SU832617A1

SU832617A1 - Device for boosted control of ds electromagnet

Info

Publication number: SU832617A1
Application number: SU792790970A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Сергеевич Рябиков; Владимир Иванович Мозговой; Анатолий Александрович Щеглов
Original assignee: Предприятие П/Я В-8695
Priority date: 1979-07-05
Filing date: 1979-07-05
Publication date: 1981-05-23

Description

(54) УСТРОЙСТВОДЛЯ ФОРСИРОВАННОГО(54) FORCED DEVICE

упрАВлани ЭЛЕКТРОМАГНИТОМ посто нногоConstant Electromagnet

ТОКА CURRENT

Изобретение относитс к автоматике и может быть использовано в схема быстродействующего управлени электр магнитами посто нного тока с понижением потреблени энергии. Известно у.стройство управлени электромагнитом посто нного тока, содержащее цепь из последовательно соединенных нестабилизированного источника посто нного напр жени , элек тромагнита, электронного ключа и элемента .обратной св зи, причем электромагнит зашунтирован цепью раз р да магнитной энергии, а также задатчик тока возбуждени и формировани циклического режима l. Недостатком этого устройства вл етс отсутствие стабилизации тока возбуждени электромагнита, что уве личивает потребление энергии в электромагните и приводит к его перегреву .. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому .результату вл етс устройство дл форсированного управлени электромагнитом посто- нного тока, содер жащее цепь из последовательно соединенных нестабилизированного источ ника посто нного напр жени , электр магнита, электронного ключа и элемента обратной св зи, причемэлектромагнит зашунтирован цепью разр да его магнитной энергии,.а также форсирующую цепь, св занную с задатчиком тока возбуждени , -формирователь циклического режима, при этом выходы задатчика тока возбуждени и элемента обратной.св зи подключены по схеме сравнени ко. входу формировател циклического режима, а его выход св зан с управл ющим входом электронного ключа 2 , Недостатком этого устройства вл етс , то что длительность стадии форсировани электромагнита посто нна , т.е. не зависит от его параметров , что приводит к избыточному потреблению энергии в электромагните в стадии форсировани . Цель изобретени - снижение потреблени энергии в электромагните. Поставленна цель достигаетс тем, что устройство сн.абжено импульсным накопительным эвеном и электронным переключателем, при этом вход импульсного накопительного звена св зан с точкой соединени электронного ключа и электромагнита, а выход с управл ющим входом электронного переключател ,, коммутирующие электроды которого св заны с эадатчиком тока возбуждени . . Импульсное накопительное звено содержит последовательносоединенные разделительный конденсатор, выпр митель и фильтр. На чертеже приведена схема предла гаемого устройства. Последовательно соединенные неста билизированный источник посто нного напр жени К, обмотка 1 возбуждени электромагнита, электронный ключтранзистор 2, элемент обратной св зи - резистор 3, земл образуют цепь возбуждени (зар да) электромагнита . Последовательно соединенные диод 4 и резистор 5 образуют; цепь разр да магнитной энергии электромагнита, подключенную параллельно его обмотке Iвозбуждени . Опорный источник питани Ej)n f резисторы б - 9, включен ные по схеме перестраиваемого делител напр жени ,образуют двухуровневый задатчик тока воздуждени .Электронный переключатель - транзистор 10 св зан со схемой задатчика. тока возбуждени и служит дл переключени его уровней настройки. Операционный уси литель 11, последовательна КС-цепь из конденсатора 12 и резистора 13, включенна между выходом и неинвертирующим входом усилител 11, образ кзт формирователь циклического режима .. Дифференциальный вход усилител IIвключен посхеме сравнени напр жений на резисторах 8 и 3,. а его вы ход св зан через токоограничивающий резистор 14 с базой транзистора 2. Разделительный конденсатор 15, выпр митель на диодах 16 и 17, токоограничивающий резистор 18, Т-образный RC-фильтр из резисторов 19 и 20 и конденсатора 21 образуют импульсное накопительное звено, включенное межд коллектором транзистора 2 и базой транзистора 10. Ключевой транзистор 22 св зан со схемой задатчика тока возбуждени и подключен базой к ис точнику входного сигнала Ugy, предназначенному дл управлени переключателем электромагнита 1. Работа устройства заключаетс в следующем, В начальном состо нии положительным входным сигналом Ugy транзистор 22 открыт, напр жение.на резисторе 8 равно нулю, выходное напр жение ус лител 11 отрицательно (обеспечивает с дополнительным смещением нул .усилител ), конденсатор 12 через резисторы 13 и 8 зар жен до уровн отрицательного выходного напр жени усилител 11 (по цепи зар да: выход усилител 11-конденсатор 12-резистор 13-резистор- 8-земл ) , транзистор 2 заг1ерт, ток возбуждени в обмотке электромагнита 1 и напр жение на резисторе 3 равны нулю, транзистор 10 закрыт. При сн тии сигнала Ug транзистор 22 запираетс , с резистора 8 снимаетс положительное опорное напр жение , соответствующее заданному уровню тока прит жени электромагнита , в результате чего на выходе усилител 11 скачкообразно возникает положительное напр жение. Конденсатор 12 перезар жаетс до положительного выходного напр жени -усилител 11. Транзистор 2 открываетс , в обмотке возбуждени электромагнита 1 начинает протекать ток (по вышеуказанной цепи возбуждени ) , на- растающий во времени по экспоненте с посто нной-времени, равной отношению индуктивности обмотки возбуждени электромагнита к сумгларному активному сопротивлению цепи возбуждени , В момент достижени током возбуждени заданного уровн (тока прит жени ) напр жение на резисторе 3 сравниваетс , а затем начинает превышать опорное напр жение, снимаемое с резистора 8. На выходе усилител за счет действи положительной обратной св зи через конденсатор 12 и резистор 13 скачкообразно возникает отрицательное напр жение, при этом транзистор 2 запираетс . Конденсатор 12 начинает перезар жатьс до отрицательного выходного напр жени усилител 11, однако его зар дный ток, протекающий через резисторы 13 и 8 и спадающий во времени по экспоненте с посто нной времени вышеука-. занной.зар дной цепи,создает на резисторе 8 и неинвертирующем входе усилител 11 отрицательное напр жение , которое удерживает усилитель в указанном состо нии, а транзистор 2 остаетс в запертом состо нии. Ток возбуждени в обмотке электромагнита 1 под действием его ЭДС самоиндукции начинает протекать через резистор 5 и диод 4 и спадает во времени по экспоненте с посто нной времени, равной отношению индуктивности электромагнита к суммарному активному опротивлению.вышеуказанной цепи разр да магнитной энергии электромахнйта . Напр жение на резисторе 3 при этом равно нулю, В момент, когда зар дный ток конденсатора 12 сравн етс с током, протекающим через резисторы 6,7 и 8, а затем станет меньше его, на резисторе 8 и неинвертирующем входе усилител 11 возникает положительное напр жение. В результате действи положительной обратной св зи на выходе усилител скачкообразно возникает положительное напр жение, транзистор 2 снова открываетс .The invention relates to automation and can be used in the scheme of high-speed control of electric DC magnets with a decrease in energy consumption. It is known to have a direct current electromagnet control device comprising a circuit of an unstabilized constant voltage source, an electromagnet, an electronic key and a feedback element connected in series, the electromagnet being shunted by a circuit of magnetic energy, as well as an exciter current generator and forming a cyclic mode l. A disadvantage of this device is the lack of stabilization of the excitation current of the electromagnet, which increases the energy consumption in the electromagnet and leads to its overheating .. The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a device for the forced control of a direct current electromagnet containing a chain of consecutively unstabilized DC voltage sources, an electric magnet, an electronic key, and a feedback element, It is shunted by a circuit for discharging its magnetic energy, as well as a forcing circuit connected to the field current setting unit, a cyclic mode generator, while the outputs of the field current setting unit and the feedback element are connected according to the comparison circuit. the input of the cyclic mode generator, and its output is connected with the control input of the electronic key 2. The disadvantage of this device is that the duration of the forcing stage of the electromagnet is constant, i.e. does not depend on its parameters, which leads to excessive energy consumption in the electromagnet in the forcing stage. The purpose of the invention is to reduce energy consumption in an electromagnet. The goal is achieved by the fact that the device is removed by a pulsed accumulative Even and an electronic switch, while the input of the pulsed accumulator link is connected to the junction point of the electronic key and electromagnet, and the output to the control input of the electronic switch, whose switching electrodes are connected to the sensor excitation current. . A pulse storage unit contains a series-connected separation capacitor, rectifier and filter. The drawing shows a diagram of the proposed device. Series-connected unstabilized DC voltage source K, electromagnet excitation winding 1, electronic transistor 2, feedback element resistor 3, the ground form an electromagnet excitation (charge) circuit. A series-connected diode 4 and resistor 5 form; a circuit for discharging the magnetic energy of an electromagnet connected in parallel with its excitation winding. The reference power source Ej) n f the resistors b - 9, connected in accordance with the tunable voltage divider, form a two-level excitation current setpoint device. The electronic switch-transistor 10 is connected with the setting unit circuit. excitation current and serves to switch its adjustment levels. Operational Amplifier 11, a serial KS circuit from capacitor 12 and resistor 13, is connected between the output and the non-inverting input of amplifier 11, the image of a CCT cyclic mode driver. Differential input of amplifier II is included in the voltage comparison diagram of resistors 8 and 3 ,. its output is connected through the current limiting resistor 14 to the base of the transistor 2. The isolating capacitor 15, the rectifier diodes 16 and 17, the current limiting resistor 18, the T-shaped RC filter from the resistors 19 and 20 and the capacitor 21 form a pulse accumulating link, connected between the collector of the transistor 2 and the base of the transistor 10. The key transistor 22 is connected to the drive current setting circuit and connected to the Ugy input signal source, which is intended to control the electromagnet 1 switch. in the following, in the initial state, the positive input signal Ugy transistor 22 is open, the voltage on the resistor 8 is zero, the output voltage of the amplifier 11 is negative (provides with an additional zero. amplifier), the capacitor 12 through the resistors 13 and 8 is charged to the level of negative output voltage of amplifier 11 (in the charge circuit: output of amplifier 11-capacitor 12-resistor 13-resistor-8-ground), transistor 2 is inhibited, the excitation current in the winding of electromagnet 1 and the voltage on the resistor 3 are zero, the transistor 10 is closed. When the Ug signal is removed, the transistor 22 closes, a positive reference voltage is removed from the resistor 8, corresponding to a predetermined level of attraction current of the electromagnet, resulting in a positive voltage at the output of amplifier 11. The capacitor 12 recharges to a positive output voltage of the amplifier 11. Transistor 2 opens, current in the excitation winding of electromagnet 1 begins to flow (along the above excitation circuit), increasing in time exponentially with a constant-time equal to the ratio of the excitation winding of an electromagnet to the total resistance of the excitation circuit. At the moment the excitation current reaches a predetermined level (attraction current), the voltage across the resistor 3 is compared and then begins to exceed the reference and the voltage taken from the resistor 8. At the output of the amplifier, due to the positive feedback through the capacitor 12 and the resistor 13, a negative voltage appears in steps, and the transistor 2 is locked. Capacitor 12 begins to recharge to negative output voltage of amplifier 11, however its charging current flowing through resistors 13 and 8 and falling off in time exponentially with constant time above. This charging circuit creates a negative voltage across the resistor 8 and the non-inverting input of amplifier 11, which keeps the amplifier in the specified state, and transistor 2 remains in the locked state. The excitation current in the winding of the electromagnet 1 under the action of its self-induced EMF begins to flow through the resistor 5 and diode 4 and decreases in time exponentially with a constant time equal to the ratio of the inductance of the electromagnet to the total resistance of the aforementioned magnetic discharge of the electromagnetic energy. The voltage on the resistor 3 is then zero. At the moment when the charging current of the capacitor 12 is compared with the current flowing through the resistors 6.7 and 8, and then it becomes less, a positive voltage arises on the resistor 8 and the non-inverting input of the amplifier 11. living As a result of positive feedback, a positive voltage appears at the amplifier output in a jumpy manner, and transistor 2 opens again.

Так устанавливаетс циклический режим работы устройства, когда длительность закрытого состо ни транзистора 2 посто нна (определ етс параметрами схемы), а длительность его открытого состо ни автоматически регулируетс дл поддержани заданного тока возбуждени электромагнита . При этом длительность первого цикла значительно больше длительности каждого последующего цикла так как ток возбуждени в первом цикле нарастает с нул , а начина со второго цикла - колеблетс в небольших пределах (снижа сь ниже заданного уровн .на малую величину , зависимую от выбираемой длительности запертого состо ни .транзистора 2) .This sets the cyclic operation mode of the device when the duration of the closed state of transistor 2 is constant (determined by the circuit parameters), and the duration of its open state is automatically adjusted to maintain the specified excitation current of the electromagnet. In this case, the duration of the first cycle is much longer than the duration of each subsequent cycle, since the excitation current in the first cycle increases from zero, and starting from the second cycle, it fluctuates within a small range (decreasing below a predetermined level by a small amount depending on the selected duration of the locked state transistor 2).

В первом и последующих циклах работы устройства после запирани тран зистора 2 зар дные импульсы тока конденсатора 15 через диод 1.6 и резистор 19 зар жают конденсатор 21 (диод 17 и резистор 18 служат дл перезар да конденсатора 15), Напр жение, накапливаемое на конденсаторе 21, поступает через резистор 20 на базу транзистора 10, За один или несколько циклов это напр жение становитс достаточным дл отпирани транзистора (врем зар да конденсатора 21 выбираетс малЕлм по сравнению с длительностью первого цикла). В результате этого транзистор 10 открываетс , резистор 9 шунтирует схему задатчика тока возбуждени , опорное напр жение на выходе задатчика снижаетс до уровн , соответствующего заданному току удержани электромагнита . Устройство начинает автоматически поддерживать новое заданное значение тока возбуждени .In the first and subsequent cycles of operation of the device, after the transistor 2 is closed, the charging pulses of the current of the capacitor 15 through the diode 1.6 and the resistor 19 charge the capacitor 21 (the diode 17 and the resistor 18 serve to recharge the capacitor 15), the voltage accumulated on the capacitor 21, enters through the resistor 20 to the base of the transistor 10. During one or several cycles, this voltage becomes sufficient to unlock the transistor (the charging time of the capacitor 21 is chosen to be small compared to the duration of the first cycle). As a result, the transistor 10 opens, the resistor 9 shunts the drive current setting unit, the reference voltage at the output of the setting device drops to the level corresponding to the specified holding current of the electromagnet. The device begins to automatically maintain the new set point for the field current.

При подаче сигнала устройство быстро переключаетс в начальное состо ние .When a signal is applied, the device quickly switches to the initial state.

Таким образом, в устройстве длительность стадии форсировани электромагнита определ етс в основном длительностью первого цикла, котора измен етс при изменении параметров электромагнита и таким образом снижаетс потребление энергии в электромагните.Thus, in the device, the duration of the forcing stage of the electromagnet is mainly determined by the duration of the first cycle, which varies with the parameters of the electromagnet and thus reduces the energy consumption in the electromagnet.

Введение .конденсатора 12 и резистора 13 в цепь положительной обратной св зи усилител 11 стабилизирует частоту циклов (переключений транзистора 2)-при значительныхThe introduction of the capacitor 12 and the resistor 13 into the positive feedback circuit of the amplifier 11 stabilizes the frequency of the cycles (switching of the transistor 2) - with significant

изменени х индуктивности и активного сопротивлени электромагнита, что дополнительно улучшает качество работы устройства (так как при уменьшении частоты циклов снижаетс динамическа точности устройства, а при увеличении частоты увеличиваетс рассеиваема мощность на транзисторе 2 за счет фронтов импульсов ) .changes in inductance and active resistance of the electromagnet, which further improves the quality of the device (as with a decrease in the frequency of cycles decreases the dynamic accuracy of the device, and with increasing frequency increases the dissipated power on the transistor 2 due to the edges of the pulses).

10ten

формула изобретени invention formula

1.Устройство дл форсированного управлени электромагнитом посто нного тока, содержащее цепь из последовательно соединенных нестабилизированного источника -посто нного напр жени электромагнита, электронного ключа и элемента обратной св зи, причем электромагнит зашунтирован цепью разр да его магнитной энергии, а также задатчик тока 1возбуждени и формирователь циклического режима1. A device for the forced control of a direct current electromagnet containing a circuit from a series-connected unstabilized source — a constant voltage of an electromagnet, an electronic key and a feedback element, the electromagnet being shunted by its magnetic energy discharge circuit, as well as an exciter current setting and driver cyclic mode

при этом выходы задатчика тока возбуждени и элемента обратной св зи подключены по схеме сравнени ,ко входу формировател циклического режима , а его ваход св зан с управл ющим входом электронного ключа, о тличающеес тем, что, с целью потреблени энергии в электромагните, оно снабжено импульсным накопительным звеном и электронным переключателем , при этом вход импульсногоIn this case, the outputs of the setpoint generator of the excitation current and the feedback element are connected according to the comparison circuit to the input of the cyclic mode generator, and its input is connected to the control input of the electronic key, which is characterized by the fact that, for the purpose of energy consumption in the electromagnet, it is supplied with a pulse cumulative link and electronic switch, while the input pulse

накопительного звена св зан сcumulative link associated with

точкой соединени электронного ключа и электромагнита, а выход - с управл ющим входом электронного переключател , коммутирующие электроды котоого св заны с . задатчиком тока возбуждени .the point of connection of the electronic key and the electromagnet, and the output is with the control input of the electronic switch, the switching electrodes of which are connected with. drive current driver.

2.Устройство ПОП.1, ОТЛИчающеес тем, что импульсное накопительное звено выполнено В виде соединенных последовательно разделительного конденсатора, выпр м; 1тел и фильтра,2. Device POP.1, DIFFERENT in that the pulsed storage link is made In the form of a coupling capacitor connected in series, rectified; 1 body and filter

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизеSources of information taken into account in the examination

1.Патент ФРГ 2208135, кл, 21 f 2/01, 1974,1. The patent of the Federal Republic of Germany 2208135, class, 21 f 2/01, 1974,

2.Патент США №3549955, кл; Н 01 Н 47/32, 1970.2. US patent No. 3549955, class; H 01 H 47/32, 1970.

Й.1/3/2H.1 / 3/2

гй/-gy / -

аbut

2(/5 16/2 (/ 5 16 /

4 л4 l

Claims

Claim

1. The device for forced

15 control of a direct current electromagnet containing a circuit of an unstabilized constant voltage source # of an electromagnet, an electronic key and a feedback element connected in series, the electromagnet being shunted by the discharge circuit of its magnetic energy, as well as an excitation current adjuster and a cyclic mode former

25, the outputs of the excitation current setter and feedback element are connected in a comparison circuit to the input of the cyclic mode former, and its output is connected to the control input of the electronic key, which is different in that, for the purpose of consuming energy in an electromagnet, it is equipped with a pulse a storage link and an electronic switch, while the pulse input

35 of the storage link is connected to the connection point of the electronic key and the electromagnet, and the output is connected to the control input of the electronic switch, the switching electrodes of which are connected to. excitation current setter.

2. The device according to claim 1, which is characterized in that the pulse storage link is made ^ 5 in the form of connected in series. isolation capacitor, rectifier and filter. ·