Устройство для управления электромагнитом

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 Н О) Г 7

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЯЬ НЖ0 Т!:. .

И АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ф (21 ) 3841 328/24 — 07 (22 ) 18. 12.84 (46 ) 30.07.86. Бюл. № 28 (71 ) Институт электродинамики АН

УССР и Специальное конструкторскотехническое бюро Института электродинамики АН УССР (72) В.Е. Тонкаль, Л.П. Мельничук, Д.С. Вертелецкий, Ю.И. Дыхненко и В.Г. Смоляников (53) 621.318.3-5 (088.8) (56 ) Ратмирова В.А. Основы программного управления станками. M.: Машиностроение, 1978, с. 167.

Авторское свидетельство СССР № 752517, кл. Н 0) F 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

„.SU,» 124?952 А1 и расширение эксплуатационных возможностей. При подаче питания и сигнала запуска в виде короткого импульса единичного уровня на второй вход элемента ИЛИ 13, на первый вход которого поступает сигнал нулевого уровня с выхода второго элемента сравнения (ЭС) 15, сигнал запуска проходит через элемент ИЛИ 13 на второй вход триггера (Т) 12, который устанавливается в такое состояние, что на его первом выходе появляется потенциал, а на втором выходе потенциал отсутствует. С первого выхода Т 12 потенциал поступает на первый вход интегратора 14. На его выходе напряжение начинает возрастать по линейному закону и поступает на первый вход ЭС 15, на второй вход которого поступает опорное напряжение. В момент сравнения этих напряжений на выходе ЭС 15 появляется сигнал единичного уровня. Он

1247952 поступает на первый вход элемента

ИЛИ 13 и на второй вход Т 12, не изменяя его выходного состояния. Од— новременно потенциал с первого выхода Т 12 подготавливает к работе амплитудный детектор (АД ) 10. Этот же потенциал через формирователь 16 импульсов запуска поступает на управ.пяющий электрод тиристора 5, включая e;î. По цепи катушки l начинает протекать так, заряжая конденсатор (К) 8. С измерительного резистора 9 напряжение подается на вход АД 10 и на первый вход ЭС 11. В момент трагания якоря ток в кат лпке 1 уменьшается, а в конце рабочего хода увели.чивается. На АД 10 происходит запоминание и хранение максимума тока н катушке I в момент трогания якоря. ЭС

l1 формирует импульс в момент сравнения мгновенных значений поступающих на его вход напряжений. В момент формирования заднего фронта, который

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для управления. электромагнитами и электромагнитными машичами с линейно перемещающимися рабочими органами, и может быть использовано для управления однотактными электромагнитными вибраторами, прессами, молотами и другими, работающими преимущественно в автоматическом режиме и применяемыми в машиностроении, строительстве, горком деле.

Цель изобретения — повьппение надежности и расширение эксплуатацион- ных воэможностей при работе электромагнита в автоматическом режиме при изменяющейся механической нагрузке.

На фиг. l приведен эл:ектрамагнит, общий вид; на фиг. 2 — электрическая

<хема 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. 5ц

25 и предлагаемого устройства (фиг. 5ut, объясняющие повьппение надежности и поступает на первый вход Т 12, изменяя ега выходное состояние на противоположное, на втором выходе Т 12 появляется потенциал, а с первого выхода ан снимается. Потенциал с второго выхода Т 12 поступает на второй гхад интегратора 14, на выходе которого напряжение линейно уменьшается, и через формирователь 16 импульсов запуска — на управляющий электрод тиристора 6, при открывании которого на аноде тиристора 5 появляется короткий импульс отрицательного напряжения. Тиристар 5 запирается, и так через индуктивную катушку 1, резистор 9, источник питания тиристора 6, К 8 уменьшается цо нуля, осуществляя перезаряд К 8. На ЭС 15 формируется сигнал нулевого уровня, который через первый вход элемента ИЛИ 13 поступает на второй вход Т 12, возвращая его в исходное состояние. Процесс работы 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, элемент

11 сравнения, триггер 12, элемент

ИЛИ 13, интегратор 14, второй элемент 15 сравнения, формирователь 16 импульсов запуска. На второй вход !

7 элемента ИЛИ 13 поступает сигнал запуска устройства, а на второй вход

18 второго элемента 15 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 связи, диода

29, конденсатора 30, зашунтированного ключом 31. Вход 32 является входом амплитудного детектора 10.! 124 (фиг. 4 ), вход 33 — управляющим вхо— дом, а выход 34 — выходом амплитуд— ного детектора 10.

Устройство работает следующим образом.

Когда подается питание и сигнал запуска устройства в виде короткого импульса единичного уровня на второй вход элемен"а ИЛИ 13, на первый вход которой в это время при-! ходит сигнал нулевого уровня с выхода второго элемента 15 сравнения, тогда сигнал запуска проходит через элемент ИЛИ 13, поступая на второй вход триггера 12.

Триггер 12 устанавливается в такое состояние, что на его первом выходе появляется потенциал (поз 22, фиг. 3 ), а на втором выходе потенциал в это время отсутствует (поз.

25, фиг. 3 ) . .Потенциал с первого выхода триггера )2 поступает на первый вход интегратора 14, на выходе которого напряжение начинает возрас тать по линейному закону (поз. 234, 25 фиг. 3 ). Это напряжение поступает на первый вход второго элемента 15 сравнения, на второй вход которого поступает опорное напряженке (поз.

23 6, фиг. 3 ). В момент сравнения этих напряжений на выходе второго

30 элемента 15 сравнения появляется сигнал единичного уровня (поз. 24, фиг. 3 ), поступающий на первый вход элемента ИЛИ 13, на втором входе которого поддерживается сигнал ну в Ç5 левого уровня, и поступает на второй вход триггера 12, не изменяя его выходных состояний.

Одновременно потенциал с первого выхода тркггера 12 поступает на управляющий вход 33 амплитудного детектора 10, размыкая ключ 31, который шунтирует конденсатор 30 (фиг.4 ), подготавливая амплитудный детектор

I0 к работе, этот же потенциал через формирователь 16 импульсов запуска поступает на управляющий электрод основного тиристора 5, включая его.

Тиристор 5 оказывается в открытом состоянии и по цепи индуктивной катушки l начинает протекать ток, одновременно происходит заряд конденсатора 8 по цепи положительный полюс источника питания — тиристор 5, конденсатор 8, резистор 7 — отрицатель- ный полюс источника питания, заканA чивающийся обычно через время 3!., где = R С вЂ” постоянная времени цепи

795 ?

Д заряда. С нзмерительпогo резистора

9 падение напряжения, пропорциональное току катушки, подается на вход амплитудного детектора 1О и на пер5 вый вход элемента 1 сравнения.

В момент трогания якоря 3 ток в катушке (поз. 19, фиг. 3 ) уменьшается до определенного значения, а затем при остановке якоря в конце рабочего хода увеличивается. На амплитудном детекторе 10 происходит запоминание и хранение максимума тока (поз. 20, на фиг. 3 ) в катушке в момент трогания якоря 3. Элемент 11

5 сравнения производит сравнение мгновенных значений, поступающих на его вход напряжений, формируя импульс в момент их разности. Когда напряжение (поз. 20, фиг. 3 ) с амплитудО ного детектора 10 превосходит вели— чину напряжения (поз. 19, фиг. 3 ) с измерительного резистора 9, формируется передний фронт импульса (поз.

21, фиг. 3) на выходе элемента 11 сравнения, после отработки рабочего хода и остановки якоря 3 ток в ка— тушке увеличивается, и в момент совладения возрастающего напряжения на измерительном резисторе 9 (поз.19, фиг. 3 ) и напряжения, хранимого на амплитудном детекторе 10 (поз. 20, фиг. 3 ), происходит формирование заднего фронта импульса (поз. 21, фиг.3 ), который. поступает на первый вход триггера 12, изменяя его выходные состояния 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 кото-. рого напряжение начинает линейно уменьшаться (поз.22, фиг.3), и одновременно через формирователь 16 импульсов запуска — на управляющий электрод вспомогательного тиристора

6, открывая его. При открывании тиристора 6 на аноде тиристора 5 появляется короткий импульс отрицательного напряжения. Тиристор 5 запирается, и ток через индуктивную ка— тушку 1, измерительный резистор 9, источник питания тиристора 6, конденсатор 8 быстро уменьшается до нулевого значения, осуществляя перезаряд конденсатора 8. На втором элементе 15 сравнения при сравнении поступающих на его входы линейно

1224 7952

1 уменьшающегося (а ) и опорно го Л ) напряжений (поз. 23, фиг. 3 ) происходит формирование сигнала нулевого уровня (поз. 24, фиг, 3 ), который через первый вход элемента ИЛИ 13 поступает на второй вход триггера

12, возвращая его в исходно" состояние. После этого весь пооцесс работы устройства повторяется.

Таким образом, по сравнению с прототипом введение интегратора, второго элемента сравнения, элемента ИЛИ и амплитудного детектора позволяет повысить надежность и рас15 ширить функциональные возможности при работе электромагнита в автоматическом режиме при изменяющейся механической нагрузке. Это достигается путем запоминания максимума тока

20 в катушке в начале движения якоря, равнивая его с током катушки после окончания движения якоря, когда ток н катушке снова начинает возрастать ,фиг.5b). В прототипе отключение

25 катушки происходит то:.-да, когда движение якоря еще не окончилось отключение происходит на ниспадающем участке кривой 35 тока (фиг. 5 о) и при изменении механиче кой нагруз30 ки возможны сбои в работе.

Кроме того, в прототипе регулирование поступающей энергии в катушку электромагнита изменением периода проводимости основного тиристора r возможно только в узком диапазоне ниспадающего участка кривой 35 тока (фиг. 5 о) изменением уровня напряжения U,,однако при работе электромагнита в ав"..оматическом режиме при изменяющейся механической нагрузке уровень напряжения U остается постоянным и может регулироваться только вручную изменением положения движка потенциометра, а кривая 35 тока (фиг. 5 а) изменяется согласно с из — 45 менением тока. в катушке. Если максимум кривой 35 тока приближается к уровню напряжения 36 (фиг. 5а),, это приводит к преждевременному отключению катушки, когда поступившеи в нее энергии недостаточно для перемещения якоря, и, наоборот, при уменьшении нагрузки минимум кривой 35 тока (фиг. 5 а) может не достичь заданного уровня напряжения () (фиг. 5а), что приведет к сбою в работе устройства.

В предлагаемом устройстве период проводимости основного тиристора автоматически в»бирается больше рабо— чего хода якоря (фиг. 5hi, при этом поступающую в катушку энергию можно регулировать не тол-. ко изменением величины напряжения источника питания, но и выбором соответствуюшей емкости амплитудного детектора (кривая 37, фиг. 5, сводя к минимуму необходи1 мую для полного перемещения якоря энергию без ухудшепия надежности работы устройства, так как отключение катушки от источника питания независимо от изменения механической нагруз— ки идет всегда после окончания рабочего хода якоря, когда ток в катушке начинает снова нарастать.

Регулировкой величины опорного напряжения (поз. 23 Б, фиг. 3 ) при достаточной жесткости возвратной пружины электромагнита можно менять длительность интервала между включениями катушки 1интервал 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 я

Устройство для управления электромагнитом с линейно перемещающимся якорем, содержащее выводы для подключения обмотки элек" ðîìàãíèòà, 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 источника питания 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, выход в элемента сравнения соединен с пер— вым входом триггера, первый и второй выходы которого через формирователь импульсов запуска соединены с управляющими электродами тиристоров, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и расширения эксплуатационных возможностей, в него введены интегратор, второй элемент сравнения, амплитудный детектор и элемент ИЛИ, причем вход амплитудного детектора соединен с первым входом первого элемента сравнения, его выходы — с

1247952 вторым 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 coe\ динен с выводом для подключения источника опорного напряжения, à его выход подключен к одному их входов элемента ИЛИ,выходкоторого соединен .с вторым входомтриггера,адругой входэлемента ИЛИявляется входом устройства.

Фиг. f

1247952

Составитель A. 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-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4