3 ) в катушкевмомент трогания якоря 3, Элемент 11 5сравнения производит сравнение мгновенных значений, поступающих на еговход напряжений, формируя импульсв момент их разности. Когда напряжение (поз, 20, фиг. 3 ) с амплитуд- Оного детектора 10 превосходит величину напряжения (поз. 19, фиг. 3) сизмерительного резистора 9, формируется передний фронт импульса (поз.21, фиг. 3 ) на выходе элемента 11сравнения, после отработки рабочегохода и остановки якоря 3 ток в катушкеувеличивается, и в моментсовладения возрастающего напряженияна измерительном резисторе 9 (поз.19,фиг. 3 ) и напряжения, хранимого наамплитудном детекторе 10 (поз, 20, фиг. 3 ), происходит формирование заднего фронта импульса (поз, 21, фиг.З ), который поступает на первый вход триггера 12, изменяя его выходныесостояния на противоположные. На втором выходе триггера 12 появляется потенциал (поз, 25, фиг. 3 ), а с первого выхода он снимается (поз, 22, фиг. 3), Потенциал с второго выхода триггера 12 поступает на второй вход интегратора 14, на выходе которого напряжение начинает линейно уменьшаться (поз.22, фиг.З), и одновременно через формирователь 16 импульсов запуска - на управляющий электрод вспомогательного тиристора б, открывая его. При открывании тиристора 6 на аноде тиристора 5 появляется короткий импульс отрицательного напряжения. Тиристор 5 запирается, и ток через индуктивную катушку 1, измерительный резистор 9, источник питания тиристора б, конденсатор 8 быстро уменьшается до нулевого значения, осуществляя перезаряд конденсатора 8, На втором элементе 15 сравнения при сравнении поступающих на его входы линейноГуменьшающегося (а ) и опорно го Л )напряжений (поз. 23, фиг, 3 ) происходит формирование сигнала нулевогоуровня (поз. 2 ч, фиг, 3 ), которыйчерез первый вход элемента ИЛИ 13поступает на второй вход триггера12, возвращая его в исходное состояние. После этого весь пооцесс работы устройства повторяется,)ОТаким образом, по сравнению спрототипом введение интегратора,второго элемента сравнения, элемента ИЛИ и амплитудного детектора позволяет повысить надежность и рас 15ширить функциональные возможностипри работе электромагнита в автоматическом режиме при изменяющейся механической нагрузке. Это достигается путем запоминания максимума тока20в катушке в начале движения якоря,равнивая его с током катушки послеокончания движения якоря, когда токв катушке снова начинает возрастать,фиг.5 Б). В прототипе отключение25катушки происходит тогда, когдадвижение якоря еще не окончилосьотключение происходит на ниспадающем участке кривой 35 тока (фиг,5 о)и при изменении механической нагрузЗОки возможны сбои в работе,Кроме того, в прототипе регулирование поступающей энергии в катушкуэлектромагнита изменением периодапроводимости основного тиристоравозможно только в узком диапазонениспадающего участка кривой 35 тока(фиг. 5 о) изменением уровня напряжения О, однако при работе электромагнита в ав".оматическом режиме приизменяющейся механической нагрузкеуровень напряжения О остается постоянным и может регулироваться только вручную изменением положения движка потенциометра, а кривая 35 тока(фиг. 5 с) изменяется согласно с из в 45менением тока. в катушке. Если максимум кривой 35 тока приближается куровню напряжения 36 (фиг. 5 а) этоприводит к преждевременному отключению катушки, когда поступившеи в нееэнергии недостаточно для перемещения якоря, и, наоборот, при уменьшении нагрузки минимум кривой 35 тока(фиг. 5 а) может не достичь заданногоуровня напряжения 0 (фиг. 5 а), чтоприведет к сбою в работе устройства,В предлагаемом устройстве периодпроводимости основного тиристора автоматически в.дбирается больше рабо - чего хода якоря (фиг. 5 ), при этом поступающую в катушку энергию можнорегулировать не только изменением величины напряжения источника питания,но и выбором соответствуюшей емкостиамплитудного детектора (кривая 37,фиг, 5 , сводя к минимуму необходимую для полного перемещения якоряэнергию без ухудшения надежности работы устройства, так как отключениекатушки от источника питания независимо от изменения механической нагрузки идет всегда после окончания рабочего хода якоря, когда ток в катушке начинает снова нарастать,Регулировкой величины опорногонапряжения (поз. 23 о, фиг. 3 ) придостаточной жесткости возвратнойпружины электромагнита можно менятьдлительность интервала между включениями катушки ,интервал обратного хода якоря под действием возвратной пружины в исходное состояние), что позволяет изменять рабочую частоту электромагнита, улучшая тем самым эксплуатационные характеристики,Ф о р м у л а и з о б р е т е н и яУстройство для управления электромагнитом с линейно перемещающимсяякорем, содержащее выводы для подключения обмотки электромагнита, основной и вспомогательный тиристоры, конденсатор, два резистора, элемент сравнения, триггер, формирователь импульсов запуска, выводы для подключения источника питания и вывод для подключения источника опорного напряжения, причем вывод для подключения положительного полюса источникапитания соединен с анодами основного и вспомогательного тиристоров, катод вспомогательного тиристора через первый резистор соединен с выводом для подключения отрицательного полюса источника питания и одним из вы - водов второго резистора, другой вывод которого подключен к первому вхо - ду элемента сравнения и одному из выводов для подключения обмотки электромагнита,. другой вывод для подключения которой соединен с катодом основного тиристора непосредственно и с катодом вспомогательного тиристора - через конденсатор, выходвэлемента сравнения соединен с пер -вым входом триггера, первый и второй выходы которого через формирователь импульсов запуска соединеныс управляющими электродами тиристоров, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения надежностии расширения эксплуатационных возможностей, в него введены интегратор, второй элемент сравнения, амплитудный детектор и элемент ИЛИ,причем вход амплитудного детекторасоединен с первым входом первогоэлемента сравнения, его выходы - с 1247952вторым входом указанного элемента сравнения, а управляющий вход - с первым выходом триггера, входы интегратора подключены к выходам триггера, его выход соединен с одним из входов второго элемента сравнения, другой вход элемента сравнения соединен с выводом для подключения источника опорного напряжения, а его1 р выход подключен к одному их входовэлемента ИЛИ,выходкоторого соединен .с вторым входомтриггера,адругой входэлФ.мента ИЛИявляется входом устройства.1247952 Составитель А. Каретников Техред О.Гортвай Корректор О, Луговая Редактор М. Петрова Заказ 4133/53 Тираж 643 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035 Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5