PL181225B1 - Układ zasilania mocy cewki wzbudzającej elektromagnesu - Google Patents

Abstract

1 . Uklad zasilania mocy cewki wzbudzajacej elektro- magnesu, wyposazonego w przynajmniej jedno uzwojenie glówne oraz uzwojenie wtórne, pradem stalym lub wyprosto- wanym pradem zmiennym, który jest zaopatrzony w zespól przelaczajacy pierwszego elementu pólprzewodnikowego o regulowanej konduktywnosci przystosowanego do dostar- czenia lub zablokowania zasilania uzwojenia wtórnego, zna- mienny tym, ze zespól przelaczajacy (10) jest wlaczony pomiedzy uzwojenie glówne (B1) i wejscie sterujace pier- wszego elementu pólprzewodnikowego (T2) o regulowanej konduktywnosci, a na wyjsciu zespolu przelaczajacego (10) jest wlaczony drugi element pólprzewodnikowy (T1) o regu- lowanej konduktywnosci, który jest przystosowany do zablo- kowania pierwszego elementu pólprzewodnikowego (T2) o regulowanej konduktywnosci, kiedy napiecie pomiedzy wejsciem sterujacym i wyjsciem tego drugiego elementu pólprzewodnikowego (T1) osiaga napiecie progowe (Vs) wieksze niz wartosc napiecia (V1) odpowiadajaca poczatko- wi zamykania elektromagnesu, przy czym wejscie sterujace drugiego elementu pólprzewodnikowego (T1) jest polaczone z uzwojeniem glównym (B1), poprzez obwód dopasowania napiecia (11) zespolu przelaczajacego (10), dla oznaczenia napiecia reprezentatywnego dla pradu plynacego przez uzwojenie glówne (B1) i calkowania tego napiecia dla adaptacji czasu wymaganego do osiagniecia napiecia progowego (Vs). FIG. 1 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ zasilania mocy cewki wzbudzającej elektromagnesu, zawierającego przynajmniej jedno uzwojenie główne oraz jedno uzwojenie wtórne, prądem stałym lub wyprostowanym prądem zmiennym.

181 225

Jak wiadomo, cewkę o podwójnym uzwojeniu stosuje się do elektromagnesu dla zmniejszenia przegrzewania cewki oraz poboru wymaganego prądu dlajego zasilania. Cewka tego rodzaju zawiera uzwojenie wywoławcze oraz uzwojenie podtrzymujące. Te uzwojenia sąpołączone równolegle i najpierw służądo zasilania silnym prądem wywołanym dla spowodowania ruchu początkowego ruchomego obwodu magnetycznego elektromagnesu. Następnie samo uzwojenie podtrzymujące pozostawia zasilanie słabszym prądem tak, aby utrzymać ruchomy obwód magnetyczny w pozycji przyciągania, a zasilacz uzwojenia wywoławczego zostaje zatrzymany przez przełączenie.

Przełączenie zasilacza jednego z tych uzwojeń za pomocą zespołu elektromagnetycznego po wybranym opóźnieniu czasowym jest znane z opisu patentowego nr DE 2 128 651. Jednakże trudno jest wyregulować długość wybranego czasu dla tego opóźnienia. Przełączanie może w rzeczywistości mieć miejsce przed zamknięciem obwodów magnetycznych, w tym przypadku elektromagnes będzie zamknięty, ale nie będzie mógł pozostawać w pozycji przyciągania, lub to przyciąganie może wystąpić za późno, w ten sposób powodując przegrzanie cewki oraz prowadząc do spowolnienia wyjścia roboczego elektromagnesu.

W opisie patentowym nr FR 2 290 009 przedstawiono układ zasilania prądem stałym lub wyprostowanym prądem zmiennym, cewki wzbudzającej elektromagnesu, zaopatrzonego w przynajmniej jedno uzwojenie główne oraz uzwojenie wtórne, zawierające zespół przełączający. Przełączanie jest realizowane przez środki elektroniczne, gdy występuje przepięcie na końcu przyciągania ruchomego obwodu magnetycznego do ustalonego obwodu magnetycznego. Pomimo tego, nigdy nie jest pewne przy pojawieniu się tego przepięcia, czy elektromagnes jest rzeczywiście zamknięty.

Układ zasilania mocy cewki wzbudzającej elektromagnesu, wyposażonego w przynajmniej jedno uzwojenie główne oraz uzwojenie wtórne, prądem stałym lub wyprostowanym prądem zmiennym, któryjest zaopatrzony w zespół przełączający pierwszego elementu półprzewodnikowego o regulowanej konduktywności przystosowanego do dostarczenia lub zablokowania zasilania uzwojenia wtórnego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zespół przełączającyjest włączony pomiędzy uzwojenie główne i wejście sterujące pierwszego elementu półprzewodnikowego o regulowanej konduktywności, a na wyjściu zespołu przełączającego jest włączony drugi element półprzewodnikowy o regulowanej konduktywności, który jest przystosowany do zablokowania pierwszego elementu półprzewodnikowego o regulowanej konduktywności, kiedy napięcie pomiędzy wejściem sterującym i wyjściem tego drugiego elementu półprzewodnikowego osiąga napięcie progowe większe niż wartość napięcia odpowiadająca początkowi zamykania elektromagnesu. Wejście sterujące drugiego elementu półprzewodnikowego jest połączone z uzwojeniem głównym poprzez obwód dopasowania napięcia zespołu przełączającego, dla oznaczenia napięcia reprezentatywnego dla prądu płynącego przez uzwojenie główne i całkowania tego napięcia dla adaptacji czasu wymaganego do osiągnięcia napięcia progowego.

Korzystnym jest, że obwód dopasowania napięcia zawiera filtr RC uzupełniony elementem rezystancyjnym, który stanowi dwa rezystory połączone szeregowo oraz kondensator, przy czymjeden z rezystorów jest połączony z uzwojeniem głównym, a drugi rezystorjest połączony równolegle z tym kondensatorem i dołączony do przewodu powrotnego zasilania cewki.

Korzystnym jest, że wejście sterujące drugiego elementu półprzewodnikowego jest dołączone do wejścia obwodu dopasowania pomiędzy dwoma rezystorami.

Korzystnym jest, że wejście sterujące pierwszego elementu półprzewodnikowego jest dołączone do punktu połączenia pomiędzy dwoma rezystorami, które sąpołączone szeregowo i włączone są pomiędzy dwoma przewodami zasilania cewki.

Korzystnym jest, że wejście sterujące pierwszego elementu półprzewodnikowego jest dołączone do punktu połączenia pomiędzy rezystorem i diodą Zenera, które są połączone szeregowo i włączone są pomiędzy dwoma przewodami zasilania cewki.

Korzystnym jest, że dwa elementy półprzewodnikowe stanowią tranzystory.

181 225

Korzystnym jest, że uzwojenie główne oraz uzwojenie wtórne są dołączone równolegle pomiędzy dwoma przewodami zasilania cewki.

Korzystnymjest, że szeregowo z uzwojeniem głównym oraz równolegle z obwodem dopasowania napięcia dołączony jest zespół pomiarowy do pomiaru wielkości prądu cyrkulującego w uzwojeniu głównym.

Opracowany według wynalazku układ elektroniczny zapewnia przełączanie zasilacza mocy jednego z dwóch uzwojeń cewki tylko wtedy, gdy po zamknięciu elektromagnesu, prąd cewki jest bardzo bliski osiągnięcia prądu podtrzymującego, który jest wystarczający, aby utrzymywać ruchomy obwód magnetyczny w pozycji przyciągania.

Zgodnie z wynalazkiem, zespół przełączający zawiera obwód dopasowania napięciowego, który jest połączony z uzwojeniem głównym oraz wejściem sterującym drugiego elementu półprzewodnikowego, który jest połączony z wejściem sterującym pierwszego elementu półprzewodnikowego dla zablokowania tego elementu, gdy napięcie pomiędzy wejściem sterującym oraz wyjściem drugiego elementu półprzewodnikowego osiąga wartość progową.

Rozmieszczenie oraz struktura zespołu przełączającego zapewniają, że pierwszy element półprzewodnikowy zostaje przełączony, gdy prąd jest bliski osiągnięcia wartości podtrzymującej po całkowitym zamknięciu elektromagnesu.

Przedmiot wynalazkujest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ zasilania mocy, fig. 2 oraz fig. 3 przedstawiają obwód z fig. 1 zasilany prądem stałym, zgodnie z dwoma przykładami wykonania, fig. 4 przedstawia obwód z fig. 1 zasilany wyprostowanym prądem zmiennym, fig. 5a oraz fig. 5b sąwykresami, ilustrującymi zmiany natężenia prądu odpowiednio w uzwojeniu głównym oraz uzwojeniu wtórnym, w funkcji czasu, fig. 6 przedstawia wykres zmian napięcia, obrazujący zmiany natężenia prądu przedstawione na fig. 5a, a fig. 7 przedstawia wykresem zmian napięcia końcówek obwodu RC, dostarczonego do obwodu dopasowania napięcia, w funkcji czasu.

Schemat z fig. 1 przedstawia układ zasilania mocy cewki wzbudzającej elektromagnesu, według wynalazku.

Elektromagnes, nie przedstawiony na rysunku, zawiera cewkę wzbudzającą, nieruchomy obwód magnetyczny oraz ruchomy obwód magnetyczny skonstruowany tak, żejest przyciągany przez nieruchomy obwód magnetyczny, kiedy cewka jest zasilana prądem. Cewka elektromagnesu jest wyposażona w dwa uzwojenia, uzwojenie główne B1 oraz uzwojenie wtórne B2.

Uzwojenia BI oraz B2 są włączone równolegle pomiędzy dwoma przewodami zasilania, przewodem zewnętrznym a oraz przewodem powrotnym b, dołączonymi do odpowiednio dodatniego i ujemnego bieguna źródła S zasilania prądowego. Obwód ten może działaćj ako dołączony do źródła prądu stałego (fig. od 1 do 3) lub wyprostowanego prądu zmiennego (fig. 4).

Uzwojenie główne B1 oraz uzwojenie wtórne B2 cewki elektromagnesu sązdolne do aktywacji ruchu ruchomego obwodu magnetycznego. Uzwojenie główne B1 jest w sposób ciągły zasilane tak, aby utrzymywać ruchomy obwód magnetyczny w pozycji przyciągania, skoro raz elektromagnes został zamknięty.

Uzwojenie główne B1 jest połączone szeregowo z rezystorem R1 pomiędzy przewodami zasilania a i b, to jest pomiędzy przewodem zewnętrznym a i przewodem powrotnym b. Zasilanie uzwojenia wtórnego B2 jest sterowane za pomocą elementu półprzewodnikowego T2 o regulowanej konduktywności, korzystnie tranzystor. Tranzystor T2, korzystnie typu bipolarnego, jest połączony z obwodem napięcia progowego 20, który dostarcza napięcie progowe konieczne dla jego konduktywności, skoro tylko obwód jest włączony.

W pierwszym przykładzie wykonania układu zasilanego prądem stałym, jak zilustrowano na fig. 2, obwód napięcia progowego 20 składa się z dwóch rezystorów R3 i R4 połączonych szeregowo pomiędzy przewodami zasilania a i b, a wejście sterujące tranzystora T2 jest dołączone do punktu połączenia C dwóch rezystorów R3 i R4.

W drugim przykładzie wykonania obwodu zasilanego prądem stałym, jak zilustrowano na fig. 3, obwód napięcia progowego 20 składa się z rezystora R2 oraz diody Zenera Z2 dołączo181 225 nych szeregowo pomiędzy przewodami zasilania a i b. Wejście sterujące tranzystora T2 jest dołączone do punktu połączenia C rezystora R2 i diody Zenera Z2.

Tranzystor T2 jest zablokowany po zamknięciu obwodów magnetycznych elektromagnesu, dla odcięcia zasilania mocy uzwojenia wtórnego B2. Tranzystor T2 jest zablokowany za pomocą zespołu przełączającego 10 włączonego pomiędzy jego wejście sterujące i uzwojenie główne B1. Zespół przełączający 10 zawiera obwód dopasowania napięcia 11 oraz drugi element półprzewodnikowy T1 o regulowanej konduktywności, korzystnie tranzystor. Obwód dopasowania napięcia 11 zawiera rezystor R5 połączony z uzwojeniem głównym B1 oraz umieszczony szeregowo z filtrem typu RC składającym się z rezystora Ró oraz kondensatora C1, połączonymi równolegle oraz dołączonymi do przewodu powrotnego b zasilania. Obwód ten stanowi napięciowy układ całkujący.

Drugi element półprzewodnikowy T1 o regulowanej konduktywności, stanowi korzystnie tranzystor typu bipolarnego, ma wejście dołączone do wejścia sterującego pierwszego elementu półprzewodnikowego o regulowanej konduktywności, korzystnie tranzystora T2, wyjście dołączone do przewodu powrotnego b zasilania oraz wejście sterujące dołączone do punktu połączenia D pomiędzy rezystorami R5 i Ró obwodu dopasowania napięcia 11.

Na fig. 4 przedstawiono obwód zasilany z prostownika dwupołówkowego dołączonego do źródła prądu zmiennego. W tym przykładzie wykonania mostek prostowniczyjest umieszczony pomiędzy źródłem mocy prądu zmiennego S oraz przewodami zasilania a i b obwodu tak, aby zasilać wspomniany obwód wyprostowanym prądem zmiennym podwójnej półfali, przy czym każda półfalajest uzupełniona wyprostowanymi sinusoidami. Ponadto, dla stłumienia wyprostowanych sinusoid, dołączony jest korzystnie obwód wygładzający 30, który zawiera diodę D2 oraz kondensator C2 umieszczone szeregowo pomiędzy uzwojeniem głównym B1 oraz przewodem powrotnym b zasilania. Rezystor R5 obwodu dopasowania napięcia 11 jest dołączony do punktu środkowego E łączącego diodę D2 oraz kondensator C2 obwodu wygładzającego 3θ.

Jeśli tylko pomiędzy przewody zasilania a i b doprowadzone zostanie napięcie, prąd ustala się, po pierwsze, w uzwojeniu B1 oraz rezystorze R1, po drugie w przyrządzie napięcia progowego. Potencjał wejścia sterującego pierwszego tranzystora T2 jest teraz chwilowo wystarczający, aby pozwolić tranzystorowi przewodzić prąd, w ten sposób pobudzając uzwojenie B2.

Na figurach 5a i 5b przedstawiono przebieg natężenia prądu cyrkulującego w uzwojeniu głównym B1 oraz w uzwojeniu wtórnym B2. Przebieg natężenia prądu cyrkulującego w uzwojeniu wtórnym B2 jest taki sam jak w uzwojeniu głównym B1, niezależnie od faktu, że prąd nie przyjmuje wartości uj emnych. W ten sposób, aby zbadać obraz prądu w cewce, wystarczy zbadać przebieg natężenia prądu w uzwojeniu głównym B1.

W przypadku prądu zmiennego wyprostowanego, przebieg natężenia prądu jest taki sam, ale krzywajest uzupełniona sinusoidami. W rezultacie, struktura obwodu dopasowania napięcia 11 może pozostawać niezmieniona w stosunku do układu prądu stałego.

Jak zilustrowano na fig. 5a, występuje rozróżnienie między dwoma fazami, fazą wywołania A oraz fazę podtrzymującą B. Przejście pomiędzy dwoma fazami odpowiada momentowi, kiedy prąd jest ustabilizowany przy wartości podtrzymującej po zamknięciu elektromagnesu. Podczas fazy wywołania A, natężenie zwiększa się w obu uzwojeniach do wartości prądu I1, od której startuje ruchomy obwód magnetyczny i porusza się w kierunku nieruchomego obwodu magnetycznego, powodując jednoczesne zmniejszenie prądu, aż do zamknięcia elektromagnesu, odpowiadającemu czasowi t1. Stany te są charakterystyczne dla pierwszego uderzenia prądu 01. Po zamknięciu elektromagnesu prąd zwiększa się wzdłuż krzywej typu wykładniczego, co odpowiada drugiemu uderzeniu prądu 02, dla osiągnięcia prądu o wartości podtrzymującej Ic odpowiadającej początkowi fazy podtrzymującej B. Zasilanie mocą uzwojenia wtórnego B2 zostaje teraz odcięte za pomocą zespołu przełączającego 10, a obwód dopasowania napięcia 11 autoryzujący przestawienie, jak elektromagnes, jest teraz zamknięty.

Na fig. ó przedstawiono wykres napięcia na końcówkach rezystora R1, którego przebieg jest taki sam jak prądu w uzwojeniu B1, zilustrowany na fig. 5a. Napięcie to reprezentuje obraz prądu w uzwojeniu B1 i odpowiada napięciu, które jest przekształcane przez obwód dopaso6

181 225 wania napięcia 11. Przebieg prądu cyrkulującego w cewce jest więc zadany. Wspomniany przebieg prądu otrzymuje się za pomocą środków pomiarowych, zawierających rezystor R1 lub diodę Zenera.

Na fig. 7 przedstawiono przebieg napięcia na końcówkach obwodu RC, obwodu dopasowania napięcia 11, to znaczy pomiędzy wejściem sterującym a wyjściem tranzystora T1.

Jak przedstawiono na figurach 6 i 7, podczas wzrostu napięcia na końcówkach R1 do wartości maksymalnej Vm pierwszego uderzenia napięcia 01, kondensator C1 ładuje się do wartości napięcia VI. Wartości Vm i VI odpowiadająpoczątkowi ruchu ruchomego obwodu magnetycznego. Kondensator C1 ładuje się bez osiągnięcia swojej maksymalnej pojemności tak, że napięcie pozostaje mniejsze niż napięcie progowe Vs, które odpowiada napięciu żądanemu, aby pobudzić konduktywność drugiego tranzystora T1. Dla wartości V1 napięcia na końcówkach obwodu RC, a w ten sposób napięcia pomiędzy wejściem sterującym a wyjściem drugiego tranzystora T1, aby pozostawić niższą wartość niż wartość progowa Vs tak długo, jak elektromagnes nie jest zamknięty, powzięto kroki dla zapewnienia, żeby wartość Vm pierwszego uderzenia napięcia 01' na końcówkach rezystora R1 była mniejsza niż napięcie podtrzymujące Vc drugiego uderzenia napięcia 02' odpowiadającego prądowi podtrzymującemu Ic wystarczającemu do utrzymywania zamkniętego magnesu, który wykonuje zadanie przez obwód dopasowania napięcia 11. Dwa rezystory R5 i R6 oraz kondensator C1 stanowią układ całkujący, który przetwarza sygnał napięciowy doprowadzony do końcówek rezystora R1 dla przystosowania czasu żądanego, na podstawie tego sygnału, aby osiągnąć pobudzenie progu Vs drugiego tranzystora T1.

Następnie kondensator C1 rozładowuje się podczas obniżenia napięcia na końcówkach rezystora R1, co odpowiada ruchowi ruchomego obwodu magnetycznego.

Kiedy elektromagnes jest zamknięty, napięcie na końcówkach rezystora R1 wzrasta ponownie, powodując w ten sposób ładowanie kondensatora C1. Kiedy kondensator osiągnie swoją maksymalną pojemność prądową, napięcie na końcówkach rezystora R1 osiąga wartość podtrzymującą Vc oraz napięcie na zaciskach obwodu RC osiąga wartość progową Vs, powodując pobudzenie konduktywności drugiego tranzystora T1 oraz jego konduktywność. Potencjał w wejściu sterującym pierwszego tranzystora T2 wtedy zanika, w ten sposób powodując jego zablokowanie. Uzwojenie wtórne B2 nie jest w związku z tym już zasilane i uzwojenie główne B1 tylko kontynuuje zasilanie przy wartości podtrzymującej prądu. Ta wartość podtrzymująca musi pozostawać wystarczająca podczas zamknięcia elektromagnesu, tak że kondensator pozostaje naładowany przy swojej maksymalnej pojemności prądowej, aby nie spowodować obniżenia napięcia pomiędzy układem sterującym i wyjściem drugiego tranzystora T1, gdyż to mogłoby zablokować konduktywność tego drugiego tranzystora T1 i mogłoby zasilać ponownie uzwojenie wtórne B2.

181 225

181 225

FIG. 5b

FIG. 5a

FIG. 6

FIG. 7

181 225

FIG. 4

181 225

FIG. 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ zasilania mocy cewki wzbudzającej elektromagnesu, wyposażonego w przynajmniej jedno uzwojenie główne oraz uzwojenie wtórne, prądem stałym lub wyprostowanym prądem zmiennym, któryjest zaopatrzony w zespół przełączający pierwszego elementu półprzewodnikowego o regulowanej konduktywności przystosowanego do dostarczenia lub zablokowania zasilania uzwojenia wtórnego, znamienny tym, że zespół przełączający (10) jest włączony pomiędzy uzwojenie główne (B1) i wejście sterujące pierwszego elementu półprzewodnikowego (T2) o regulowanej konduktywności, a na wyjściu zespołu przełączającego (10) jest włączony drugi element półprzewodnikowy (T1) o regulowanej konduktywności, który jest przystosowany do zablokowania pierwszego elementu półprzewodnikowego (T2) o regulowanej konduktywności, kiedy napięcie pomiędzy wejściem sterującym i wyjściem tego drugiego elementu półprzewodnikowego (T1) osiąga napięcie progowe (V s) większe niż wartość napięcia (V1) odpowiadająca początkowi zamykania elektromagnesu, przy czym wejście sterujące drugiego elementu półprzewodnikowego (T1) jest połączone z uzwojeniem głównym (B1), poprzez obwód dopasowania napięcia (11) zespołu przełączającego (10), dla oznaczenia napięcia reprezentatywnego dla prądu płynącego przez uzwojenie główne (B1) i całkowania tego napięcia dla adaptacji czasu wymaganego do osiągnięcia napięcia progowego (Vs).
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że obwód dopasowania napięcia (11) zawiera filtr RC uzupełniony elementem rezystancyjnym, który stanowi dwa rezystory (R5, R6) połączone szeregowo oraz kondensator (C1), przy czym jeden z rezystorów (R5) jest połączony z uzwojeniem głównym (B1), a drugi rezystor (R6) jest połączony równolegle z kondensatorem (C1) i dołączony do przewodu powrotnego (b) zasilania cewki.
3. 3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że wejście sterujące drugiego elementu półprzewodnikowego (Tl) jest dołączone do wejścia (D) obwodu dopasowania (11) pomiędzy dwoma rezystorami (R5, R6).
4. 4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że wejście sterujące pierwszego elementu półprzewodnikowego (T2) jest dołączone do punktu połączenia (C) pomiędzy rezystorem (R3) i rezystorem (R4), które są połączone szeregowo i włączone są pomiędzy dwoma przewodami zasilania (a, b) cewki.
5. 5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że wejście sterujące pierwszego elementu półprzewodnikowego (T2) jest dołączone do punktu połączenia (C) pomiędzy rezystorem (R2) i diodąZenera (Z2), które sąpołączone szeregowo i włączone sąpomiędzy dwoma przewodami zasilania (a, b) cewki.
6. 6. Układ według zastrz. 4 albo 5, znamienny tym, że dwa elementy półprzewodnikowe (Tl, T2) stanowią tranzystory.
7. 7. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że uzwojenie główne (B1) oraz uzwojenie wtórne (B2) są dołączone równolegle pomiędzy dwoma przewodami zasilania (a, b) cewki.
8. 8. Układ według zastrz. 7, znamienny tym, że szeregowo z uzwojeniem głównym (B1) oraz równolegle z obwodem dopasowania napięcia (11) dołączony jest zespół pomiarowy do pomiaru wielkości prądu cyrkulującego w uzwojeniu głównym (B1).

   * * *