Устройство для управления электромагнитом

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК ПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕ(56) Патент ФРГ Ркл. Н 01 Р 7/18, 1Авторское свидеУ 983768, кл. Н О 1 У 9н, Н.С.Кононова,чкарев,Бауков088.811613145,978.тельство СССРР 7/18, 1981.УПРАВЛЕШИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(57) Изобретение относится к электр аппаратостроению. Цель изобретения состоит в расширении области применения устройства путем уменьшения времени подготовки к следующему вкл чению, Для этого в устройстве, осуществляющем Ьазоимпульсное управление питанием электромагнита и содержащем управляемый блок 1 питания управляемый генератор 16 импульсов,Фазосмещающее устройство 18 в виде последогательно соединенных конденса, тора 19, первого резистора 20 и первого диода, стабилитрон 1 О, второй диод 4, второй резистор 11, выводы для подключения обмотки 3 электромагнита и узел разряда конденсатора, указанный узел выполнен в виде управляемого порогового устройства 24, содержащего блок 25 сравнения и управляемый ключ 26, и блока формирования опорного напряжения БФОН) 33. Происходит сравнение напряжения на выходе БФОНи напряжения на конденсаторе 19 Аазосдвигающего устройства, После отключения устройства йФ от сети напряжение на выходе БФОНпадает, когда оно становится меньше напряжения на конденсаторе 19, по" следний закорачивается. За счет это- С, го время разряда конденсатора, а следовательно, и время возврата устройства в исходное состояние незначительно. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.1295458 2мого блока 1 питания, а вход 37 подключен к аноду 8 стабилитрона 9.Один из возможных вариантов конкретного выполненияустройства представлен на фиг.2.Управляемый блок 1 питания содержит выпрямительный мост 38 и два ти ристора 39 и 40. Положительный 41 иотрицательный 42 полюсы выпрямительного моста 38 образуют соответственноположительный 12 и отрицательный6 полюсы блока 1 питания, а катод 43тиристора 39 и катод 44 тиристора 40,соединенные между собой, образуют .управляемый положительный полюс 13блока 1. Управляющие электроды 45и 46 тиристоров 39 и 40 соединенымежду собой через параметрическиерезисторы 47 и 48 и образуют вход23 блока 1 питания.Управляемый генератор 16 импульсов выполнен на однопереходном транзисторе 49, первая база 50 которогоявляется его выходом 22 и присоединена к входу 23 блока 1 питания,вторая база 5 подключена через резистор 52 к входному зажиму 14,который соединен с анодом 53 диода54, катод которого через резистор 55подключен к эмиттеру 56 транзистора49. Входной зажим 15 генератора 16подключен к эмиттеру 56 через пороговый конденсатор 57, а управляющийвход 17 также соединен с эмиттером56 транзистора 49. При этом пороговый конденсатор 57 выполнен со зна-.,чительно меньшей емкостью, чем конденсатор 19. нию. Изобретение относится к электроаппаратостроению и может быть использовано для форсированного включения электромагнитных устройств постоянного тока при их питании от сети 5 переменного тока, в частности в при" воде тормозных систем двигателей со встроенным электромеханическим тормозом.Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей устройства путем уменьшения времени подготовки к следующему включе-; 15На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 принципиальная схема одного иэ возможных вариантов конкретного исполнения при двухполупериодном выпрям лении питающего напряжения; на фиг.З- схема управляемого блока питания при однополупериодном выпрямлении. Устройство для управления электромагнитом содержит управляемый блок 1 питания, питающийся от сети 2. Обмотка 3 электромагнита, эашунтированная первым диодом 4, подключена одним выводом 5 к отрицательному полюсу 6 блока 1 питания, а другим выводом 7 подключена к аноду 8 стабилитрона 9. Катод 10 последнего через первый резистор 11 соединен с положительным полюсом 12 блока 1 питания, управляе мый положительный полюс 13 которого подключен к выводу 7 обмотки 3. Параллельно стабилитрону 9 подключены входные зажимы 14 и 15 управляемого генератора 16 импульсов, управляющий 40 вход 17 которого подключен к катоду 10 стабилитрона 9 через фазосдвигающую цепь 18, содержащую последовательно соединенные конденсатор 19, второй резистор 20 и второй диод 21. Выход 22 генератора 16 импульсов подключен к входу 23 блока 1 питания, Управляемое пороговое устройство 24 содержит блок 25 сравнения и управ-. ляемый ключ 26. Входы 27 и 28 блока 25 подключены параллельно конденсатору 19, а входы 29 и 30 блока 25 соединены с выходами 31 и 32 блока 33 формирования опорного напряжения, Выход 34 блока 25 подключен к управляющему входу 35 управляемого ключа 26, который включен параллельно конденсатору 19. Вход Зб блока 33 подключен к положительному полюсу 12 управляеБлок 33 формирования опорного напряжения содержит последовательно соединенные третий диод 58, третий резистор 59 и второй конденсатор 60, зашунтированный вторым стабилитроном 61, Вход 36 блока 33 соединен с анодом 62 третьего диода 58, а вход 37 соединен с вторым конденсатором 60 и анодом 63 второго стабилитрона 61. Выходы 31 и 32 бло; ка 33 подключены параллельно второму конденсатору 60.Управляемое пороговое устройство 24 содержит транзистор 64, эмиттерно-коллекторный переход которого подключен параллельно конденсатору 19, а коллекторно-базовый переход через четвертый диод 65 подключен параллельно четвертому резистору 66, причем с коллектором 67 транзистора45 64 соединен катод 68 четвертого диода 65. Четвертый резистор 66 нодключен параллельно второму конденсатору 60.При выполнении управляемого блока 1 питания при однополупериодном выпрямлении питающего напряжения (фиг.3 ) блок 1 содержит диод 69 и тиристор 70.Устройство работает следующим 10 образом.При подключении устройства к питающей сети 2 управляемый генератор 16 импульсов формирует на своем выходе 22 управляющий импульс, при чем за счет того, что конденсатор 19 разряжен, этот. импульс сдвинут по фазе в сторону запаздывания относительно начала положительного полу- периода питающего напряжения на ми нимальную величину. Зтот импульс подается на вход 23 управляемого блока 1 питания, за счет чего на его управляемом положительном полюсе 13 появляется потенциал также с минимальным сдвигом по фазе относительно начала положительного полупериода питающего напряжения. Следовательно,к обмотке 3 электромагнита прикладывается максимальное выпрямленное напряжение и по ней протекает максимальный пусковой ток. При переходе полуволны питающего напряжения через нуль потенциал на полюсе 13 блока питания исчезает. На следующем по лупериоде зарядный ток конденсатора 19 уменьшается, так как он заряжен до определенного напряжения, за счет чего Фаза управляющего импульса, формируемого генератором 16 импульсов, сдвигается по сравнению с Фазой первого импульса в сторону запаздывания. Тогда появление потенциала на управляемом положительном полюсе 13 блока 1 питания также смещается в сторону запаздывания и средняя величина прикладываемого к обмотке 3 электромагнита напряжения уменьшается, соответственно уменьшается ток, протекающий по ней50 1По мере заряда конденсатора 19 фазосдвигающей цепи 18 каждый после. - дующий импульс, Формируемый генератором 16, сдвигается Но Фазе относительно предыдущего в сторону запаздывания, за счет чего фаза, при которой появляется потенциал на управляемом положительном полюсе 13,смешается в сторону еще больших углов. Таким образом, средняя величига тока за полупериод, протекающая по обмотке 3 электромагнита уменьшается до величины тока удержания. Этим самым форсируется процесс срабатывания электромагнита, причем длительность режима форсировки определяется постоянной времени заряда конденсатора 19.Пока к устройству подключен источник питания, конденсатор 19 держит неизменным то напряжение, до которогю он зарядился, так как диод 21 запирает цепь его разряда, а управляемый ключ 26 разомкнут. Последнее обусловлено тем, что напряжение, формируемое блоком 33 Формирования опорного напряжения на своих выходах 31 и 32, в режиме форсировки также постепенно увеличивается, оставаясь при этом все время на определенную величину больше напряжения на конденсаторе 19. За счет этого сигнал на выходе 34 блока 25 сравнения отсутст- вует, так как блок 25 выполнен так, что этот сигнал появляется только вв том случае, когда напряжение, подаваемое на его входы 29 и 30 с выходов 31 и 32 блока 33,меньше напряжения, подаваемого на входы 27 и 28 с конденсатора 19. Вследствие этого отсутствует сигнал на управляющем входе 35 управляемого ключевого элемента 26, и он остается все время разомкнут.1После отключения устройства от источника питания за время, равное по величине длительности двух-трех полупериодов питающего напряжения, блок 33 Формирует на своих выходах 31 и 32 напряжение. меньшее по вели" чине напряжения конденсатора 19, На выходе 34 блока 25 сравнения при этом появляется сигнал, который подается на управляющий вход 35 ключа 26, и он замыкается, обеспечивая быстрый разряд конденсатора 19. Зто и обуславливает малое время возврата устройства в исходное состояние, т,е. повышает его быстродействие.Устройство, схема которого приведена на Фиг.2, работает следующим образом.В исходном состоянии конденсатор 19 фазосдвигающей цепи 8 разряжен, поэтому после включения устройства пороговый конденсатор 57 на 295458чинает заряжаться па двум параллельным цепям: по первой цепи черездиод 54 и резистор 55, по второй цепи через диод 21, резистор 20 и конденсатор 19. Одновременно начинаетзаряжаться конденсатор 60 блока 33Формирования опорного напряжения,при этом постоянная времени зарядаконденсатора 60 обеспечена.меньшей,чем постоянная времени заряда конденсатора 19. Следовательно, напряжение, до которого за определенноевремя заряжаетсч конденсатор 60,больше напряжения, да которого зато же .время зарядится конденсатор19. При достижении на конденсаторе57 напряжения, равного напряжениюсрабатывания однопереходнога транзистора 49, конденсатор 57 разряжается через эмиттерную цепь аднопереходного транзистора 49, параметрические резисторы 47 и 48 и управляющие электроды 45 и 46 тиристаров 39и 40. Последние при этом открывают -ся и по обмотке 3 электромагнитапротекает ток ат управляемого положительнога полюса 13 к отрицательному полюсу б блока 1 питания., В открытом состоянии тристары 39 и 40шунтируют цепь из первого резистора 11 и стабилитрона 9, за счетчего заряда порогового конденсатора 57 в это время не происходит,При этом конденсатор 60 начинаетразряжаться через резистор 66, причем постоянная времени цепи ега разряда выбрана такой, чта за то время,пока тиристары 39 ч 40 нахоцятся воткрытом состоянии, напряжение наконденсаторе 60 остается больше конденсатара 19, который держит неизменным та напряжение, до которого анзарядился за время от начала включения устройства до открытия тиристорав 39 и 40, так как цепь :-а разряда заперта вторым диодом 21, атранзистор 64 закрыт. Эта обусловлено тем,что напряжение, прикладываемое к эмиттерно-каллектарнаму переходу транзистора 64 ат конденсатора19, меньше напряжения, прикладываемого к коллекторно-базовому переходу от конденсатора 60,Тиристоры 39 и 40 открыты да перехода полуволны тока через нуль, В начале второго полупериода тиристары 39 и 40 закрыты. Пороговый конденсатор 57 начинает заряжать.я только5 10 15 20 25 30 35 40 Я 50 55 па первой цепи через диод 54 и резис - тар 55 да тех пор, пока мгновенное значение напряжения не превысит напря жения на конденсаторе 19. После это го конденсатор 57 начинает заряжаться и па второй паралельнай цепи. Следова тельно, время, за которое он набирает напряжение, равное напряжению срабатывания транзистора 49, увеличивается, за счет чего фаза включения тиристаров 39 и 40 смещается в сторону больших углов. С каждым палупери одом напряжение на конденсаторе 19 повышается и Фаза включения тиристорав 39 и 40 смещается в сторону еще больших углов. Тем самым средняя величина тока, протекающего по обмотке 3 электромагнита, снижается от величины пускового тока да величины тока удержания, т.е. обеспечивается Форсированное включение электрамаг нита, П 1 и этом на каждом цикле включения 1 т.е. на каждой палуволне питающего напряжения) как в режиме Фарсировки, так и в установившемся рекиме работы транзистор 64 остается закрытым, так как с каждым циклом напряжение на конденсаторе 60 увеличивае 1 ся, ос.таваясь всс время больше напряжения на конденсаторе 19, причем продолжительность разряда конденсатора 60 после открывания тиристоров 39 и 40 в каждом последующем цикле уменьшается за счет увеличения углов зажигания тиристарав 39 и 40.1Продолжительность разряда конденсатора 60 макс.имальна на самом первом цикле и составляет не более одной полонины периаца питающего напря-. жения.После отключения устройства ат сети продолжительность разряда конденсатора 60 не ограничивается и за время, равное по величине времени двух-трех палупериадав питающего напряжения ан разряжается да такой величины, при которой напряжение, прикладываемае от нега к канденсатсрна-базаваму переходу транзистора 64, меньше напряжения, прикладываемаго к эмиттерна-каллекторному переходу ат конденсатора 19, Транзистор 64 открывается и поскольку сопротивление включенного транзистора незначительно, праисхоцит быстрый разряд конденсатора 19, чта и обуславливает малое время возврата устройства в исходное состояние.Наличие второго стабили 1 рона 61, подключенного параллельно конденсатору 60, обеспечивает время возврата устройства в исходное состояние независимым от фазы, которую имеет питающее напряжения в момент отключения, за счет стабилизации напряжения на конденсаторе 60.Предлагаемое устройство управления электромагнитом обладает повышенным быстродействием за счет уменьшения времени подготовки к следующему включению. Одновременно увеличивается допустимая частота включения в единиу времени, что расширяет область применения устройства.Формула и з о б р е т е н и я1. Устройство для управления электромагнитом, содержащее управляемый блок питания, управляемый генератор импульсов, фазосдвигающую цепь, стабилитрон, диод, резистор, узел разряда конденсатора и выводы для подключения обмотки электромагнита, причем отрицательный полис управляемого блока питания соединен с анодом диода и с одним из вь.водов для подключения обмотки электромагнита, другой вывод для подключения которой соединен с катодом указанного диода и с анодом стабилитрона, катод которого через резистор соединен с положительным полюсом управляемого блока питания, управляемый положительный полюс которого соединен с анодом стабилитрона, па-. раллельно стабилитрону подключены входные выводы управляемого генератора импульсов, управляющий вход которого подключен к катоду стабилитрона через фазосдвигающую цепь, включающую в себя последовательно соединенные конденсатор, второй резистор и второй диод, выход управляемого генератора импульсов подключен к входу управляемого блока питания, а параллельно конденсатору подключен узел разряда конденсатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей путем уменьшения времени подготовки к следующему .включеию, узел разряда конденсатора выполнен в виде управляемого порогового устройства, содержащего блок сравнения и управляемый ключ, и блока5 формирования опорного напряжения,причем один из входов блока сравнения подключен к конденсатору, другойего вход соединен с выходом блокаформирования опорного напряжения,первый вход которого подключен к положительному полюсу управляемого блока питания, а второй вход подключенк аноду стабилитрона, выход блокасравнения подключен к управляющемувходу управляемого ключа, подключенного параллельно конденсатору.2. Устройство по п.1, о т л и -ч а ю щ е е с л тем, что блок дрормирования опорного напряжения выполнен в виде цепи из последовательносоединенных третьего диода, третьего резистора и второго конденсатора,причем к положительному полюсу управ-.ляемого блока питания указанный перый вход блока формирования опорногоапряжения подключен анодом третьегодиода, а вывод указанного второговхода блока формирования опорного30напряжения, соединенного с анодомстабилитрона, подключен к одному извыводов указанного второго коденсатора, второй вывод которого подключен к другому входу блока сравнения,3, Устройство по п.2, о т л и -ч. а ю щ е. е с я тем, что,в него вве.ден второй стабилитрон, который подключен параллельно второму конденсатору, причем его катод соединен через третий резистор с катодом третье 40го диода.4. Устройство гоп.2, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что управляемое пороговое устройство выполненов виде транзистора, четвертого дио 45да и четвертого резистора, причемэмиттерно-коллекторный переход транзистора подключен параллельно конденсатору, а коллекторно-базовый переход через четвертый диод подключенпараллельно четвертому резистору,которь подсоединен параллельно второму конденсатору, причем с коллектором транзистора соединен катод четвертого диода,1295458 Составитель А. Каретникоактор И.Николайчук Техред А,Кравчук орректор Л.11 илипенко 11 одписное аущская н лиграфическое предприлтие, г.Ужгород, ул. 11 роектлая,вноцственно Е 23/58 ВН 1 ПП 1 И Государ по делам изо 113035, Москва,Жраж 699 енного комитета тений и открыти