RU2180143C1

RU2180143C1 - Electromagnetic mechanism control system

Info

Publication number: RU2180143C1
Application number: RU2000117708A
Authority: RU
Inventors: В.В. Войтецкий; В.М. Корчанов; В.В. Котляров; Ю.Н. Пушин; В.З. Сиротников; С.А. Обуховский
Original assignee: ГУП "НПО "Аврора"
Priority date: 2000-07-04
Filing date: 2000-07-04
Publication date: 2002-02-27

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: system has power supply, charging device, storage capacitor, and control units their quantity depending on number of mechanisms under control; each control unit has two controllable switches with respective control elements; command signal arrives at control element of second switch through timer. Isolating diode is inserted between power supply and winding of mechanism under control; timer is built around single-shot multivibrator; connected to the latter are setting element and capacitor. Charging device is, essentially, step-up voltage changer using standard circuit arrangement. Electromagnetic mechanism is turned on by energy stored in capacitor. Timer functions to limit time of capacitor discharge through electromagnetic mechanism. Charge setting time is much longer than operating time of mechanism. Power supply is used only to feed mechanism holding and capacitor charging currents which makes it possible to reduce its power capacity. EFFECT: reduced power requirement, size, and mass; enhanced speed. 1 dwg

Description

Техническое решение может быть использовано для привода рабочих органов различных установок в энергомашиностроении, судостроении и других отраслях. The technical solution can be used to drive the working bodies of various plants in power engineering, shipbuilding and other industries.

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. It is known "Device for controlling a DC electromagnet" by a. from. 1233817, MKI H 01 F 13/00, 7/18, containing a constant voltage source, capacitors, diodes, switch.

К недостаткам устройства следует отнести повышенное энергопотребление. The disadvantages of the device include increased power consumption.

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. It is also known "Device for controlling a DC electromagnet" by as 1206843, MKI H 01 F 7/18, containing control keys, inductor, capacitor, control units, voltage source, diodes.

К недостаткам устройства можно отнести необходимость наличия двух источников питания, что, как следствие, ведет к повышенному энергопотреблению и увеличению габаритов. The disadvantages of the device include the need for two power sources, which, as a result, leads to increased power consumption and an increase in size.

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. The closest in technical essence is adopted as a prototype "Device for pulse control of the electromagnetic actuator" by a. from. 1568087, MKI H 01 F 7/18, comprising the windings of the electromagnetic mechanism, a charging unit, a storage capacitor, a controlled key element connected between the first capacitor plate and the first terminal of the winding of the electromagnetic mechanism, a key control unit, positive and negative power buses.

К недостаткам устройства можно отнести невозможность длительного удержания электромагнитного механизма во включенном состоянии, значительное энергопотребление и неудовлетворительные массогабаритные характеристики. The disadvantages of the device include the impossibility of long-term retention of the electromagnetic mechanism in the on state, significant power consumption and unsatisfactory weight and size characteristics.

Задачей предлагаемого технического решения является создание устройства, экономичного в части энергопотребления с улучшенными массогабаритными характеристиками, повышение быстродействия и уменьшение установочной мощности источника питания. The objective of the proposed technical solution is to create a device that is economical in terms of energy consumption with improved weight and size characteristics, increasing speed and reducing the installed capacity of the power source.

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. To solve this problem, a second controlled key with an old control unit, the input of which is connected, is introduced (as part of the control unit) into a system containing terminals for switching on electromagnetic mechanisms, a charger, a storage capacitor and a control unit including a first controlled key with a first control unit to the terminal for receiving command signals of the unit, to which the input of the first control unit is connected via the entered timer, a diode connected between the power source and the terminal for connecting the electromagnetic about the mechanism, and the charger is made in the form of a step-up voltage converter.

На чертеже приведена принципиальная схема системы. The drawing shows a schematic diagram of a system.

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. The system is designed to control electromagnetic mechanisms 1.1 - 1.N, which are connected to it through terminals 2.1-2.N and 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. The system contains a power supply 4, a positive 5 and a negative 6 power buses, a charger 7, an overvoltage bus 8, a storage capacitor 9 connected, for example, between an overvoltage bus 8 and a negative bus of a power source 6, control units 10.1-10. containing besides the mentioned terminals for their connection 11.1-11.N controlled keys 12.1-12. N and 13.1-13.N with control nodes, respectively 14.1-14.N and 15.1-15. N, timers 16.1-16.N, two groups of diodes 17.1-17.N and 18.1-18.N, respectively.

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. In each control unit 10, a timer input 16 is connected to the command signal receiving terminal 11, the output of which is connected to the control unit 14 acting on the control circuit of the key 12, one end of the switching circuit of which is connected to the overvoltage bus 8, and the other to the connection terminal 2 of the electromagnetic mechanism, to the terminal 3 of which the switching circuit of the key 13 is connected, the other horse of which is connected to the negative bus 6 of the power supply 4. The diode 17 is connected between the bus 5 of the power supply 4 and the terminal 2 of the electromagnetic mechanism, and a diode 18 between the terminal 3 of its connection and the overvoltage bus 8. Each timer 16 contains a single vibrator 19 and a drive 20 and a capacitor 21 connected to it. The charger 7 is made in the form of a step-up voltage converter and includes a circuit containing a current sensor connected in series 22, a throttle 23 and a control key 24 connected to the power supply buses 5, 6, respectively, comparators 25, 26, the inputs of which are connected respectively to the power supply 4 (via the current sensor 22) and to the over-voltage bus 8 (directly), moreover, setpoints 27, 28, respectively, are connected to the installation inputs. The outputs of the comparators 25, 26 are connected to the inputs of the OR gate 29, the output of which is connected to the control unit 30 acting on the control key 24. The circuit point between the inductor 23 and the control key 24 is connected via an diode 31 to the output of the charger 7 to the bus voltage 8.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

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. The ohmic resistance of the windings of the electromagnetic mechanism 1 is set so that at a given output voltage of the power supply 4, the current through the windings, taking into account the voltage drop across the diode 17, controlled by the key 13 and the timer 16, is slightly larger than the holding current of the electromagnetic mechanism 1 in the on state, but much less than the current of its inclusion. The storage capacitor 9 is charged with the charger 7 to the value set by the setter 28. When the voltage reaches a predetermined level, the comparator 26 generates a command to the charger 7 to stop charging or recharge. The timer 16 is configured using the setter 20 to generate a pulse of such a duration that at a given initial voltage on the storage capacitor 9, taking into account its fall due to the discharge, the electromagnetic mechanism 1 is triggered.

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. Suppose that in the initial state at the terminal for receiving command signals 11 there are no switching commands; controlled keys 12 and 13 are open, the storage capacitor 9 is charged to a predetermined value. The charger 7 is activated periodically to compensate for the leakage of the storage capacitor 9. The energy consumption is negligible.

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. Now, let the power-on command be sent to terminal 11. The control unit 15 will generate a signal that will close the key 13. The timer 16. The winding of the electromagnetic mechanism 1 through the diode 17 and the key 13 will be connected to the power source 4. In addition, at the same time the timer 16 generates a control signal to the first control unit 14, and the first key 12 closes. Since the voltage across the capacitor 3 is greater than the voltage of the power supply 4, the diode 17 will "close" and the discharge of the capacitor 9 will go through the winding of the electromagnetic mechanism 1. Its capacitance and pulse duration from the timer 16 are selected so that the switching on of the electromagnetic mechanism 1 is guaranteed. After a predetermined time interval timer 16 "removes" the command signal and the first key 12 is opened. When the voltage at the inductance of the winding of the electromagnetic mechanism 1 drops to the voltage level of the power source 4, the diode 17 "opens" and holding the electromagnetic mechanism 1 in the on state performs the power source 4. When the voltage across the storage capacitor 9 is lower than a predetermined level, the charger 7 will begin pumping the capacitor 9 taking energy from the power source 4. The duration of the electromagnetic mechanism 1 in the on or off state is incommensurable with the duration of the process inclusion. Therefore, the charge duration of the capacitor 9 can be set many times longer than the response time, respectively, the charge current taken from the power supply 4 can be reduced by the same amount. Thus, from the power supply 4 with a voltage much lower than the response voltage of the electromagnetic mechanism 1, only the holding current and the charge current of the capacitor 9 are selected, each of which is many times less than the response current. Therefore, the power consumed from the power source 4 is many times less than the power that would be required if the power source 4 provided only the inclusion of the electromagnetic mechanism 1. A decrease in the power of the power source 4 allows to reduce its weight and dimensions, as well as the cross section of the connecting cables.

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. Since after turning on the electromagnetic mechanism 1 a small power is dissipated on its windings and the problem of heating the winding is removed, large values of induction can be applied in a mode close to saturation, thereby the mass and dimensions of the electromagnetic mechanism 1 itself can be reduced.

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. The charge of the storage capacitor 9 is as follows. In the initial state, when the capacitor 9 is discharged and there is no current through the inductor 23, the key 24 is closed. The current through the inductor 23 rises, and when it reaches the value of the setpoint set by the setter 27, the comparator 25 will change the state, respectively, will change the state of the logic element "OR" 29, and the key 24 will open. The current of the inductor 23 through the diode 31 will go to the charge of the storage capacitor 9 and will decrease. When it decreases to the value of the reverse switching, the process will be repeated until the charge of the storage capacitor 9 to a predetermined voltage.

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. The effectiveness of the claimed system is higher, the higher the difference between the on and off currents. This can be achieved by reducing the gap of the magnetic circuit in the on state of the electromagnetic mechanism 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. According to the authors, the claimed technical solution has an inventive step, because it for a specialist of average qualification in this profile does not explicitly follow from the prior art.

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. The invention is industrially applicable, because can be used as a control system for electromagnetic drives in various sectors of the economy, and the possibility of its manufacture is not in doubt at the current level of technology for manufacturing objects of this type.

Claims

A control system for electromagnetic mechanisms comprising terminals for connecting a charger, a charger, a storage capacitor, control units according to the number of electromagnetic mechanisms, each of which includes a first controlled key with a first control unit, characterized in that a second controlled key is inserted into each control unit with the second control unit, the input of which is connected to the command signal receiving terminal of the control unit, to which the input of the first control unit is connected via the entered timer In addition, the first and second diodes are introduced into each control unit, while the storage capacitor is connected between the overvoltage bus and the negative power bus, the first diode is connected between the positive power bus and the first terminal for connecting the electromagnetic mechanism, the second diode is connected between the second terminal for connecting an electromagnetic mechanism and an overvoltage bus, one end of the switching circuit of the first key is connected to the overvoltage bus, and the other to the first terminal for connecting cheniya electromagnetic mechanism to the second terminal of which is connected to connect one end of the switching of the second switch circuit, the other end of which is connected to the negative supply rail, wherein the battery charger is designed as a step-up voltage converter and provides the charge storage capacitor.