RU2733078C1 - Electromagnet actuation timing method and device for implementation thereof - Google Patents

Electromagnet actuation timing method and device for implementation thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2733078C1
RU2733078C1 RU2019127702A RU2019127702A RU2733078C1 RU 2733078 C1 RU2733078 C1 RU 2733078C1 RU 2019127702 A RU2019127702 A RU 2019127702A RU 2019127702 A RU2019127702 A RU 2019127702A RU 2733078 C1 RU2733078 C1 RU 2733078C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
value
voltage
electromagnet
winding
response time
Prior art date
Application number
RU2019127702A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Михайлович Иванов
Алексей Васильевич Разумов
Александр Федорович Сонин
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации
Priority to RU2019127702A priority Critical patent/RU2733078C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2733078C1 publication Critical patent/RU2733078C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00Magnets
    • H01F7/06Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/18Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
    • H01F7/1805Circuit arrangements for holding the operation of electromagnets or for holding the armature in attracted position with reduced energising current
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00Magnets
    • H01F7/06Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/18Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
    • H01F7/1877Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings controlling a plurality of loads
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P13/00Arrangements for controlling transformers, reactors or choke coils, for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P13/10Arrangements for controlling transformers, reactors or choke coils, for the purpose of obtaining a desired output by moving core, coil winding, or shield, e.g. by induction regulator

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnets (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, can be used for control of electromagnets (EM) of valves and switching devices and is used mainly when solving problem of simultaneous control of several switching devices or valves, when it is important to ensure their synchronous operation. Method is based on regulation of EM actuation time due to automatic change and stabilization of voltage supplied to EM winding during cycle of actuation. Trigger time value is measured in each EM actuation cycle, at the end of which the deviation of the obtained actuation time from the specified value is determined, and before the beginning of the next cycle, the new constant on the cycle is changed value of voltage supplied to the EM winding at its subsequent connection, providing variation of duration of time interval required to achieve current value of winding, at exceeding of which movement of armature begins. Variation of the voltage value supplied to the EM winding at its activation before each new actuation cycle is performed automatically until the electromagnet actuation time reaches the specified value with the required accuracy. Value of voltage supplied to EM winding at its inclusion in each next operation cycle is changed by adding to its current increment value, value of which is determined by multiplying the deviation value of the obtained actuation time from a given value by a coefficient characterizing the effect of voltage variation on the value of the actuation time, which is automatically re-set before each actuation cycle by dividing the voltage increment applied to the winding at the previous actuation cycle by the value of the obtained increment of the actuation time. In order to implement the disclosed method, an electrical schematic diagram of its possible design is proposed.
EFFECT: technical result consists in expansion of functional capabilities and improvement of efficiency.
7 cl, 7 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления приводными электромагнитами (ЭМ) клапанов и коммутационных аппаратов. Данное техническое решение может применяться преимущественно при решении задачи одновременного управления несколькими коммутационными аппаратами или клапанами, когда важно обеспечить их синхронную работу.The proposed invention relates to electrical engineering and can be used to control drive electromagnets (EM) of valves and switching devices. This technical solution can be used mainly when solving the problem of simultaneous control of several switching devices or valves, when it is important to ensure their synchronous operation.

Известны способы регулирования времени срабатывания ЭМ, описанные в [1] на с. 142-144 или в [2] на с. 232-233. Эти решения предусматривают установку дополнительных элементов (индуктивностей, емкостей или сопротивлений) для снижения скорости нарастания тока в обмотке ЭМ при включении. Такие решения значительно увеличивают габариты устройства, так как требует установки элементов, рассчитанных на рабочие токи ЭМ. Кроме того, такое регулирование требует замены установленных ранее элементов и не позволяет обеспечить автоматическое регулирование времени срабатывания. Обычно, регулирование времени срабатывания ЭМ не допускает изменения этого времени как в сторону увеличения, так и уменьшения, а сводится либо к замедлению срабатывания, либо к форсированию.Known methods for regulating the response time of the EM, described in [1] on p. 142-144 or in [2] on p. 232-233. These solutions provide for the installation of additional elements (inductors, capacitors or resistances) to reduce the rate of rise of the current in the EM winding when turned on. Such solutions significantly increase the dimensions of the device, since it requires the installation of elements designed for operating currents of EM. In addition, such regulation requires replacement of previously installed elements and does not allow for automatic regulation of the response time. Usually, the regulation of the EM response time does not allow changing this time both in the direction of increasing and decreasing, but comes down either to slowing down the response or to forcing.

Для задержки времени срабатывания ЭМ используется также и гидравлическое замедление, описанное в [3]. Такое техническое решение должно быть заложено при изготовлении ЭМ и требует наличия в конструкции герметизированной трубки, заполненной вязкой жидкостью, с размещенным в ней подвижным сердечником. Это конструктивное решение нельзя использовать для ЭМ, работающих в сложных условиях эксплуатации. Кроме того, оно не позволяет обеспечивать корректировку ухода времени срабатывания в процессе эксплуатации.To delay the response time of the EM, the hydraulic deceleration described in [3] is also used. Such a technical solution should be incorporated in the manufacture of EM and requires the presence in the structure of a sealed tube filled with a viscous liquid with a movable core placed in it. This design solution cannot be used for EMs operating in difficult operating conditions. In addition, it does not allow for adjusting the response time drift during operation.

Более гибким решением являются способы регулирования времени срабатывания за счет электрического управления параметрами электронных элементов. Например, устройство, описанное в [4], позволяет снизить время срабатывания электромагнита за счет использования повышенного напряжения питания ЭМ и импульсной стабилизации напряжения на его катушке в процессе срабатывания. Такое решение свободно от описанных выше недостатков, но не позволяет регулировать время срабатывания ЭМ, изменяющееся при воздействии на него в процессе эксплуатации дестабилизирующих факторов (изменение температуры, противодействующей силы, рабочего хода).A more flexible solution is the way to regulate the response time due to the electrical control of the parameters of electronic elements. For example, the device described in [4] makes it possible to reduce the response time of an electromagnet due to the use of an increased supply voltage for the EM and pulse stabilization of the voltage on its coil during the actuation process. This solution is free from the disadvantages described above, but it does not allow regulating the EM response time, which changes when destabilizing factors are applied to it during operation (change in temperature, opposing force, working stroke).

За прототип предполагаемого изобретения принят способ регулирования времени срабатывания, реализованный в [5]. Этот способ предполагает измерение напряжения питания и шунтирование дополнительным ключом обмотки ЭМ, подключенной к источнику питания, через последовательно включенный резистор. Данное решение позволяет регулировать время срабатывания ЭМ в широких пределах, но при этом в каждом цикле срабатывания ЭМ затрачивается дополнительная энергия, значительно превышающая реально необходимую для его срабатывания.For the prototype of the alleged invention adopted a method of adjusting the response time, implemented in [5]. This method involves measuring the supply voltage and bypassing the EM winding connected to the power source with an additional key through a series-connected resistor. This solution makes it possible to regulate the response time of the EM within a wide range, but at the same time, in each cycle of the EM operation, additional energy is expended, significantly exceeding the actually necessary for its operation.

Задачами предполагаемого изобретения являются расширение функциональных возможностей способа и повышение энергоэффективности.The objectives of the proposed invention are to expand the functionality of the method and improve energy efficiency.

Предлагаемое техническое решение основано на регулировании времени срабатывания ЭМ за счет автоматического изменения напряжения, подаваемого на обмотку ЭМ в течение цикла срабатывания. Известно [1, 2], что время срабатывания ЭМ (интервал времени от момента подачи напряжения на обмотку до достижения якорем его крайнего положения, соответствующего срабатыванию ЭМ) является суммой времени трогания и времени движения якоря. Время движения якоря определяется равнодействующей действующих на него при движении сил и массой подвижных частей. А время трогания (интервал времени от момента подачи напряжения на обмотку до начала движения якоря) является функцией параметров электрической и магнитной цепей ЭМ и определяется соотношениемThe proposed technical solution is based on regulation of the EM response time by automatically changing the voltage applied to the EM winding during the actuation cycle. It is known [1, 2] that the response time of the EM (the time interval from the moment the voltage is applied to the winding until the armature reaches its extreme position corresponding to the EM operation) is the sum of the start-up time and the time of the armature movement. The time of movement of the armature is determined by the resultant of the forces acting on it during the movement and by the mass of the moving parts. And the starting time (the time interval from the moment the voltage is applied to the winding until the start of the armature movement) is a function of the parameters of the electric and magnetic circuits of the EM and is determined by the ratio

Figure 00000001
Figure 00000001

где Те=Lэм/Rэм - электромагнитная постоянная обмотки ЭМ;where T e = L em / R em is the electromagnetic constant of the EM winding;

Lэм и Rэм - соответственно индуктивность и сопротивление обмотки ЭМ;L em and R em - respectively the inductance and resistance of the EM winding;

Uтр=IтрRэм - напряжение трогания;U tr = I tr R em - starting voltage;

Iтр - ток трогания (значение тока в обмотке ЭМ, при котором начинается движение якоря);I tr - starting current (value of the current in the EM winding, at which the armature begins to move);

Uэм=IэмRэм - значение напряжения, которое подается на обмотку ЭМ при его включении;U em = I em R em is the voltage value that is supplied to the EM winding when it is turned on;

Iэм - установившееся значение тока в обмотке ЭМ, после его срабатывания.I em - the steady-state value of the current in the EM winding, after its operation.

Приведенное соотношение показывает, что время трогания напрямую зависит от величины напряжения, подаваемого на обмотку ЭМ, а значит, его можно регулировать, изменяя подаваемое напряжение. Соответственно, регулируя время трогания, можно одновременно регулировать и время срабатывания.The above ratio shows that the start-off time directly depends on the voltage applied to the EM winding, which means that it can be regulated by changing the supplied voltage. Accordingly, by adjusting the starting time, you can simultaneously adjust the response time.

Для решения задачи предполагаемого изобретения величину времени срабатывания измеряют в каждом цикле срабатывания электромагнита, по окончании которого определяют отклонение полученного времени срабатывания от заданного значения, и перед началом следующего цикла изменяют и стабилизируют новое постоянное на цикле значение напряжения, подаваемого на обмотку электромагнита при его последующем включении. Тем самым обеспечивают изменение длительности интервала времени, необходимого для достижения током обмотки значения, при превышении которого начинается движение якоря. Причем изменение значения напряжения, подаваемого на обмотку электромагнита при его включении, перед каждым новым циклом срабатывания производят автоматически до тех пор, пока время срабатывания электромагнита не достигнет заданного значения с требуемой точностью.To solve the problem of the proposed invention, the response time is measured in each electromagnet response cycle, after which the deviation of the obtained response time from the set value is determined, and before the start of the next cycle, a new constant on the cycle voltage value supplied to the electromagnet winding is changed and stabilized upon its subsequent switching on ... Thus, a change in the duration of the time interval required for the winding current to reach the value above which the armature begins to move is provided. Moreover, the change in the value of the voltage applied to the winding of the electromagnet when it is turned on, before each new actuation cycle is carried out automatically until the actuation time of the electromagnet reaches the specified value with the required accuracy.

Значение напряжения, подаваемого на обмотку электромагнита при его включении в каждом следующем цикле срабатывания, изменяют путем добавления к его текущему значению приращения, величину которого определяют путем умножения значения отклонения полученного времени срабатывания от заданного значения на коэффициент, характеризующий влияние изменения напряжения на величину времени срабатывания. Начальное значение коэффициента, характеризующего влияние изменения напряжения на величину времени срабатывания, определяют экспериментально или методом компьютерного моделирования до начала работы. Для повышения помехозащищенности способа значение коэффициента, характеризующего влияние изменения напряжения на величину времени срабатывания, переопределяют автоматически перед началом каждого цикла срабатывания путем деления приращения напряжения, подававшегося на обмотку на предыдущем цикле срабатывания, на величину полученного приращения времени срабатывания.The value of the voltage applied to the winding of the electromagnet when it is turned on in each subsequent operation cycle is changed by adding to its current value an increment, the value of which is determined by multiplying the deviation of the obtained response time from the set value by a coefficient characterizing the effect of voltage change on the response time. The initial value of the coefficient characterizing the effect of voltage changes on the response time is determined experimentally or by computer simulation before starting work. To increase the noise immunity of the method, the value of the coefficient characterizing the effect of voltage changes on the response time is automatically redefined before the start of each operation cycle by dividing the voltage increment supplied to the winding during the previous operation cycle by the value of the resulting response time increment.

Для реализации предлагаемого способа регулирования времени срабатывания ЭМ разработано устройство, прототипом которого является устройство управления электромагнитом постоянного напряжения по патенту RU 2636052 С1 [6]. В устройстве-прототипе напряжение питания измеряется посредством подачи на аналоговый вход 15 (см. фиг. 4 [6]) микроконтроллера 9 напряжения с резистивного делителя R11 - R12, которое пропорционально напряжению питания. Примененный в данном устройстве способ регулирования напряжения на обмотке ЭМ использует схему понижающего стабилизатора напряжения, которая не позволяет установить напряжение на обмотке ЭМ, превышающее напряжение питания. Кроме того, измеряемое напряжение питания не учитывает потерь на ключе, что снижает точность данного способа. Для решения задачи изобретения в устройство дополнительно введены преобразователь напряжения, фильтр питания, преобразователь интерфейса и датчик срабатывания электромагнита, связанный с его якорем. Причем плюсовой и минусовой выводы преобразователя напряжения соединены с соответствующими клеммами питания, его управляющий вход соединен с аналоговым выходом микроконтроллера. Выход преобразователя напряжения соединен с плюсовыми выводами управляемого ключа и фильтра питания, минусовой вывод которого соединен со второй клеммой питания. Выход датчика срабатывания соединен с аналоговым входом компаратора микроконтроллера, вход данных которого соединен с выходом данных преобразователя интерфейса, чей вход данных соединен с выходом данных микроконтроллера. Двунаправленные выводы преобразователя интерфейса и дискретный вход микроконтроллера являются внешними сигнальными входами для управления электромагнитом. В качестве микроконтроллера используется микросхема PIC16F1778-I/SO, у которой вывод 3 является аналоговым выходом, выводы 8 и 19 - минусовым выводом питания, вывод 11 - дискретным выходом, вывод 13 - аналоговым входом компаратора, вывод 14 - входом аналогово-цифрового преобразователя, вывод 15 - дискретным входом, вывод 16 - входом данных, вывод 18 - выходом данных, а вывод 20 - плюсовым выводом питания.To implement the proposed method for controlling the response time of an EM, a device has been developed, the prototype of which is a control device for a DC voltage electromagnet according to patent RU 2636052 C1 [6]. In the prototype device, the supply voltage is measured by applying to the analog input 15 (see Fig. 4 [6]) of the microcontroller 9 voltage from the resistive divider R11 - R12, which is proportional to the supply voltage. The method of regulating the voltage on the EM winding used in this device uses a step-down voltage stabilizer circuit, which does not allow setting the voltage on the EM winding that exceeds the supply voltage. In addition, the measured supply voltage does not take into account the losses on the key, which reduces the accuracy of this method. To solve the problem of the invention, a voltage converter, a power filter, an interface converter and an electromagnet actuation sensor associated with its armature are additionally introduced into the device. Moreover, the positive and negative terminals of the voltage converter are connected to the corresponding power terminals, its control input is connected to the analog output of the microcontroller. The output of the voltage converter is connected to the positive terminals of the controlled key and the power filter, the negative terminal of which is connected to the second power terminal. The output of the actuation sensor is connected to the analog input of the comparator of the microcontroller, the data input of which is connected to the data output of the interface converter, whose data input is connected to the data output of the microcontroller. Bidirectional outputs of the interface converter and a discrete input of the microcontroller are external signal inputs for controlling the electromagnet. As a microcontroller, a PIC16F1778-I / SO microcircuit is used, in which pin 3 is an analog output, pins 8 and 19 are a negative power pin, pin 11 is a discrete output, pin 13 is an analog input of a comparator, pin 14 is an input of an analog-to-digital converter, pin 15 is a discrete input, pin 16 is a data input, pin 18 is a data output, and pin 20 is a positive power supply.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами.The essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings.

Фиг. 1. Экспериментальная и расчетные зависимости времени срабатывания ЭМ от напряжения, подаваемого на его обмотку.FIG. 1. Experimental and calculated dependences of the EM response time on the voltage supplied to its winding.

Фиг. 2. Графическая иллюстрация работы предлагаемого технического решения.FIG. 2. Graphic illustration of the proposed technical solution.

Фиг. 3. Возможная блок-схема алгоритма работы устройства, реализующего предлагаемый способ.FIG. 3. Possible block diagram of the operation algorithm of the device that implements the proposed method.

Фиг. 4. Функциональная схема устройства для регулирования времени срабатывания электромагнита.FIG. 4. Functional diagram of a device for regulating the response time of an electromagnet.

Фиг. 5. Структурная схема ядра и конфигурации внутренних модулей микроконтроллера.FIG. 5. Block diagram of the core and configuration of the internal modules of the microcontroller.

Фиг. 6. Электрическая принципиальная схема возможного исполнения устройства для регулирования времени срабатывания электромагнита.FIG. 6. Electrical schematic diagram of a possible design of a device for regulating the response time of an electromagnet.

Фиг. 7. Результаты компьютерного моделирования срабатывания электромагнита в разных условиях.FIG. 7. Results of computer simulation of electromagnet actuation under different conditions.

Предлагаемый способ регулирования времени срабатывания ЭМ основан на измерении времени срабатывания ЭМ по сигналу датчика срабатывания, контролирующего перемещение штока ЭМ, и напряжения на его обмотке и последующей коррекции напряжения на обмотке ЭМ для изменения времени срабатывания ЭМ до достижения требуемой точности регулирования.The proposed method for regulating the EM response time is based on measuring the EM response time according to the signal of the actuation sensor, which controls the movement of the EM rod, and the voltage on its winding and subsequent voltage correction on the EM winding to change the EM response time until the required control accuracy is achieved.

На фиг. 1 приведены экспериментальная (показанные кружочками экспериментально снятые точки соединены ломаной линией) и расчетные зависимости времени срабатывания ЭМ от напряжения, подаваемого на его обмотку. Расчетные зависимости получены методом компьютерного моделирования для номинального (сплошная линия), минимально возможного в допустимых условиях эксплуатации (штрихпунктирная линия) и максимально возможного (прерывистая линия) значений сопротивления обмотки и номинальных значений всех остальных параметров электрических и магнитных цепей ЭМ. Полученные кривые (см. фиг. 1) показывают, что качественно зависимость времени срабатывания от приложенного к обмотке напряжения напоминает обратно-пропорциональную, т.е. с увеличением приложенного напряжения к обмотке время срабатывания ЭМ уменьшается, и, соответственно, с уменьшением приложенного напряжения - увеличивается. Из приведенных графиков также видно, что на рассматриваемую зависимость влияет, например, и значение сопротивления обмотки ЭМ. Кроме того, на данную зависимость будут оказывать влияние также конкретные значения параметров электрических и магнитных цепей и величина нагрузки, действующей на шток ЭМ. Поэтому точный вид зависимости времени срабатывания ЭМ от напряжения, подаваемого на его обмотку, в реальных условиях его эксплуатации заранее не известен, хотя качественный характер этой зависимости по известным авторам данным не меняется. Предлагаемый способ регулирования времени срабатывания ЭМ позволяет учесть все описанные факторы.FIG. 1 shows the experimental (the experimentally removed points shown by the circles are connected by a broken line) and the calculated dependences of the EM response time on the voltage supplied to its winding. The calculated dependencies were obtained by the method of computer simulation for the nominal (solid line), the minimum possible under permissible operating conditions (dash-dotted line) and the maximum possible (dashed line) values of the winding resistance and the nominal values of all other parameters of the electric and magnetic circuits of the EM. The curves obtained (see Fig. 1) show that qualitatively the dependence of the response time on the voltage applied to the winding resembles an inverse proportional one, i.e. with an increase in the applied voltage to the winding, the response time of the EM decreases, and, accordingly, with a decrease in the applied voltage, it increases. It can also be seen from the given graphs that the considered dependence is influenced, for example, by the value of the EM winding resistance. In addition, this dependence will also be influenced by the specific values of the parameters of the electric and magnetic circuits and the magnitude of the load acting on the EM rod. Therefore, the exact form of the dependence of the EM response time on the voltage supplied to its winding is not known in advance in real conditions of its operation, although the qualitative nature of this dependence according to the data known to the authors does not change. The proposed method for regulating the response time of the EM allows taking into account all the factors described.

Процесс автоматического регулирования времени срабатывания осуществляется следующим образом. На фиг. 2 приведена поясняющая его графическая иллюстрация. Для осуществления некоторого k-го цикла срабатывания ЭМ к его обмотке прикладывается напряжение Uэм(k), что в результате срабатывания позволяет получить значение времени срабатывания tсраб(k). Этой ситуации соответствует точка А0 на координатной плоскости tсраб(Uэм) (см. график на фиг. 2). Поскольку известно заданное значение времени срабатывания tсраб зад и текущее значение коэффициента kв(k), характеризующего влияние изменения напряжения на величину времени срабатывания, можно рассчитать новое требуемое значение напряжения, которое будет подаваться на обмотку ЭМ в следующем цикле срабатывания:The process of automatic regulation of the response time is carried out as follows. FIG. 2 shows a graphic illustration explaining it. To implement a certain k-th cycle of EM operation, a voltage U em (k) is applied to its winding, which, as a result of operation, makes it possible to obtain the value of the operation time t operation (k). This situation corresponds to point A 0 on the coordinate plane t srab (U em ) (see the graph in Fig. 2). Since we know the set value of the response time t trip set and the current value of the coefficient k in (k), which characterizes the effect of voltage changes on the response time, it is possible to calculate the new required voltage value that will be supplied to the EM winding in the next operation cycle:

Figure 00000002
Figure 00000002

где Δtсраб(k)=tсраб зад-tсраб(k).where Δt srab (k) = t srab ass -t srab (k).

В первом цикле срабатывания в качестве значений Uэм(k), kв(k) и tсраб(k) используются или заводские настройки, или значение, полученное в информационном пакете по последовательному каналу: Uэм(k)=Uэм ном - номинальное расчетное значение напряжения, при подаче которого на обмотку в идеальных условиях эксплуатации ЭМ с номинальными значениями всех параметров достигается расчетное время срабатывания tсраб(k)=tсраб ном; kв(k)=kв расч - номинальное расчетное значение коэффициента, полученное для номинальных условий, например, экспериментально или методом компьютерного моделирования.In the first actuation cycle, as the values U em (k), k in (k) and t act (k), either the factory settings or the value obtained in the information packet via a serial channel are used: U em (k) = U em nom - nominal calculated voltage value, when applied to the winding under ideal operating conditions of EM with nominal values of all parameters, the calculated response time t trip (k) = t trip is achieved ; k in (k) = k in calculation - the nominal calculated value of the coefficient obtained for nominal conditions, for example, experimentally or by computer simulation.

При осуществлении следующего (k+1)-го цикла срабатывания к обмотке ЭМ прикладывается напряжение Uэм(k+1). Значение времени срабатывания tcpaб(k+l), которое будет получено в этом цикле, будет отличаться от tcpaб зад в силу нелинейности зависимости tcpaб(Uэм) и отличия условий эксплуатации и параметров ЭМ и цепей управления от номинальных. Таким образом, после срабатывания мы получаем на координатной плоскости tcpaб(Uэм) точку А2, а не прогнозируемую точку А1. По результатам, полученным на текущем цикле срабатывания, может быть автоматически скорректировано значение коэффициента kв в соответствии с соотношением:When implementing the next (k + 1) th actuation cycle, voltage U em (k + 1) is applied to the EM winding. The value of the response time t cpab (k + l), which will be obtained in this cycle, will differ from t cpab back due to the nonlinearity of the t cpab (U em ) dependence and the difference in operating conditions and parameters of the EM and control circuits from the nominal ones. Thus, we obtain after switching on the coordinate plane cpab t (U EM) point A 2 and point A is not the predicted one. The results obtained for the current frame, operation can be automatically adjusted to the value of the coefficient k in accordance with the relationship:

Figure 00000003
Figure 00000003

и по формуле (2) рассчитано значение напряжения, которое будет подаваться на обмотку ЭМ в следующем цикле. Изменение значений напряжения обмотки и коэффициента kв для следующего цикла срабатывания производится до тех пор, пока полученное в текущем цикле время срабатывания не удовлетворяет требуемой точности его регулирования, т.е. пока не станет справедливым неравенство:and according to the formula (2), the voltage value that will be supplied to the EM winding in the next cycle is calculated. The change in the values of the winding voltage and the coefficient k in for the next operation cycle is performed until the response time obtained in the current cycle satisfies the required accuracy of its regulation, i.e. until the inequality becomes true:

Figure 00000004
Figure 00000004

где δtcpаб - требуемая точность регулирования времени срабатывания.where δt cpab is the required accuracy of the response time regulation.

На фиг. 3 приведена блок-схема примерного алгоритма, выполнение которого при работе устройства, реализующего предлагаемый способ, позволит обеспечить решение задачи изобретения.FIG. 3 shows a block diagram of an exemplary algorithm, the implementation of which during the operation of a device that implements the proposed method, will provide a solution to the problem of the invention.

Функциональная схема устройства, реализующего предложенный способ регулирования времени срабатывания ЭМ, приведена на фиг. 4. Устройство содержит первую 1 и вторую 2 клеммы питания, соединенные соответственно с положительным и отрицательным выводами источника постоянного напряжения, две клеммы 3 и 4 для подключения обмотки электромагнита 5, делитель напряжения 6, диод 7, управляемый ключ 8, стабилизатор напряжения 9 и микроконтроллер 10. Причем анод диода, отрицательные выводы делителя напряжения, стабилизатора напряжения и управляемого ключа соединены со второй клеммой питания. Катод диода и положительный вывод управляемого ключа соединены с плюсовой клеммой 3 электромагнита 5. Вход стабилизатора напряжения соединен с первой клеммой питания, а его выход с плюсовым выводом питания микроконтроллера. Управляющий вход управляемого ключа соединен с дискретным выходом DO микроконтроллера 10, вход AInl аналогово-цифрового преобразователя которого соединен с выходом делителя напряжения 6. Минусовая клемма 4 электромагнита 5 и минусовой вывод питания микроконтроллера 10 соединены со второй клеммой питания 2. Устройство также содержит преобразователь напряжения 11, фильтр питания 12, преобразователь интерфейса 13 и датчик срабатывания 14 электромагнита 5, связанный с его якорем. Причем плюсовой и минусовой выводы преобразователя напряжения соединены с соответствующими клеммами питания, его управляющий вход с аналоговым выходом микроконтроллера, а выход с плюсовыми выводами управляемого ключа и фильтра питания. Минусовой вывод фильтра питания 12 соединен со второй клеммой питания. Выход датчика срабатывания 14 соединен с аналоговым входом AIn2 компаратора микроконтроллера 10, вход данных которого соединен с выходом данных преобразователя интерфейса 13, чей вход данных соединен с выходом данных Si микроконтроллера 10. Двунаправленные выводы преобразователя интерфейса 13 и дискретный вход DI микроконтроллера 10 являются внешними сигнальными входами для управления электромагнитом 5.A functional diagram of a device that implements the proposed method for controlling the response time of an EM is shown in Fig. 4. The device contains the first 1 and second 2 power terminals connected respectively to the positive and negative terminals of the constant voltage source, two terminals 3 and 4 for connecting the electromagnet winding 5, voltage divider 6, diode 7, controlled switch 8, voltage stabilizer 9 and microcontroller 10. Moreover, the anode of the diode, the negative terminals of the voltage divider, the voltage stabilizer and the controlled key are connected to the second power terminal. The cathode of the diode and the positive terminal of the controlled key are connected to the positive terminal 3 of the electromagnet 5. The input of the voltage stabilizer is connected to the first power terminal, and its output is connected to the positive terminal of the microcontroller's power supply. The control input of the controlled key is connected to the discrete output DO of the microcontroller 10, the input AInl of the analog-to-digital converter is connected to the output of the voltage divider 6. The negative terminal 4 of the electromagnet 5 and the negative power output of the microcontroller 10 are connected to the second power terminal 2. The device also contains a voltage converter 11 , a power filter 12, an interface converter 13 and an actuation sensor 14 of an electromagnet 5, connected to its armature. Moreover, the positive and negative terminals of the voltage converter are connected to the corresponding power terminals, its control input with the analog output of the microcontroller, and the output with the positive terminals of the controlled key and the power filter. The negative terminal of the power filter 12 is connected to the second power terminal. The output of the actuation sensor 14 is connected to the analog input AIn2 of the comparator of the microcontroller 10, the data input of which is connected to the data output of the interface converter 13, whose data input is connected to the data output Si of the microcontroller 10. Bidirectional outputs of the interface converter 13 and the digital input DI of the microcontroller 10 are external signal inputs to control the electromagnet 5.

Регулирование напряжения на обмотке ЭМ обеспечивается преобразователем напряжения. С целью расширения допустимого диапазона напряжений питания предлагается использовать DC/DC-преобразователь, построенный по топологии с несимметрично нагруженной первичной индуктивностью (Single-Ended Primary-Inductor Converter - SEPIC) [7]. Такой преобразователь способен работать при входном напряжении как выше, так и ниже стабилизируемого выходного напряжения. Предложенное решение позволит эффективнее использовать источник тока в случае применения в качестве первичного источника электроэнергии аккумуляторной батареи. Схема такого преобразователя приведена на рис. 5 в статье [7] на с. 127. Корректировка выходного напряжения преобразователя для регулирования времени срабатывания ЭМ выполняется суммированием на входе FB микросхемы LM3478 (см. рис. 5 в статье [7]) напряжения обратной связи, поступающего с делителя, образованного резисторами R1 и R2, и напряжения с аналогового выхода (АО) микроконтроллера (МК) 10 (см. схему фиг. 4), соединенного с управляющим входом преобразователя напряжения 11 (средней точкой его делителя напряжения R1 и R2).Voltage regulation on the EM winding is provided by a voltage converter. In order to expand the permissible range of supply voltages, it is proposed to use a DC / DC converter built according to the topology with an asymmetrically loaded primary inductance (Single-Ended Primary-Inductor Converter - SEPIC) [7]. Such a converter is capable of operating at an input voltage both above and below the stabilized output voltage. The proposed solution will allow more efficient use of the current source in the case of using a storage battery as a primary source of electricity. The diagram of such a converter is shown in Fig. 5 in article [7] on p. 127. Correction of the output voltage of the converter to regulate the response time of the EM is performed by summing at the input FB of the LM3478 microcircuit (see Fig. 5 in article [7]) the feedback voltage coming from the divider formed by resistors R1 and R2, and the voltage from the analog output ( AO) microcontroller (MK) 10 (see diagram of Fig. 4) connected to the control input of the voltage converter 11 (midpoint of its voltage divider R1 and R2).

К выходу преобразователя подключен фильтр питания, предназначенный для снижения влияния переходных процессов при включении ЭМ. В отличие от прототипа устройства, выходное напряжение преобразователя постоянно подано на управляемый ключ, а подача напряжения на ЭМ выполняется по сигналу с цифрового выхода (DO) микроконтроллера (см. схему фиг. 4) по команде, поступающей либо на цифровой вход DI МК, либо по последовательному интерфейсу (Si) через преобразователь интерфейса. После приема сигнала на включение ЭМ начинается отсчет времени его срабатывания. В модуль микроконтроллера EUSART (Enhanced Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) с приемопередатчиком RS485/RS422 в качестве преобразователя интерфейса. При поступлении команды на включение ЭМ стабилизированное напряжение через управляемый ключ поступает на обмотку электромагнита и через делитель напряжения на аналоговый вход микроконтроллера (AInl), где производится его измерение. Контроль напряжения после управляемого ключа позволяет учесть потери напряжения на нем, вызванные его нагревом. После подачи напряжения на обмотку ЭМ через определенное время происходит его срабатывание, которое фиксирует датчик срабатывания. В качестве такого датчика может быть использован оптоэлектронный сенсор, например EE-SPX301 [8] производства OMRON CORPORATION. При поступлении сигнала с датчика срабатывания оканчивается отсчет времени срабатывания ЭМ. Питание микроконтроллера, управляемого ключа и датчика срабатывания осуществляется от стабилизатора напряжения, имеющего выходное напряжение +5 вольт.A power filter is connected to the output of the converter, designed to reduce the influence of transients when the EM is turned on. Unlike the prototype of the device, the output voltage of the converter is constantly applied to the controllable key, and the voltage is applied to the EM according to the signal from the digital output (DO) of the microcontroller (see the diagram of Fig. 4) by the command arriving either at the digital input DI MK, or via serial interface (Si) via interface converter. After receiving the signal to turn on the EM, the countdown of the time of its operation begins. Into the EUSART (Enhanced Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) microcontroller module with RS485 / RS422 transceiver as interface converter. When the command to turn on the EM is received, the stabilized voltage through the controlled key is fed to the electromagnet winding and through the voltage divider to the analog input of the microcontroller (AInl), where it is measured. Monitoring the voltage after the controlled key allows you to take into account the voltage loss on it, caused by its heating. After the voltage is applied to the EM winding, after a certain time, it is triggered, which is fixed by the trigger sensor. An optoelectronic sensor, for example EE-SPX301 [8] manufactured by OMRON CORPORATION, can be used as such a sensor. When a signal is received from the actuation sensor, the EM actuation time expires. The microcontroller, controlled key and actuation sensor are powered by a voltage stabilizer with an output voltage of +5 volts.

Управление работой устройства осуществляется микроконтроллером PIC16F1778 Microchip Technology Inc. [9]. Структурная схема ядра и конфигурации внутренних модулей микроконтроллера (МК) приведена на фиг. 5.The device is controlled by a PIC16F1778 microcontroller Microchip Technology Inc. [nine]. The block diagram of the core and the configuration of the internal modules of the microcontroller (MC) is shown in Fig. five.

На вход AInl (вывод 14 МК) подается напряжение, пропорциональное напряжению на обмотке ЭМ, которое поступает на вход 10-и разрядного аналого-цифрового преобразователя ADC, выходной код которого Cui пропорционален входному напряжению. Измерения проводятся на интервале времени от момента подачи напряжения на обмотку ЭМ (по сигналу Start) до момента срабатывания ЭМ (появления сигнала Stop на выходе компаратора СМР5 при поступлении сигнала с выхода датчика срабатывания). Сигнал Start формируется или при поступлении дискретного сигнала на вход DI (вывод 15 МК), или по команде, полученной по последовательному интерфейсу EUSART (выводы 15, 16 МК). Сигнал Stop формируется на выходе компаратора СМР5 как результат сравнения сигнала с выхода датчика срабатывания ЭМ, поступающего на вход Ain2 (вывод 13 МК), с напряжением, поступающим с выхода цифро-аналогового преобразователя DAC2. Это позволяет использовать датчики срабатывания как с дискретным, так и с аналоговым выходом. Для повышения помехозащищенности выбран режим работы компаратора с гистерезисом. Интервал времени, соответствующий времени срабатывания ЭМ, измеряется таймером TMR. Результат Cti, полученный таймером, сравнивается с заданным значением времени срабатывания Cui, введенным в МК. Величина невязки используется для расчета поправки Cdi к напряжению на обмотке ЭМ. В результате формируется выходной сигнал на аналоговом выходе микроконтроллера (вывод 3 МК), который определяет значение напряжения, которое будет подано на обмотку ЭМ в следующем цикле срабатывания. Полученный результат поправки к напряжению загружается в цифро-аналоговый преобразователь DAC1 и через буферный усилитель Op Amp поступает на аналоговый выход микроконтроллера АО (вывод 3 МК), с которого через нормирующий резистор поступает на вход FB преобразователя напряжения, изменяя значение напряжения, которое будет подано на обмотку ЭМ в следующем цикле срабатывания.The input AInl (pin 14 of the MK) is supplied with a voltage proportional to the voltage on the EM winding, which is fed to the input of a 10-bit analog-to-digital converter ADC, the output code of which Cui is proportional to the input voltage. Measurements are carried out in the time interval from the moment the voltage is applied to the EM winding (by the Start signal) to the moment the EM is triggered (the appearance of the Stop signal at the output of the CMP5 comparator when a signal is received from the output of the actuation sensor). The Start signal is generated either when a discrete signal arrives at the DI input (pin 15 MK), or by a command received via the EUSART serial interface (pins 15, 16 MK). The Stop signal is formed at the output of the CMP5 comparator as a result of comparing the signal from the output of the EM actuation sensor coming to the input Ain2 (pin 13 of the MC) with the voltage coming from the output of the DAC2 digital-to-analog converter. This allows the use of actuation sensors with both discrete and analog outputs. To increase noise immunity, the comparator operation mode with hysteresis is selected. The time interval corresponding to the EM response time is measured by the TMR timer. The Cti result obtained by the timer is compared with the Cui setpoint entered into the MCU. The residual value is used to calculate the correction Cdi to the voltage on the EM winding. As a result, an output signal is generated at the analog output of the microcontroller (pin 3 of the MC), which determines the voltage value that will be applied to the EM winding in the next actuation cycle. The obtained result of the correction to the voltage is loaded into the digital-to-analog converter DAC1 and through the buffer amplifier Op Amp is fed to the analog output of the microcontroller AO (pin 3 of the MC), from which it is fed through the normalizing resistor to the input FB of the voltage converter, changing the voltage value that will be applied to the EM winding in the next operation cycle.

Для обеспечения точности регулирования в широком диапазоне температур в качестве опорного для цифро-аналоговых и аналого-цифрового преобразователей используется одинаковое значение напряжения Vref1, что делает получаемую поправку к напряжению инвариантной по отношению к величине опорного напряжения.To ensure control accuracy over a wide temperature range, the same voltage V ref1 is used as a reference for digital-to-analog and analog-to-digital converters, which makes the resulting voltage correction invariant with respect to the value of the reference voltage.

Пример принципиальной схемы возможного исполнения устройства для регулирования времени срабатывания электромагнита приведен на фиг. 6. На схеме использованы следующие обозначения:An example of a schematic diagram of a possible design of a device for controlling the response time of an electromagnet is shown in Fig. 6. The diagram uses the following designations:

Пр.Н - преобразователь напряжения;Pr.N - voltage converter;

ФП - фильтр питания;FP - power filter;

СН - стабилизатор напряжения;СН - voltage stabilizer;

Пр.Инт.- преобразователь интерфейса;Int.- interface converter;

МК - микроконтроллер;MK - microcontroller;

ДН - делитель напряжения;DN - voltage divider;

ДС - датчик срабатывания.DS - actuation sensor.

Работоспособность заявляемого технического решения подтверждается результатами компьютерного моделирования, которые приведены на фиг. 7 для разных условий работы ЭМ. На всех приведенных на этой фигуре графиках показаны переходные процессы моделирования одного цикла срабатывания, причем команда на включение ЭМ приходит в один и тот же момент времени t=0.005 с. Моделируется работа ЭМ с дисковым якорем, который в обесточенном состоянии находится под действием пружины на расстоянии 0.47 мм от сердечника. При срабатывании якорь прижимается к сердечнику.The performance of the proposed technical solution is confirmed by the results of computer simulation, which are shown in Fig. 7 for different operating conditions of EM. All the graphs shown in this figure show the transient processes of modeling one operation cycle, and the command to turn on the EM comes at the same time moment t = 0.005 s. The operation of an EM with a disk armature is simulated, which in the de-energized state is under the action of a spring at a distance of 0.47 mm from the core. When triggered, the armature is pressed against the core.

На фиг. 7,а показан переходный процесс работы ЭМ для номинальных значений параметров. Здесь Uэм(k)=Uэм ном=28 В. В результате моделирования после срабатывания ЭМ получаем tсраб(k)=6.11 мс. Предположим, что заданное значение времени срабатывания будет tсраб зад=5.5 мс, а номинальное расчетное значение коэффициента kв расч =-4.88 В/мс. Тогда, чтобы получить в следующем цикле время срабатывания ЭМ, приближающееся к заданному, нужно изменить значение напряжения, подаваемое на обмотку, воспользовавшись соотношением (2):FIG. 7, a shows the transient process of the EM for the nominal values of the parameters. Here U em (k) = U em nom = 28 V. As a result of simulation, after EM triggering, we obtain t srab (k) = 6.11 ms. Let us assume that the set value of the operate time will be t tripping set = 5.5 ms, and the nominal calculated value of the coefficient k in calc = -4.88 V / ms. Then, in order to get the EM response time approaching the specified one in the next cycle, it is necessary to change the voltage value supplied to the winding using the relation (2):

Uэм(k+1)=Uэм(k)+kв(k)Δtcpa6(k)=28+(-4.88)⋅(5.5-6.11)=30.98 В.U em (k + 1) = U em (k) + k in (k) Δt cpa6 (k) = 28 + (- 4.88) ⋅ (5.5-6.11) = 30.98 V.

При подаче этого напряжения на обмотку ЭМ в следующем цикле срабатывания получим переходный процесс, приведенный на фиг. 7,б. В этом случае, как видно из графика, мы получили tсраб(k+1)=5.52 мс. Будем считать, что задана точность регулирования времени срабатывания δt=0,01 мс. Тогда неравенство (4) не выполняется, и на следующем цикле срабатывания требуется опять изменить значение напряжения, подаваемого на обмотку. Однако, в результате предыдущего цикла мы получили данные, позволяющие скорректировать величину коэффициента kв. Воспользовавшись формулой (3), получим:When this voltage is applied to the EM winding in the next actuation cycle, we obtain the transient process shown in Fig. 7, b. In this case, as can be seen from the graph, we got t srab (k + 1) = 5.52 ms. We will assume that the response time control accuracy δt = 0.01 ms is specified. Then inequality (4) is not fulfilled, and on the next operation cycle, it is required to change the value of the voltage supplied to the winding again. However, as a result of the previous cycle, we received data that allow us to adjust the value of the coefficient k in . Using formula (3), we get:

kв(k+1)=(Uэм(k+1)-Uэм(k))/(tcpa6(k+1)-tcpa6(k))=(30.98-28)/(5.52-6.11)=-5.05 В/мс. Тогда в соответствии с соотношением (2) с точностью до 0.01 В получим:k in (k + 1) = (U em (k + 1) -U em (k)) / (t cpa6 (k + 1) -t cpa6 (k)) = (30.98-28) / (5.52-6.11 ) = - 5.05 V / ms. Then, in accordance with relation (2) with an accuracy of 0.01 V, we obtain:

Uэм(k+2)=30.98+(-5.05)⋅(5.5-5.52)=31.08 В.U em (k + 2) = 30.98 + (- 5.05) ⋅ (5.5-5.52) = 31.08 V.

Если в следующем цикле срабатывания подать на обмотку ЭМ это напряжение, то будет получен переходный процесс, показанный на фиг. 7,в. В этом случае будет получено время срабатывания tcpaб(k+2)=5.495 мс, при котором неравенство (4) выполняется. А значит, в следующем цикле срабатывания изменять значение напряжения, подаваемого на обмотку, не требуется.If this voltage is applied to the EM winding in the next operation cycle, then the transient process shown in Fig. 7, c. In this case, the response time t cpa (k + 2) = 5.495 ms will be obtained, at which inequality (4) is satisfied. This means that in the next operation cycle, it is not required to change the value of the voltage supplied to the winding.

Предположим теперь, что в некотором n-м цикле срабатывания ЭМ уменьшилась на 10% нагрузка, действующая на шток ЭМ. Это приведет к уменьшению тока трогания и, следовательно, времени срабатывания (значение тока, при котором начинается движение якоря ЭМ, будет достигаться быстрее). При моделировании в этом цикле срабатывания имеем tсраб(n)=5.3 мс, что приводит к нарушению условия, описанного неравенством (4), а. значит, требуется изменение значения напряжения Uэм(n+1), которое будет подано на обмотку ЭМ в следующем цикле срабатывания. Для расчета значения Uэм(n+1) принимаем Uэм(n)=Uэм(k+2)=31.08 В, kв(n)=kв(k+1)=-5.05 В/мс и получаем: Uэм(n+1)=Uэм(n)+kB(n)Δtcpa6(n)=31.08+(-5.05)⋅(5.5-5.3)=30.095 В.Suppose now that in a certain n-th cycle of EM operation, the load acting on the EM rod has decreased by 10%. This will lead to a decrease in the starting current and, consequently, the response time (the current value at which the EM armature starts to move will be reached faster). When simulating in this cycle of operation, we have t break (n) = 5.3 ms, which leads to violation of the condition described by inequality (4), a. This means that a change in the voltage value Uem (n + 1) is required, which will be applied to the EM winding in the next operation cycle. To calculate the value of U em (n + 1), we take U em (n) = U em (k + 2) = 31.08 V, k in (n) = k in (k + 1) = - 5.05 V / ms and get: U em (n + 1) = U em (n) + k B (n) Δt cpa6 (n) = 31.08 + (- 5.05) ⋅ (5.5-5.3) = 30.095 V.

Подав это значение напряжения на обмотку ЭМ в следующем цикле срабатывания, получим переходный процесс, показанный на фиг. 7,д. При этом достигается время срабатывания tcpаб(n+1)=5.47 мс, для которого неравенство (4) не выполняется, т.е. потребуется очередное изменение значения напряжения, подаваемого на обмотку в следующем цикле срабатывания. Выполним коррекцию коэффициента kв. Воспользовавшись формулой (3), получим:By applying this voltage value to the EM winding in the next actuation cycle, we obtain the transient process shown in Fig. 7, d. In this case, the response time t cpab (n + 1) = 5.47 ms is achieved, for which inequality (4) is not satisfied, i.e. it will require another change in the voltage value supplied to the winding in the next operation cycle. Let's perform the correction of the coefficient k in . Using formula (3), we get:

kв(n+1)=(Uэм(n+1)-Uэм(n))/(tсра6(n+1)-tсраб(n))=(30.095-31.08)/(5.47-5.3)=-5.794 В/мс.k in (n + 1) = (U em (n + 1) -U em (n)) / (t cpa6 (n + 1) -t crab (n)) = (30.095-31.08) / (5.47-5.3 ) = - 5.794 V / ms.

Тогда в соответствии с соотношением (2) с точностью до 0.01 В получим:Then, in accordance with relation (2) with an accuracy of 0.01 V, we obtain:

Uэм(n+2)=30.095+(-5.794)⋅(5.5-5.47)=29.92 В.U em (n + 2) = 30.095 + (- 5.794) ⋅ (5.5-5.47) = 29.92 V.

Если в следующем цикле срабатывания подать на обмотку ЭМ это значение напряжения, то, если условия работы по сравнению с предыдущим циклом не изменились, получим переходный процесс, показанный на фиг. 7,е. Ему соответствует время срабатывания (tсраб(n+2)=5.500 мс, для которого выполняется неравенство (4).If, in the next cycle of operation, this voltage value is applied to the EM winding, then if the operating conditions have not changed in comparison with the previous cycle, we will get the transient process shown in Fig. 7, e. It corresponds to the response time (t trip (n + 2) = 5.500 ms, for which inequality (4) is satisfied.

Приведенные результаты компьютерного моделирования подтверждают работоспособность заявляемого технического решения и демонстрируют его устойчивую и надежную работу в разных ситуациях при регулировании времени срабатывания ЭМ для любого знака отклонения от заданного значения, что позволяет решать задачу расширения функциональных возможностей предполагаемого изобретения. Повышение эффективности использования электроэнергии достигается за счет того, при применении предлагаемой функциональной схемы устройства практически отсутствуют потери в стали.The presented results of computer simulation confirm the operability of the proposed technical solution and demonstrate its stable and reliable operation in different situations when adjusting the EM response time for any sign of deviation from a given value, which allows solving the problem of expanding the functionality of the proposed invention. An increase in the efficiency of electricity use is achieved due to the fact that when using the proposed functional diagram of the device, there are practically no losses in steel.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИSOURCES OF INFORMATION

1. Родштейн Л.А. Электрические аппараты: Учебник для техникумов. - 4-е изд., перераб. и доп.- Л. Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние 1989. - 304 с. с ил. ISBN 5-283-04389-4 стр. 142-144.1. Rodshtein L.A. Electrical Apparatus: A Textbook for Technical Schools. - 4th ed., Rev. and additional - L. Energoatomizdat, Leningrad. branch 1989 .-- 304 p. with silt. ISBN 5-283-04389-4 pp. 142-144.

2. Сливинская А.Г. Электромагниты и постоянные магниты. Учебное пособие для студентов вузов. М. Энергия, 1972, 248 с. с ил.2. Slivinskaya A.G. Electromagnets and permanent magnets. Textbook for university students. M. Energy, 1972, 248 p. with silt.

3. Электромагнит с задержкой времени при срабатывании. RU 2246774 С1, 2005, бюл. №5.3. Electromagnet with time delay when triggered. RU 2246774 C1, 2005, bul. No. 5.

4. Устройство управления электромагнитом. RU 2349978 С2, 2009, бюл. №8.4. Electromagnet control device. RU 2349978 C2, 2009, bull. No. 8.

5. Устройство для регулирования времени срабатывания привода высоковольтного выключателя. RU 2285309 С1, 2006, бюл. №28.5. Device for regulating the actuation time of the high-voltage circuit breaker drive. RU 2285309 C1, 2006, bull. No. 28.

6. Устройство управления электромагнитом постоянного напряжения. RU 2636052 С1, 2017, бюл. №32.6. Control device for constant voltage electromagnet. RU 2636052 C1, 2017, bul. No. 32.

7. Разработка преобразователя SEPIC. КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ №9, 2008, с. 125-128.7. Development of the SEPIC converter. COMPONENTS AND TECHNOLOGIES No. 9, 2008, p. 125-128.

8. www.ia.omron.com/product/item/2168/8.www.ia.omron.com/product/item/2168/

9. DS40001819B.pdf www.microchip.com/9. DS40001819B.pdf www.microchip.com/

Claims (7)

1. Способ регулирования времени срабатывания электромагнита, заключающийся в измерении времени срабатывания после подачи напряжения на обмотку электромагнита и изменении параметра цепи питания, влияющего на длительность интервала времени, необходимого для достижения током обмотки значения, при превышении которого начинается движение якоря, отличающийся тем, что величину времени срабатывания измеряют в каждом цикле срабатывания электромагнита, по окончании которого определяют отклонение полученного времени срабатывания от заданного значения, и перед началом следующего цикла изменяют и стабилизируют новое постоянное на цикле значение напряжения, подаваемого на обмотку электромагнита при его последующем включении, обеспечивая изменение длительности интервала времени, необходимого для достижения током обмотки значения, при превышении которого начинается движение якоря, причем изменение значения напряжения, подаваемого на обмотку электромагнита при его включении, перед каждым новым циклом срабатывания производят автоматически до тех пор, пока время срабатывания электромагнита не достигнет заданного значения с требуемой точностью.1. A method for regulating the response time of an electromagnet, which consists in measuring the response time after applying voltage to the electromagnet winding and changing the power supply circuit parameter, which affects the duration of the time interval required for the winding current to reach the value above which the armature begins to move, characterized in that the value the response time is measured in each electromagnet response cycle, at the end of which the deviation of the obtained response time from the set value is determined, and before the start of the next cycle, a new constant on the cycle value of the voltage applied to the electromagnet winding during its subsequent switching on is changed and stabilized, providing a change in the duration of the time interval required to reach the value of the winding current, upon exceeding which the armature begins to move, and the change in the value of the voltage supplied to the winding of the electromagnet when it is turned on, before each new cycle with Operations are carried out automatically until the response time of the electromagnet reaches the set value with the required accuracy. 2. Способ регулирования времени срабатывания электромагнита по п. 1, отличающийся тем, что значение напряжения, подаваемого на обмотку электромагнита при его включении в каждом следующем цикле срабатывания, изменяют путем добавления к его текущему значению приращения, величину которого определяют путем умножения значения отклонения полученного времени срабатывания от заданного значения на коэффициент, характеризующий влияние изменения напряжения на величину времени срабатывания.2. A method for regulating the response time of an electromagnet according to claim 1, characterized in that the voltage value supplied to the electromagnet winding when it is turned on in each subsequent operation cycle is changed by adding to its current value an increment, the value of which is determined by multiplying the deviation value of the obtained time tripping from the set value by the coefficient characterizing the effect of voltage changes on the magnitude of the tripping time. 3. Способ регулирования времени срабатывания электромагнита по п. 2, отличающийся тем, что начальное значение коэффициента, характеризующего влияние изменения напряжения на величину времени срабатывания, определяют экспериментально до начала работы.3. A method for regulating the response time of an electromagnet according to claim 2, characterized in that the initial value of the coefficient characterizing the effect of voltage changes on the magnitude of the response time is determined experimentally before starting work. 4. Способ регулирования времени срабатывания электромагнита по п. 2, отличающийся тем, что начальное значение коэффициента, характеризующего влияние изменения напряжения на величину времени срабатывания, определяют методом компьютерного моделирования.4. A method for regulating the response time of an electromagnet according to claim 2, characterized in that the initial value of the coefficient characterizing the effect of voltage changes on the response time is determined by the method of computer simulation. 5. Способ регулирования времени срабатывания электромагнита по п. 3 или 4, отличающийся тем, что значение коэффициента, характеризующего влияние изменения напряжения на величину времени срабатывания, переопределяют автоматически перед началом каждого цикла срабатывания путем деления приращения напряжения, подававшегося на обмотку на предыдущем цикле срабатывания, на величину полученного приращения времени срабатывания.5. A method for regulating the response time of an electromagnet according to claim 3 or 4, characterized in that the value of the coefficient characterizing the effect of voltage changes on the magnitude of the response time is redetermined automatically before the start of each operation cycle by dividing the voltage increment supplied to the winding at the previous operation cycle, by the value of the resulting increment in response time. 6. Устройство для регулирования времени срабатывания электромагнита, содержащее первую и вторую клеммы питания, соединенные соответственно с положительным и отрицательным выводами источника постоянного напряжения, две клеммы для подключения обмотки электромагнита, делитель напряжения, диод, управляемый ключ, стабилизатор напряжения и микроконтроллер, причем анод диода, отрицательные выводы делителя напряжения, стабилизатора напряжения и управляемого ключа соединены со второй клеммой питания, катод диода и положительный вывод управляемого ключа соединены с плюсовой клеммой электромагнита, вход стабилизатора напряжения соединен с первой клеммой питания, а его выход - с плюсовым выводом питания микроконтроллера, управляющий вход управляемого ключа соединен с дискретным выходом микроконтроллера, вход аналогово-цифрового преобразователя которого соединен с выходом делителя напряжения, а минусовая клемма электромагнита и минусовой вывод питания микроконтроллера соединены со второй клеммой питания, отличающееся тем, что в него дополнительно введены преобразователь напряжения, фильтр питания, преобразователь интерфейса и датчик срабатывания электромагнита, связанный с его якорем, причем плюсовой и минусовой выводы преобразователя напряжения соединены с соответствующими клеммами питания, его управляющий вход соединен с аналоговым выходом микроконтроллера, а выход - с плюсовыми выводами управляемого ключа и фильтра питания, минусовой вывод которого соединен со второй клеммой питания, выход датчика срабатывания соединен с аналоговым входом компаратора микроконтроллера, вход данных которого соединен с выходом данных преобразователя интерфейса, чей вход данных соединен с выходом данных микроконтроллера, а двунаправленные выводы преобразователя интерфейса и дискретный вход микроконтроллера являются внешними сигнальными входами для управления электромагнитом.6. A device for regulating the response time of the electromagnet, containing the first and second power terminals connected respectively to the positive and negative terminals of the constant voltage source, two terminals for connecting the electromagnet winding, a voltage divider, a diode, a controlled switch, a voltage stabilizer and a microcontroller, and the diode anode , the negative terminals of the voltage divider, the voltage stabilizer and the controlled key are connected to the second power terminal, the cathode of the diode and the positive terminal of the controlled key are connected to the positive terminal of the electromagnet, the input of the voltage stabilizer is connected to the first power terminal, and its output is connected to the positive power terminal of the microcontroller, the control the input of the controlled key is connected to the discrete output of the microcontroller, the input of the analog-to-digital converter of which is connected to the output of the voltage divider, and the negative terminal of the electromagnet and the negative power output of the microcontroller are connected to the second terminal pi tanya, characterized in that a voltage converter, a power filter, an interface converter and an electromagnet actuation sensor connected to its armature are additionally introduced into it, and the positive and negative terminals of the voltage converter are connected to the corresponding power terminals, its control input is connected to the analog output of the microcontroller, and the output - with the positive terminals of the controlled key and the power filter, the negative terminal of which is connected to the second power terminal, the output of the actuation sensor is connected to the analog input of the comparator of the microcontroller, the data input of which is connected to the data output of the interface converter, whose data input is connected to the data output of the microcontroller, and the bi-directional outputs of the interface converter and the discrete input of the microcontroller are external signal inputs for controlling the electromagnet. 7. Устройство для регулирования времени срабатывания электромагнита по п. 6, отличающееся тем, что в качестве микроконтроллера используется микросхема PIC16F1778-I/SO, у которой вывод 3 является аналоговым выходом, выводы 8 и 19 - минусовым выводом питания, вывод 11 - дискретным выходом, вывод 13 - аналоговым входом компаратора, вывод 14 - входом аналогово-цифрового преобразователя, вывод 15 - дискретным входом, вывод 16 - входом данных, вывод 18 - выходом данных, а вывод 20 - плюсовым выводом питания.7. A device for regulating the response time of an electromagnet according to claim 6, characterized in that a PIC16F1778-I / SO microcircuit is used as a microcontroller, in which pin 3 is an analog output, pins 8 and 19 are a negative power supply, pin 11 is a discrete output , pin 13 is the analog input of the comparator, pin 14 is the input of an analog-to-digital converter, pin 15 is a discrete input, pin 16 is a data input, pin 18 is a data output, and pin 20 is a positive power output.
RU2019127702A 2019-09-02 2019-09-02 Electromagnet actuation timing method and device for implementation thereof RU2733078C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019127702A RU2733078C1 (en) 2019-09-02 2019-09-02 Electromagnet actuation timing method and device for implementation thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019127702A RU2733078C1 (en) 2019-09-02 2019-09-02 Electromagnet actuation timing method and device for implementation thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2733078C1 true RU2733078C1 (en) 2020-09-30

Family

ID=72927014

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019127702A RU2733078C1 (en) 2019-09-02 2019-09-02 Electromagnet actuation timing method and device for implementation thereof

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2733078C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2773298C1 (en) * 2021-08-23 2022-06-01 Акционерное общество "Корпорация "Московский институт теплотехники" (АО "Корпорация "МИТ") Method for regulating the response time of an electromagnet and a device for its implementation

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3579052A (en) * 1968-09-21 1971-05-18 Nippon Denso Co System for driving a. d. c. electromagnet
RU2187161C2 (en) * 1999-07-12 2002-08-10 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения с опытным производством" Device controlling electromagnet
RU2285309C1 (en) * 2005-03-21 2006-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" Device for controlling tripping time of high-voltage circuit breaker operating mechanism
RU2310938C1 (en) * 2006-03-27 2007-11-20 Открытое акционерное общество "Чебоксарский электроаппаратный завод" Forced control device for direct-current electromagnet
RU2636052C1 (en) * 2016-12-13 2017-11-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" Device to control electromagnet of constant voltage

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3579052A (en) * 1968-09-21 1971-05-18 Nippon Denso Co System for driving a. d. c. electromagnet
RU2187161C2 (en) * 1999-07-12 2002-08-10 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения с опытным производством" Device controlling electromagnet
RU2285309C1 (en) * 2005-03-21 2006-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" Device for controlling tripping time of high-voltage circuit breaker operating mechanism
RU2310938C1 (en) * 2006-03-27 2007-11-20 Открытое акционерное общество "Чебоксарский электроаппаратный завод" Forced control device for direct-current electromagnet
RU2636052C1 (en) * 2016-12-13 2017-11-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" Device to control electromagnet of constant voltage

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2773298C1 (en) * 2021-08-23 2022-06-01 Акционерное общество "Корпорация "Московский институт теплотехники" (АО "Корпорация "МИТ") Method for regulating the response time of an electromagnet and a device for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20190235010A1 (en) Detection of Plunger Movement in DC Solenoids Through Current Sense Technique
CN101349358B (en) Control method and control system of proportion valve
US6169405B1 (en) Functional test process for a mechanical switching element
US5671115A (en) Circuit arrangement for driving a contactor
WO2007011371A1 (en) Switching regulator with variable slope compensation
US20180112618A1 (en) Control apparatus
CA2927144A1 (en) Constant-current controller for an inductive load
US8804378B2 (en) Optimizing isolated power supply loop gains for opto-coupler current transfer ratio variations
RU2733078C1 (en) Electromagnet actuation timing method and device for implementation thereof
EP3648350B1 (en) Autonomous mode change circuit for solenoid drivers
RU2717952C1 (en) Method of determining position of an electromagnet armature and a device for its implementation
CN107275037B (en) Method and device for testing the plausibility of a current flowing through an electrical consumer
KR101771802B1 (en) Method and device for controlling a solenoid actuator
CN103701312A (en) Current limiting circuit and method of boost converter
EP3069364B1 (en) Method for controlling a contactor device, and control unit
CN108983078B (en) Relay matching resistance selection device and method
EP2704314B1 (en) Current controlled actuator driver with improved accuracy at low current, method for controlling a current actuator with improved accuracy at low current and a non transitory program storage device to store a program of instructions to perform the method
EP3817231A1 (en) Determine solenoid plunger position of a current controlled solenoid using position feedback
EP3611746B1 (en) Method, controller and system for regulating a current of a coil
KR100351387B1 (en) Hiccup Mode overcurrent protective circuit for On/Off Time control
KR20130110545A (en) Method for estimating displacement of shape memory alloy coil actuator, actuating apparatus and system using the same
CN219017350U (en) Control circuit of direct current solenoid and direct current solenoid actuator
RU2756292C1 (en) Method for controlling an electromagnetic valve and apparatus for implementation thereof
CN113740653B (en) High-precision evaluation method and circuit suitable for LDO dynamic load response
Changkun et al. A control strategy in operation process of magnetic switch