Устройство для управления электромагнитом

(54) УСХРОЙСРОМАГНИТОМ У ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ИСАНИЕ ИЗОБР А В"ГОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт электродинамики АН УССР и Специальное конструкторско-технологическое бюро Института электродинамики АН УССР(56) Ратмиров В.А. Основы программного управления станками. - М.: Машиностроение, 1978, с.167, рис,7.Авторское свидетельство СССР У 752517, кл. Н 01 Р 7/18, 1978,Авторское свидетельство СССР В 1247952, кл. Н 01 Р 7/18, 1984. О ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕК(57) Изобретение относится к областиэлектротехники, в частности к устройствам для управления электромагнита:ми и электромагнитными машинами слинейно перемещающимися рабочимиорганами. Изобретение может быть использовано для управления однотактными электромагнитными вибраторами,прессами, молотами и др., работающи-.ми преимущественно в автоматическомрежиме и применяемыми в машиностроении, строительстве, горном деле.Целью изобретения является повышениеКПД устройства. Устройство осуществ"ляет импульсное питание обмотки 11295459 электромагнита. При подаче запускающего сигнала на вход 24 элементаИЛИ 14 через другой элемент ИЛИ 17и формирователь импульсов запуска 22открывается вспомогательный тиристор6, При этом осуществляется заряд конденсатора 7, Одновременно этим жесигналом переключается триггер 13 ичерез инвертор 20 блокируются элементы И 18 и 19. После заряда конденсатора 17 управляющий импульс с входа24 снимается. Элементы И 18 и 19деблокируются, Импульсом единичногоуровня с выхода элемента И 18 подготавливается амплитудный детектор 11.Этот же импульс поступает на входФормирователя импульса запуска 22, свыхода которого сигнал поступает науправляющий электрод основного тиристора 5, открывая его, При этом конденсатор 7 перезаряжается по цепи:основной тиристор 5, дроссель 10,диод 9. Одновременно закрываетсявспомогательный тиристор 6. При открывании тиристора 5 через индуктивную нагрузку начинает протекать ток,изменяющийся по определенному закону. Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для управления электромагнитами и электромагнитными машинами с линейно перемещающимися рабочими органа ми, и может быть использовано для управления однотактными электромагнитными вибраторами, прессами, молотами и др., работающими преимущественно в автоматическом режи;,е и приЮ меняемыми в машиностроении, строительстве, горном деле.Целью изобретения является повышение КПД устройства.На фиг.1 приведен электромагнит; на фиг.2 - электрическая схема устройства; на фиг,3 - диаграммы режимов работы устройства для управления электромагнитом; на фиг.4 - одна из возможных схем амплитудного детекто-ра.Устройство для управления электромагнитом содержит индуктивную катушку 1, окруженную магнитопроводом 2 Амплитудный детекторпроизводитзапоминание и хранение максимуматока в обмотке 1 в момент троганияякоря. Первый элемент сравнения 12сравнивает напряжения с выхода датчика тока 8 и амплитудного детектора 11. На выходе элемента сравнения12 Формируется импульс, на заднемфронте которого переключается триггер 13. При этом на выходе элементаИ 19 формируется положительный импульс, который через элементы 17и 21 открывает вспомогательный тиристор 6. При открывании тиристора 6тиристор 5 закрывается, а конденсатор 7 перезаряжается. На выходе второго элемента сравнения 16 при сравнении поступающих на его входы опорного напряжения и линейно уменьшающегося формируется импульс, который инвертируется и дифференцируется. Импульс положительной полярности с выхода дифференцирующей цепи 23 поступает через элемент ИЛИ 14 на входтриггера 13, переключая его. Далеевесь процесс работы устройства повторяется. 4 ил. с якорем 3 ч возвратной пружиной 4, основной 5 и вспомогательный 6 тиристоры конденсатор 7, датчик 8 тока, диод 9, дроссель 10, амплитудный де- тектор 11, первый элемент 2 сравнения, триггер 13,.первый элемент ИЛИ 14, интегратор 15, второй элемент 16 сравнения, второй элемент ИЛИ 17, первый 18 и второй 19 элементы И, инверторы 20 и 21, Формирователь 22 импульсов запуска и дифференцирующую цепь 23. На второй вход первого элемента ИЛИ 14, являющийся входом 24 устройства, поступает сигнал запуска устройства, а на второй вход 25 второго элемента 16 сравнения поступает опорное напряжение. Обмотка 1 электромагнита зашунтнрована цепочкой из последовательно соединенных резистора 26 и диода 27.На фиг.2 представлены диаграммы 28 - 37 режимов работы устройства3 2954Одна из возможных схем амплитудного детектора 1 Аиг.З) состоит из операционных усилителей 38 т 39, резистора 40 обратной связи, диода 4 и конденсатора 42, эашунтированного ключом 43. Вход 44 является входом амплитудного детектора 11, вход 45 управляющим входом, а выход 46 - выходом амплитудного детектора 11.1 ОУстройство работает следующим образом.Когда подается питание и сигналзапуска устройства в виде импульсаединичного уровня на второй вход15элемента ИЛИ 14, на первый вход которого в это время приходит сигналнулевого уровня с выхода дифференцирующей цепи 23, тогда сигнал запуска проходит через элемент ИЛИ 14и поступает на второй вход триггера13, при этом передний Аронт сигналазапуска переводит триггер 13 в такоесостояние, что на его первом выходепоявляется импульс 3 единичного уров уровня (Аиг.2), а на втором выходеимпульс нулевого уровня, Одновременно сигнал запуска поступает черезинвертор 20 на первые входы элементов И 18 и 19, ца выходе которых Фор мируются импульсы нулевого уровня,и на первый вход второго элементаИЛИ 17, на второй вход которого поступает импульс нулевого уровня свыхода второго элемента И 19, тогдасигнал запуска проходит через второйэлемент ИЛИ 17 и через Формирователь22 импульсов запуска и поступаетна управляющий электрод вспомогательного тиристора 6, открывая его, Приэтом происходит заряд конденсатора7 по цепи: плюсовой полюс источникапитания, индуктивная катушка 1, конденсатор 7 (Аиг.1., полярность безскобок), вспомогательный тиристор б, 45датчик 8 тока, минусовой полюс источника питания.При этом сигнал с датчика 8 тока(28, фиг.2), поступающий на амплитудный детектор 11, не запоминается вследствие того, что ключ 43(Фиг.З) замкнут импульсом нулевогоуровня, поступающим с выхода элемента И 18,После заряда конденсатора 7 сиг нал запуска в виде импульса единично.го уровня заменяется импульсом нулевого уровня, который проходит через инвертор 20 на первые входы элемец 59 4тов И 18 и 19, после чего на их выходах устанавливаются сигналы, соответствующие сигналам на выходахтриггера 13. На выходе элемента И 18Формируется импульс единичного уронця .(31, Аиг.2), а на выходе элемента И 19 Аормцруется импульс нулевогоуровня (36, Фиг.4). Импульс единичного уровня с первого выхода триггера 13 через второй вход элементаИ 8 поступает ца вход формирователя22 импульсов запуска, с выхода которого сигцал 37 поступает на управляющий электрод основного тиристора 5,открывая его. Прц этом конденсатор7 перезаряжается ио цепи: основнойтиристор 5, дроссель О, диод 9(Фиг.1, полярность в скобках), Одновременно вспомогательный тиристор6 закрывается. Импульс единичногоуровня с первого выхода триггера 13также поступает ца управляющий входамплитудного детектора 11, размыкаяключ 43 (Фиг.З), тем самым подготавливая амплитудный детектор 11 к работе, и поступает на первый вход интегратора 15, ца выходе которого напряжение начинает возрастать по линейному закону (32, а, фиг.2) . Это напряжение поступает на первый вход второго элемента 16 сравнения, на второйвход которого поступает опорное напряжение (32,б, фцг,2),В момент сравнения этих напряжений ца выходе второго элемента 16сравнения появляется сигнал единичного уровня (33, фиг.2), поступающийна ицвертор 21 (34, фиг.2), с выходакоторого сигнал подается на дифференцирующую цепь 23, сигнал . с которой(35, фиг2) поступает на первый входэлемента ИЛИ 14, ца втором входе которого поддерживается сигнал нулевого уровня, ца второй вход триггера13, не изменяя его выходных состояний.При открывании тиристора 5 черезиндуктивную катушку 1 начинает протекать ток, изменяющийся по определенному закону (28,Аиг.2), В момент трогация якоря 3 ток в катушке 1 (28,Фиг,2) уменьшается до определенногозначения, а затем при остановке якоря в конце рабочего хода увеличивается. На амплитудном детекторе 11 происходит запоминание и хранение максимума тока (29, Фиг.2) в катушке 1в момент трогания якоря 3. Элемент12 сравнения производит сравнениемгновенных значений поступающихна его входы напряжений, Формируяимпульс в момент их равенства. Когда напряжение (29, Фиг.2) с амплитудного детектора 11 превосходитвеличину напряжения (28,фиг.2),снимаемого с датчика 8 тока, формируется передний фронт импульса (30,Фиг.2) на выходе элемента 12 сравне Ония. После окончания движения якоря3 ток в катушке 1 увеличивается и вмомент совпадения возрастающего напряжения на датчике 8 тока (28,фиг.2)и напряжения, хранимого на амплитудном детекторе 1 (29, Фиг.2),происходит формирование заднего фронтаИмпульса (30, фиг.2), который поступает на первый вход триггера 13, изменяя его выходные состояния на противоположные. На втором выходе триггера 13 появляется импульс единичного уровня, а с первого выхода онснимается. Потенциал с второго выхо;датриггера 3 поступает на второйвход элемента И 19, с выхода которого импульс поступает на второй входинтегратора 15, на выходе которогонапряжение начинает линейно уменьшаться (32, фиг.2), и одновременнона второй вход второго элементаИЛИ 17, на первом входе которогоподцерживается импульс логического0", с выхода которого сигнал черезформирователь 22 импульсов запуска 35поступает на управляющий электродвспомогательного тиристора 6 открывая его. При открывании тиристора 6 на ана-,1 О де тиристора 5 появляется короткий импульс отрицательного напряжения. Тиристор 5 запирается и ток в индуктивной катушке 1 замыкается го цепи: конденсатор 7 осуществляя его пере- с 5 заряд (фиг,1, полярность без скобок), вспомогательный тиристор 6, датдатчик 8 тока, источник питания. После окончания процесса перезаряда конденсатора 7 ток в индуктивной катушке 1 замыкается через резистор 26 и диод 27 демпфирующей цепи. На втором элементе 16 сравнения при сравнении поступающих на его входы линейно уменьшающегося (а) и опорного (б) напряжений (32, Фиг,2) происходит Формирование сигнала нулевого уровня (33, Лиг.2), который через инверторы 21 (34,фиг.2) поступает на дифФеренцирующую цепь 23, с выхода котарой импульс положительной полярности (35, Лиг,2) поступает на первый вход элемента ИЛИ 14, на втором входе которого поддерживается импульс нулевого уровня, и с его выхода на второй вход триггера 13, возвращая его в исходное состояние. Далее весь процесс работы устройства повторяется.Таким образом, введение двух эле - ментов И, второго элемента ИЛИ, двух инверторов, дифференцирующей цели, дросселя и диода позволяет повысить КПД устройства путем устранения резистора из цепи заряда конденсатора, что улучшает использование энергии, поступающей от источника питания в моменты коммутации и при обратном ходе якоря, и повышает диапазоны рабочих частот электромагнита. Формула изобретенияУстройство для управления электро. магнитом с линейно перемещающимся якорем., содержащее выводы для подключения обмотки электромагнита, основной и вспомогательный тиристары, конденсатор, датчик тока, амплитудный детектор, первый и второй элементы сравнения, триггер, первый элемент ИЛИ, интегратор, Формирователь импульсов запуска тиристаров, выводы для подключения источника питания, вывод для подключения источника опорного напряжения, причем вывод для подключения отрицательного полюса источника питания соединен через датчик тока. с катодами основногои вспомогательного тиристоров, с входом амплитудного детектора и одним из входов первого элемента сравнения, анод вспомогательного тиристора через конденсатор соединен с анодом основного тиристора и с одним из выводов для подключения обмотки электромагнита, второй вывод которой подключен к положительному полюсу источника питания, выход амплитудного детектора подсоединен к второму входу первого элемента сравнения, выход которого подключен к одному из входов триггера, выход интегратора соединен с первым входом второго элемента сравнения, второй вход которого соединен с выводом для подключения источника опорного напряжения, выход первого элемента ИЛИ подключен к вто 295459рому входу триггера, выходы формирователя импульсов запуска подключенык управляющим электродам тиристоров,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повьппения КПД, в него введены первый и второй элементы И, пер-.вый и второй инверторы, дифференцирующая цепь, диод и дроссель, причем катод диода соединен с анодомвспомогательного тиристора, а анодчерез дроссель - с катодом вспомогательного тиристора, вход первогоинвертора соединен с выходом второго элемента сравнения, а его выходчерез дифференцирующую цепь подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, второй вход которого являющийся входом устройства, соединен с одним из входов второго элемента ИЛИ и входом второго инвертора, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго элементов И, первый выход триггера через первый элемент И подключен к первому входу интегратора, первому входу формирова теля импульсов запуска тиристоров иуправляющему входу амплитудного детектора, а второй выход триггера - через второй элемент И к второму вхо" ду интегратора и через второй элемент ИЛИ к второму входу формирователя импульсов запуска тиристоров .1295459 Составитель А,КаретниковРедактор И.Николайчук Техред А,Кравчук Корректор М.Пожо Заказ 62358 Типаж б 99 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раущская наб., д.4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная, 4