RU2094877C1

RU2094877C1 - Electromagnetic drive

Info

Publication number: RU2094877C1
Application number: RU95104492/07A
Authority: RU
Inventors: В.П. Феоктистов; Т.В. Щербаков
Original assignee: Московский государственный университет путей сообщения
Priority date: 1995-03-28
Filing date: 1995-03-28
Publication date: 1997-10-27
Also published as: RU95104492A

Abstract

FIELD: high-power drives with tractive electromagnets of valve or solenoid type. SUBSTANCE: proposed drive includes electromagnet which mobile part is coupled to working mechanism and immobile part has winding. Position sensor in the form of choke shunted with diode is placed into circuit of winding. Sensitive element of position sensor of mobile part (armature) of electromagnet is placed in series in circuit of diode. Winding is connected to power supply source with the aid of main and additional commutation elements, the last of them is connected with control input to sensitive element of translation pickup. EFFECT: enhanced operational reliability of electromagnetic drive.

Description

Изобретение относится к электромеханике и может быть использовано в электромагнитных приводах клапанного или соленоидального типов. The invention relates to electromechanics and can be used in electromagnetic actuators of valve or solenoidal types.

Известен электромагнитный привод, содержащий электромагнит, якорь которого соединен с рабочим механизмом, а обмотка подключена посредством коммутационного элемента с источником электропитания постоянного тока [1]
Недостаток этого привода связан со специфицеским видом тяговой характеристики электромагнита, который развивает тяговое усилие примерно обратно пропорционально квадрату зазора в магнитной системе, т.е. при включении электромагнит развивает небольшое усилие, которое по мере притяжения якоря резко возрастает.Known electromagnetic drive containing an electromagnet, the anchor of which is connected to the working mechanism, and the winding is connected by means of a switching element with a DC power source [1]
The disadvantage of this drive is associated with the specific type of traction characteristic of an electromagnet, which develops traction approximately inversely with the square of the gap in the magnetic system, i.e. when turned on, the electromagnet develops a small force, which increases sharply as the armature attracts.

Этот недостаток частично устранен в приводе с форсированным включением электромагнита [2]
В качестве прототипа изобретения целесообразно принять электромагнитный привод, содержащий тяговой электромагнит с магнитным сердечником, подвижная часть которого соединена с рабочим механизмом, а на неподвижной его части находится электрическая обмотка, выводы которой посредством основного и вспомогательного элементов подключены к источнику электропитания постоянного тока, а также датчик перемещения подвижной части магнитного сердечника, выход которого соединен со вспомогательным коммутационным элементом [3]
Недостаток прототипа связан со сложностью его исполнения, особенно в части датчика положения подвижной части, в качестве которого обычно предусматривают вспомогательный контакт или бесконтактный датчик.This drawback is partially eliminated in the drive with forced switching on of the electromagnet [2]
As a prototype of the invention, it is advisable to take an electromagnetic drive containing a traction electromagnet with a magnetic core, the movable part of which is connected to the working mechanism, and on the fixed part there is an electric winding, the terminals of which are connected to the DC power source by the main and auxiliary elements, as well as a sensor the movement of the movable part of the magnetic core, the output of which is connected to the auxiliary switching element [3]
The disadvantage of the prototype is associated with the complexity of its execution, especially in terms of the position sensor of the movable part, which usually include an auxiliary contact or a proximity sensor.

Цель изобретения исключение указанного недостатка, а именно упрощение привода. The purpose of the invention is the elimination of this drawback, namely the simplification of the drive.

Эта цель достигается за счет того, что последовательно в цепь электрической обмотки электромагнита включен дроссель, обмотка которого шунтирована диодом, последовательно с которым включен датчик перемещения подвижной части магнитного сердечника. This goal is achieved due to the fact that a choke is connected in series in the circuit of the electric winding of the electromagnet, the winding of which is shunted by a diode, in series with which a moving sensor for the moving part of the magnetic core is connected.

Существенные отличительные признаки изобретения:
дополнительно предусмотрены дроссель и диод;
дроссель включен в цепь электрической обмотки электромагнита и шунтирован в обратном направлении диодом;
датчик перемещения включен последовательно с диодом.The salient features of the invention:
an inductor and a diode are additionally provided;
the inductor is included in the circuit of the electric winding of the electromagnet and shunted in the opposite direction by a diode;
the displacement sensor is connected in series with the diode.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема привода; на фиг. 2 - диаграмма его срабатывания. In FIG. 1 is a schematic diagram of a drive; in FIG. 2 is a diagram of its operation.

Привод (фиг. 1) содержит тяговый электромагнит 1 с магнитным сердечником, имеющим неподвижную 2 и подвижную 3 части, разделенные воздушным зазором δ, причем 0 ≅ δ ≅ δ_max. Подвижная часть 3 (якорь) связана с рабочим механизмом 4. На неподвижной части 2 имеется электрическая обмотка 5, выводы 6-7 которой подключены к источнику электропитания через основной 8 и вспомогательный 9 коммутационные элементы, причем последний шунтирован резистором 10, а также через индуктивность (дроссель) 11. При этом L₁₁ < L₅.The drive (Fig. 1) contains a traction electromagnet 1 with a magnetic core having a fixed 2 and a moving 3 parts, separated by an air gap δ, with 0 ≅ δ ≅ δ _max . The moving part 3 (anchor) is connected to the working mechanism 4. On the fixed part 2 there is an electric winding 5, the terminals 6-7 of which are connected to the power source through the main 8 and auxiliary 9 switching elements, the latter being shunted by resistor 10, as well as through inductance ( throttle) 11. Moreover, L ₁₁ <L ₅ .

Индуктивность 11 шунтирована цепочкой из токоограничительного резистора 12, диода 13 и входного элемента оптрона 14. В состав последнего входят светодиод 15 и фотодиод 16, причем последний подключен ко входной цепи усилителя 17, выходы этого усилителя подключены через элемент задержки 18 (реле времени) ко входной цепи управления вспомогательного ключа 9 к входу блока диагностики 19. Наличие последнего не обязательно. Inductance 11 is shunted by a chain of current-limiting resistor 12, diode 13, and the input element of the optocoupler 14. The latter includes an LED 15 and a photodiode 16, the latter being connected to the input circuit of amplifier 17, the outputs of this amplifier are connected through the delay element 18 (time relay) to the input control circuit auxiliary key 9 to the input of the diagnostic unit 19. The presence of the latter is not necessary.

Привод работает следующим образом. Пусть в исходном состоянии (до момента t₀ на диаграмме фиг. 2) ключ 8 разомкнут, ключ 9 замкнут, обмотка 5 обесточена, якорь 3 оттянут рабочим механизмом 4 в положение δ = δ_max.. При замыкании в момент t₀ ключа 8 образуется цепь питания обмотки 5 от источника U и в этой цепи начинает нарастать ток i, а в магнитном сердечнике 2-3 нарастает пропорциональный этому току магнитный поток Φ, создавая в рабочих зазорах силу F ≡ Φ². Под действием этой силы начинается с момента t₁ движение якоря 3 вместе с рабочим механизмом 4, так, что зазор d уменьшается и соответственно снижается магнитное сопротивление контура 2-3, что ведет к быстрому росту магнитного потока F. Это в свою очередь наводит в обмотке 5 э.д. с.

, что обычно при быстром движении якоря вызывает спад тока в обмотке 5, начиная с момента t₁. Это продолжается до окончания движения якоря 3 (момент t₂), после чего ток снова нарастает.The drive operates as follows. Suppose that in the initial state (until t ₀ in the diagram of Fig. 2), key 8 is open, key 9 is closed, winding 5 is de-energized, armature 3 is pulled by operating mechanism 4 to the position δ = δ _max .. When closing at time t _0, key 8 forms the power circuit of the winding 5 from the source U and in this circuit the current i begins to increase, and in the magnetic core 2-3 the magnetic flux Φ proportional to this current increases, creating a force F Φ Φ ² in the working gaps. Under the action of this force, from the moment t _1, the armature 3 begins to move together with the working mechanism 4, so that the gap d decreases and, accordingly, the magnetic resistance of loop 2-3 decreases, which leads to a rapid increase in magnetic flux F. This in turn leads to a winding 5 e.d. from.

, which is usually during the fast movement of the armature causes a decrease in current in the winding 5, starting from time t ₁ . This continues until the end of the movement of the armature 3 (moment t ₂ ), after which the current rises again.

При спаде тока в обмотке 5 он стремится протекать по обмотке дросселя 11, причем разница токов i_ш i₁₁-i₅ замыкается по контуру 11-15-13-12-11, вызывая срабатывание оптрона 14. Этот сигнал через усилитель 17 воздействует на:
реле времени, которое с задержкой τ отключает ключ 9, вводя в цепь обмотки 5 резистор 10 и переводя тем самым электромагнит из форсированного режима питания в нормальной режим;
блок диагностики 19, который в простейшем случае регистрирует сам факт срабатывания электромагнита, т. е. протяжении якоря, по наличию сигнала на входе блока 19, т.е. по провалу тока Di. В более совершенном варианте блок 19 замеряет длительность τ_c импульса, поскольку эта величина определяется скоростью движения якоря

. Замедление движения якоря обычно может быть вызвано увеличением сопротивления (трения) в рабочем механизме или в самом якоре, снижением напряжения электропитания.When the current in the winding 5 drops, it tends to flow along the winding of the inductor 11, and the difference in currents i _w i ₁₁ -i ₅ closes along the circuit 11-15-13-12-11, causing the optocoupler 14. This signal through the amplifier 17 affects:
a time relay that, with a delay τ, turns off the key 9, introducing a resistor 10 into the winding circuit 5 and thereby transferring the electromagnet from the forced power mode to normal mode;
diagnostic unit 19, which in the simplest case registers the very fact of the operation of the electromagnet, i.e., the length of the armature, by the presence of a signal at the input of unit 19, i.e. by current dip Di. In a more advanced embodiment, block 19 measures the pulse duration τ _c , since this value is determined by the speed of the armature

. Slowing down the movement of the anchor can usually be caused by an increase in resistance (friction) in the working mechanism or in the anchor itself, or by a decrease in the supply voltage.

Таким образом обеспечивается форсированное включение электромагнита, а после срабатывания он автоматически переводится в нормальный режим, причем это выполняется без использования вспомогательных контактов или других датчиков перемещения якоря (рабочего механизма), что упрощает привод. In this way, the electromagnet is forced to turn on, and after being triggered, it is automatically transferred to normal mode, and this is done without the use of auxiliary contacts or other sensors for moving the armature (operating mechanism), which simplifies the drive.

Технико-экономическая эффективность изобретения определяется упрощением привода и повышением надежности его работы. Technical and economic efficiency of the invention is determined by simplifying the drive and increasing the reliability of its operation.

Claims

An electromagnetic drive containing a traction electromagnet with a magnetic core, the movable part of which is connected to the working mechanism, and on the fixed part there is an electric winding, the terminals of which are connected to the DC power source through the main and auxiliary switching elements, as well as a moving sensor for the moving part of the magnetic core the output of which is connected to an auxiliary switching element, characterized in that the displacement sensor of the moving part of the magnesium Nogo core is designed as a choke, the winding of which is shunted by series connected diode and a threshold element, and is connected in series in the electrical circuit of the electromagnet winding.