RU202469U1

RU202469U1 - Electric circuit for controlling the electromagnetic drive of the switching device

Info

Publication number: RU202469U1
Application number: RU2020131036U
Authority: RU
Inventors: Иван Сергеевич Павлов; Андрей Львович Виноградов; Олег Александрович Петров; Евгений Владимирович Сагарадзе
Original assignee: Открытое акционерное общество "ВНИИР-Прогресс"
Priority date: 2020-09-21
Filing date: 2020-09-21
Publication date: 2021-02-19

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в электрических аппаратах автоматики, защиты и управления, где применяется электромагнитный привод постоянного тока, например в электромагнитных контакторах, пускателях, автоматах защиты, реле и т.п. Технический результат заключается в повышении надежности работы коммутационного аппарата при одновременном уменьшении уровня шума и достигается за счет введения в электрическую схему управления электромагнитным приводом коммутационного аппарата блок управления затвором электронного ключа на МОП-транзисторе, входом соединенный с выходом схемы И, а выходом - с затвором электронного ключа на МОП-транзисторе, причем схема включает формирователь длительностей форсирующего импульса и первой паузы напряжения на обмотке электромагнитного привода, генератор прямоугольных импульсов, схему И, электронный ключ на силовом МОП-транзисторе, обмотку управления электромагнитного привода коммутационного аппарата, диод. 1 ил.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used in electrical devices for automation, protection and control, where an electromagnetic direct current drive is used, for example, in electromagnetic contactors, starters, circuit breakers, relays, etc. The technical result consists in increasing the reliability of the switching device while reducing the noise level and is achieved by introducing into the electrical control circuit of the electromagnetic drive of the switching device a control unit for the gate of an electronic key on a MOS transistor, the input is connected to the output of the circuit I, and the output is connected to the gate of the electronic key on a MOS transistor, and the circuit includes a generator of the duration of the forcing pulse and the first pause of the voltage on the winding of the electromagnetic drive, the generator of rectangular pulses, circuit I, an electronic key on the power MOS transistor, the control winding of the electromagnetic drive of the switching device, a diode. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в электрических аппаратах автоматики, защиты и управления, где применяется электромагнитный привод постоянного тока, например в электромагнитных контакторах, пускателях, автоматах защиты, реле и т.п.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used in electrical devices for automation, protection and control, where an electromagnetic direct current drive is used, for example, in electromagnetic contactors, starters, circuit breakers, relays, etc.

Известно «Устройство управления электромагнитом» по патенту РФ №2187161, опубл. 10.08.2002, принятое за прототип, содержащее катушку электромагнита, диод, управляемый электронный ключ на мощном полевом МОП-транзисторе с индуцированным каналом n-типа и изолированным затвором, формирователь длительностей форсирующего импульса и первой паузы напряжения на обмотке, генератор прямоугольных импульсов, схему И. Недостатком данного устройства является недостаточная надежность в работе. Причиной этого является сравнительно низкая частота следования импульсов напряжения на обмотке электромагнита в режиме удержания, обычно не превышающая величину 1000 Гц (типовое значение - 250 Гц), которая приводит к пульсации электромагнитной силы, обусловленной большими пульсациями тока в обмотке электромагнита в режиме удержания подвижных звеньев, приводящими к вибрации якоря и снижающими устойчивость коммутационного аппарата к вибрационным, ударным и электродинамическим нагрузкам в целом.It is known "Electromagnet control device" by RF patent No. 2187161, publ. 08/10/2002, taken as a prototype, containing an electromagnet coil, a diode, a controlled electronic switch on a powerful MOSFET with an induced n-type channel and an insulated gate, a forcing pulse duration and the first voltage pause on the winding, a square-wave generator, circuit I The disadvantage of this device is the lack of operational reliability. The reason for this is the relatively low repetition rate of voltage pulses on the electromagnet winding in the holding mode, usually not exceeding 1000 Hz (typical value is 250 Hz), which leads to pulsation of the electromagnetic force due to large current ripples in the electromagnet winding in the holding mode of the moving links. leading to vibration of the armature and reducing the resistance of the switching device to vibration, shock and electrodynamic loads in general.

Технический результат заявляемой электрической схемы управления электромагнитным приводом коммутационного аппарата - повышение надежности работы коммутационного аппарата при одновременном уменьшении уровня шума.The technical result of the claimed electrical control circuit of the electromagnetic drive of the switching device is to increase the reliability of the switching device while reducing the noise level.

Технический результат достигается тем, что в электрическую схему управления электромагнитным приводом коммутационного аппарата, содержащую цепь питания, подсоединенную к последовательно включенным цепям обмотки управления электромагнитного привода и сток-исток электронного ключа на МОП-транзисторе, при этом диод подсоединен параллельно выводам обмотки управления, формирователь длительностей форсирующего импульса и первой паузы напряжения на обмотке управления электромагнита, выходом подсоединенный к первому входу схемы И, причем второй вход схемы И соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов, введен блок управления затвором электронного ключа на МОП-транзисторе, входом присоединенный к выходу схемы И, а выходом - к затвору электронного ключа на МОП-транзисторе, и содержащий на входе повторитель с шестью, объединенными параллельно, выходами, связанными с первым выводом резистора и базой транзистора, а на выходе - резистор, соединенный своим вторым выводом с коллектором транзистора.The technical result is achieved by the fact that in the electric control circuit of the electromagnetic drive of the switching device, containing a power circuit connected to the series-connected circuits of the control winding of the electromagnetic drive and the drain-source of the electronic key on the MOS transistor, while the diode is connected in parallel to the terminals of the control winding, the duration generator of the forcing pulse and the first pause of the voltage on the control winding of the electromagnet, the output is connected to the first input of the AND circuit, and the second input of the AND circuit is connected to the output of the square-wave generator, the gate control unit of the electronic key on the MOS transistor is introduced, the input is connected to the output of the AND circuit, output - to the gate of the electronic key on the MOS transistor, and containing at the input a follower with six, combined in parallel, outputs connected to the first terminal of the resistor and the base of the transistor, and at the output - a resistor connected by its second terminal to the collector of the transis Torah.

Блок управления затвором электронного ключа на МОП-транзисторе позволяет форсировать переходные процессы заряда-разряда емкости затвора силового электронного МОП-ключа, что дает возможность существенно повысить частоту (до нескольких десятков тысяч герц) следования импульсов на обмотке управления электромагнитным приводом коммутационного аппарата в режиме удержания его подвижных звеньев, которая ведет к снижению пульсации электромагнитной силы и отсутствию вибрации якоря. Таким образом, достигается технический результат - повышение надежности работы коммутационного аппарата при одновременном уменьшении уровня шума.The control unit for the gate of an electronic switch on a MOS transistor allows forcing the transient processes of charge-discharge of the gate capacitance of a power electronic MOS switch, which makes it possible to significantly increase the frequency (up to several tens of thousands of hertz) of pulse repetition on the control winding of the electromagnetic drive of the switching device in the mode of holding it moving links, which leads to a decrease in the pulsation of the electromagnetic force and the absence of vibration of the armature. Thus, the technical result is achieved - increasing the reliability of the switching device while reducing the noise level.

Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом на фигуре, где показана электрическая схема управления электромагнитным приводом коммутационного аппарата и обозначено: 1 - формирователь длительностей форсирующего импульса и первой паузы напряжения на обмотке электромагнитного привода; 2 - генератор прямоугольных импульсов; 3 - схема И; 4 - электронный ключ на силовом МОП-транзисторе; 5 - обмотка управления электромагнитного привода коммутационного аппарата; 6 - диод; 7 - блок управления затвором электронного ключа на МОП-транзисторе, содержащий повторитель 8, резистор 9, транзистор 10.The essence of the claimed utility model is illustrated by the drawing in the figure, which shows the electrical control circuit of the electromagnetic drive of the switching device and is designated: 1 - generator of the duration of the forcing pulse and the first pause of the voltage on the winding of the electromagnetic drive; 2 - generator of rectangular pulses; 3 - circuit I; 4 - an electronic key on a power MOS transistor; 5 - control winding of the electromagnetic drive of the switching device; 6 - diode; 7 - a control unit for the gate of an electronic key on a MOS transistor, containing a follower 8, a resistor 9, a transistor 10.

Заявляемая электрическая схема управления электромагнитным приводом коммутационного аппарата содержит цепь питания (+), подсоединенную к последовательно включенным цепям обмотки управления электромагнитного привода 5 и сток-исток электронного ключа на МОП-транзисторе 4, при этом диод 6 подсоединен параллельно выводам обмотки управления 5, формирователь длительностей форсирующего импульса и первой паузы напряжения на обмотке управления электромагнита 1, выходом подсоединенный к первому входу схемы И 3, причем второй вход схемы И 3 соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов 2, блок управления затвором электронного ключа на МОП-транзисторе 7, входом присоединенный к выходу схемы И 3, а выходом - к затвору электронного ключа на МОП-транзисторе 4 и содержащий на входе повторитель 8 с шестью, объединенными параллельно, выходами, связанными с первым выводом резистора 9 и базой транзистора 10, а на выходе - резистор 9, соединенный своим вторым выводом с коллектором транзистора 10.The claimed electrical control circuit of the electromagnetic drive of the switching device contains a power circuit (+) connected to the series-connected circuits of the control winding of the electromagnetic drive 5 and the drain-source of the electronic key on the MOS transistor 4, while the diode 6 is connected in parallel to the terminals of the control winding 5, the duration generator of the forcing pulse and the first pause of the voltage on the control winding of the electromagnet 1, the output is connected to the first input of the circuit I 3, and the second input of the circuit I 3 is connected to the output of the square-wave generator 2, the control unit of the gate of the electronic key on the MOS transistor 7, the input is connected to the output circuits And 3, and the output - to the gate of the electronic key on the MOS transistor 4 and containing at the input a follower 8 with six, combined in parallel, outputs connected to the first terminal of the resistor 9 and the base of the transistor 10, and at the output - the resistor 9, connected by its own the second terminal with the collector of the transistor 10.

Заявляемая электрическая схема управления электромагнитным приводом коммутационного аппарата работает следующим образом.The claimed electrical control circuit of the electromagnetic drive of the switching device operates as follows.

Сигналы формирователя длительностей форсирующего импульса и первой паузы напряжения на обмотке управления электромагнита 1 и генератора прямоугольных импульсов 2 подаются на входы схемы И 3, с выхода которой, результирующий ШИМ-сигнал поступает на вход повторителя 8, состоящего из шести параллельно включенных элементов, что позволяет осуществить усиление по току ШИМ-сигнала, импульсы которого далее, через токоограничивающий резистор 9, поступают в цепь затвор-исток силового электронного ключа на МОП-транзисторе 4, что приводит к ускоренному заряду емкости затвора МОП-транзистора 4 и его быстрому включению. В моменты времени, когда импульсы напряжения на обмотке управления электромагнитным приводом 5 отсутствуют, и силовой электронный ключ на МОП-транзисторе 4 закрыт, транзистор 10, шунтирующий своим переходом коллектор-эмиттер цепь затвор-исток МОП-транзистора 4, отпирается и разряжает емкость затвора МОП-транзистора 4, обеспечивая ускоренное выключение силового электронного ключа. Обратный диод 6, включенный параллельно обмотке управления электромагнитного привода 5, способствует непрерывному протеканию тока в обмотке управления 5 в моменты отсутствия напряжения на ней, когда силовой электронный ключ на МОП-транзисторе 4 закрыт. Так достигается высокочастотная коммутация обмотки управления электромагнитного привода 5 в режиме дискретного (импульсного) удержания подвижных звеньев коммутационного аппарата (первого импульсного режима удержания).The signals of the generator of the duration of the forcing pulse and the first pause of the voltage on the control winding of the electromagnet 1 and the generator of rectangular pulses 2 are fed to the inputs of the circuit I 3, from the output of which, the resulting PWM signal is fed to the input of the repeater 8, consisting of six elements connected in parallel, which allows amplification of the current of the PWM signal, the pulses of which then, through the current-limiting resistor 9, enter the gate-source circuit of the power electronic switch on the MOS transistor 4, which leads to an accelerated charge of the gate capacitance of the MOS transistor 4 and its fast turn-on. At the moments of time when there are no voltage pulses on the control winding of the electromagnetic drive 5, and the power electronic switch on the MOS transistor 4 is closed, the transistor 10, shunting the gate-source circuit of the MOS transistor 4 with its collector-emitter junction, is unlocked and discharges the gate capacitance of the MOS - transistor 4, providing accelerated shutdown of the power electronic switch. The reverse diode 6, connected in parallel with the control winding of the electromagnetic drive 5, contributes to the continuous flow of current in the control winding 5 at the moments of no voltage on it, when the power electronic switch on the MOS transistor 4 is closed. This is how high-frequency switching of the control winding of the electromagnetic drive 5 is achieved in the mode of discrete (pulse) holding of the moving links of the switching device (the first pulse holding mode).

Таким образом, введение в схему заявляемой полезной модели блока управления затвором электронного ключа на МОП-транзисторе 7, форсирующего переходные процессы заряда-разряда емкости затвора силового электронного МОП-ключа 4, позволило уменьшить большие пульсации тока в обмотке управления электромагнитного привода коммутационного аппарата при удержании его подвижных звеньев, устранить вибрацию якоря, обеспечив тем самым повышение надежности коммутационного аппарата и его бесшумное функционирование.Thus, the introduction into the circuit of the claimed utility model of the control unit for the gate of an electronic switch based on a MOS transistor 7, forcing the charge-discharge transient processes of the gate capacitance of the power electronic MOS switch 4, made it possible to reduce large current ripples in the control winding of the electromagnetic drive of the switching device while holding it moving links, eliminate the vibration of the armature, thereby ensuring an increase in the reliability of the switching device and its silent operation.

Заявляемая полезная модель была использована в электромагнитных контакторах серии КСЭ, которые успешно прошли испытания. В 2021 году ожидается серийный выпуск продукции.The claimed utility model was used in electromagnetic contactors of the KSE series, which were successfully tested. Serial production is expected in 2021.

Claims

An electrical circuit for controlling an electromagnetic drive of a switching device, containing a power circuit connected to the series-connected circuits of the control winding of the electromagnetic drive and a drain-source of an electronic switch on a MOS transistor, while the diode is connected in parallel to the terminals of the control winding, a generator of the duration of the forcing pulse and the first voltage pause on the control winding of the electromagnet, the output is connected to the first input of the AND circuit, and the second input of the AND circuit is connected to the output of the square-wave pulse generator, characterized in that the gate control unit of the electronic key on the MOS transistor is introduced, the input is connected to the output of the AND circuit, and the output is connected to the gate of the electronic key on the MOS transistor, and containing at the input a follower with six outputs combined in parallel, connected to the first terminal of the resistor and the base of the transistor, and at the output - a resistor connected by its second terminal to the collector of the transistor.