Система управления электромагнитными механизмами

 

Система управления электромагнитными механизмами содержит источник питания, зарядное устройство, накопительный конденсатор и по количеству управляемых механизмов блоки управления, каждый из которых включает в себя два управляемых ключа со своими узлами управления, причем командный сигнал поступает на узел управления второго ключа через таймер. Между источником питания и обмоткой управляемого механизма включен разделительный диод. Таймер выполнен на базе одновибратора, к которому подключены задатчик и конденсатор. Зарядное устройство выполнено в виде повышающего преобразователя напряжения по типовой схеме. Включение электромагнитного механизма обеспечивается энергией, накопленной в конденсаторе. Таймер ограничивает время разряда конденсатора на электромагнитный механизм. Длительность заряда конденсатора устанавливается много большей, чем время срабатывания механизма. От источника питания потребляются только токи удержания механизма и заряда конденсатора, что позволяет уменьшить его мощность. Система экономична в части энергопотребления, имеет уменьшенную установочную мощность источника питания, повышенное быстродействие и улучшенные массогабаритные характеристики, что является техническим результатом. 1 ил.

Техническое решение может быть использовано для привода рабочих органов различных установок в энергомашиностроении, судостроении и других отраслях.

Известно "Устройство для управления электромагнитом постоянного тока" по а. с. 1233817, МКИ H 01 F 13/00, 7/18, содержащее источник постоянного напряжения, конденсаторы, диоды, выключатель.

К недостаткам устройства следует отнести повышенное энергопотребление.

Известно также "Устройство для управления электромагнитом постоянного тока" по а.с. 1206843, МКИ H 01 F 7/18, содержащее ключи управления, дроссель, конденсатор, блоки управления, источник напряжения, диоды.

К недостаткам устройства можно отнести необходимость наличия двух источников питания, что, как следствие, ведет к повышенному энергопотреблению и увеличению габаритов.

Наиболее близким по технической сущности является принятое в качестве прототипа "Устройство для импульсного управления электромагнитным исполнительным механизмом" по а. с. 1568087, МКИ H 01 F 7/18, содержащее обмотки электромагнитного механизма, зарядный блок, накопительный конденсатор, управляемый ключевой элемент, включенный между первой обкладкой конденсатора и первой клеммой обмотки электромагнитного механизма, блок управления ключами, положительную и отрицательную шины питания.

К недостаткам устройства можно отнести невозможность длительного удержания электромагнитного механизма во включенном состоянии, значительное энергопотребление и неудовлетворительные массогабаритные характеристики.

Задачей предлагаемого технического решения является создание устройства, экономичного в части энергопотребления с улучшенными массогабаритными характеристиками, повышение быстродействия и уменьшение установочной мощности источника питания.

Для решения указанной задачи в систему, содержащую клеммы для включения электромагнитных механизмов, зарядное устройство, накопительный конденсатор и блок управления, включающий первый управляемый ключ с первым узлом управления, введен (в состав блока управления) второй управляемый ключ со старым узлом управления, вход которого подключен к клемме приема командных сигналов блока, к которой подключен через введенный таймер вход первого узла управления, диод, включенный между источником питания и клеммой для подключения электромагнитного механизма, причем зарядное устройство выполнено в виде повышающего преобразователя напряжения.

На чертеже приведена принципиальная схема системы.

Система предназначена для управления электромагнитными механизмами 1.1 - 1.N, которые подключаются к ней посредством клемм 2.1-2.N и 3.1-3.N.

Система содержит источник питания 4, положительную 5 и отрицательную 6 шины питания, зарядное устройство 7, шину повышенного напряжения 8, накопительный конденсатор 9, подключенный, например, между шиной повышенного напряжения 8 и отрицательной шиной источника питания 6, блоки управления 10.1- 10.N, содержащие кроме упомянутых клемм их подключения 11.1-11.N управляемые ключи 12.1-12. N и 13.1-13.N с узлами управления соответственно 14.1-14.N и 15.1-15. N, таймеры 16.1-16.N, две группы диодов 17.1-17.N и 18.1-18.N соответственно.

В каждом блоке управления 10 к клемме приема командных сигналов 11 подключен вход таймера 16, выход которого соединен с узлом управления 14, воздействующим на цепь управления ключа 12, один конец коммутирующей цепи которого подключен к шине повышенного напряжения 8, а другой - к клемме 2 подключения электромагнитного механизма, к клемме 3 которого подключена коммутирующая цепь ключа 13, другой коней которой подключен к отрицательной шине 6 источника питания 4. Диод 17 включен между шиной 5 источника питания 4 и клеммой 2 подключения электромагнитного механизма, а диод 18 между клеммой 3 его подключения и шиной повышенного напряжения 8. Каждый таймер 16 содержит одновибратор 19 и подключенные к нему задатчик 20 и конденсатор 21. Зарядное устройство 7 выполнено в виде повышающего преобразователя напряжения и включает цепь, содержащую последовательно соединенные датчик тока 22, дроссель 23 и ключ управления 24, подключенную к шинам 5, 6 источника питания соответственно, компараторы 25, 26, входы которых подключены соответственно к источнику питания 4 (через датчик тока 22) и к шине повышенного напряжения 8 (непосредственно), причем к установочным входам подключены задатчики 27, 28 соответственно. Выходы компараторов 25, 26 подключены ко входам логического элемента "ИЛИ" 29, выход которого подключен к узлу управления 30, воздействующему на ключ управления 24. Точка схемы между дросселем 23 и ключом управления 24 через диод 31 подключена на выход зарядного устройства 7 к шине повышенного напряжения 8.

Устройство работает следующим образом.

Омическое сопротивление обмоток электромагнитного механизма 1 устанавливается таким, чтобы при данном выходном напряжении источника питания 4 ток через обмотки с учетом падения напряжения на диоде 17, управляемом ключе 13 и таймере 16 был несколько больше, чем ток удержания электромагнитного механизма 1 во включенном состоянии, но много меньше, чем ток его включения. Накопительный конденсатор 9 с помощью зарядного устройства 7 заряжается до величины, заданной задатчиком 28. Когда напряжение достигает заданного уровня, компаратор 26 вырабатывает зарядному устройству 7 команду на прекращение заряда или подпитки. Таймер 16 настраивается с помощью задатчика 20 на выработку импульса такой длительности, чтобы при заданном начальном напряжении на накопительном конденсаторе 9 с учетом его падения вследствие разряда происходило срабатывание электромагнитного механизма 1.

Пусть в исходном состоянии на клемме приема командных сигналов 11 команды на включение нет; управляемые ключи 12 и 13 разомкнуты, накопительный конденсатор 9 заряжен до заданной величины. Зарядное устройство 7 срабатывает периодически для компенсации утечки накопительного конденсатора 9. Потребление энергии пренебрежительно мало.

Пусть теперь на клемму 11 поступила команда на включение. Узел управления 15 выработает сигнал, который замкнет ключ 13. Активизируется таймер 16. Обмотка электромагнитного механизма 1 через диод 17 и ключ 13 окажется подключенной к источнику питания 4. Кроме того, одновременно таймер 16 вырабатывает управляющий сигнал первому узлу управления 14, и первый ключ 12 замкнется. Так как напряжение на конденсаторе 3 больше напряжения источника питания 4, диод 17 "закроется" и через обмотку электромагнитного механизма 1 пойдет разряд конденсатора 9. Его емкость и длительность импульса от таймера 16 выбираются такими, чтобы гарантированно имело место включение электромагнитного механизма 1. После заданного интервала времени таймер 16 "снимает" командный сигнал и первый ключ 12 размыкается. При падении напряжения на индуктивности обмотки электромагнитного механизма 1 до уровня напряжения источника питания 4 диод 17 "открывается" и удержание электромагнитного механизма 1 во включенном состоянии выполняет источник питания 4. При уменьшении напряжения на накопительном конденсаторе 9 ниже заданного уровня зарядное устройство 7 начнет накачку конденсатора 9, забирая энергию от источника питания 4. Длительность нахождения электромагнитного механизма 1 во включенном или отключенном состоянии несоизмерима с длительностью процесса включения. Поэтому длительность заряда конденсатора 9 может быть установлена многократно большей времени срабатывания, соответственно во столько же раз может быть уменьшен и ток заряда, забираемый от источника питания 4. Таким образом, от источника питания 4 с напряжением много ниже, чем напряжение срабатывания электромагнитного механизма 1, отбирается только ток удержания и ток заряда конденсатора 9, каждый из которых многократно меньше тока срабатывания. Поэтому мощность, потребляемая от источника питания 4, многократно меньше мощности, которая требовалась бы, если бы источник питания 4 обеспечивал только включение электромагнитного механизма 1. Уменьшение мощности источника питания 4 позволяет уменьшить его массу и габариты, а также сечение соединительных кабелей.

Так как после включения электромагнитного механизма 1 на его обмотках рассеивается небольшая мощность и проблема нагрева обмотки снимается, могут быть применены большие значения индукции в режиме, близком к насыщению, тем самым могут быть уменьшены масса и габариты собственно самого электромагнитного механизма 1.

Заряд накопительного конденсатора 9 происходит следующим образом. В исходном состоянии, когда конденсатор 9 разряжен и тока через дроссель 23 нет, ключ 24 замкнут. Ток через дроссель 23 нарастает, и когда он достигает значения уставки, заданной задатчиком 27, компаратор 25 изменит состояние, соответственно изменит состояние логический элемент "ИЛИ" 29, и ключ 24 разомкнется. Ток дросселя 23 через диод 31 пойдет на заряд накопительного конденсатора 9 и станет уменьшаться. Когда он уменьшится до величины обратного переключения, процесс повторится до заряда накопительного конденсатора 9 до заданного напряжения.

Эффективность заявляемой системы тем выше, чем выше разность между токами включения и отпускания. Это может быть достигнуто с помощью уменьшения зазора магнитопровода во включенном состоянии электромагнитного механизма 1.

По мнению авторов, заявляемое техническое решение имеет изобретательский уровень, т.к. оно для специалиста средней квалификации данного профиля явным образом не следует из уровня техники.

Изобретение является промышленно применимым, т.к. может быть использовано в качестве системы управления электромагнитными приводами в различных отраслях народного хозяйства, а возможность его изготовления не вызывает сомнений при существующем уровне технологии изготовления объектов подобного типа.

Формула изобретения

Система управления электромагнитными механизмами, содержащая клеммы для подключения зарядного устройства, зарядное устройство, накопительный конденсатор, блоки управления по числу электромагнитных механизмов, каждый из которых включает первый управляемый ключ с первым узлом управления, отличающаяся тем, что в каждый блок управления введен второй управляемый ключ со вторым узлом управления, вход которого подключен к клемме приема командных сигналов блока управления, к которой подключен через введенный таймер вход первого узла управления, кроме того, в каждый блок управления введены первый и второй диоды, при этом накопительный конденсатор подключен между шиной повышенного напряжения и отрицательной шиной питания, первый диод включен между положительной шиной питания и первой клеммой для подключения электромагнитного механизма, второй диод включен между второй клеммой для подключения электромагнитного механизма и шиной повышенного напряжения, один конец коммутирующей цепи первого ключа подключен к шине повышенного напряжения, а другой - к первой клемме для подключения электромагнитного механизма, ко второй клемме для подключения которого подключен один конец коммутирующей цепи второго ключа, другой конец которого подключен к отрицательной шине источника питания, причем зарядное устройство выполнено в виде повышающего преобразователя напряжения и обеспечивает заряд накопительного конденсатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1