способ управления электромагнитом

Формула изобретения

Способ управления электромагнитом, работающим в циклическом режиме и содержащим две обмотки, одна из которых является поляризующей, а другая управляющей, заключающийся в подаче на обмотки импульсов тока, контроле амплитуды и длительности импульсов с корректировкой длительности и амплитуды импульсов по фактической величине времени срабатывания и отпускании электромагнита, отличающийся тем, что начало подачи импульса тока прямой полярности на поляризующую обмотку опережает начало подачи импульса тока на управляющую обмотку на период времени, необходимый для нарастания тока в поляризующей обмотке до значения, позволяющего получить время срабатывания заданной величины, а ее отключение осуществляется после срабатывания электромагнита и окончания движения якоря, причем перед отключением управляющей обмотки на поляризующую обмотку подается импульс тока обратной полярности, начало подачи которого опережает момент выключения управляющей обмотки, на период времени, необходимый для нарастания тока в поляризующей обмотке до значения, позволяющего получить время отпускания якоря заданной величины, а отключение импульса тока обратной полярности в поляризующей обмотке производится после возвращения якоря в исходное положение.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, в частности к способу управления быстродействующим электромагнитом постоянного тока, содержащим поляризующую и управляющую обмотки, который может использоваться в качестве регулирующего элемента в системах управления, где требуется повышенное быстродействие при работе электромагнита в циклическом режиме.

Известен способ управления электромагнитом клапана (DE 3920064, Н01F), в котором к обмотке подключают два источника тока, один из которых задает амплитуду импульса пускового, а другой - величину удерживающего тока. Причем длительность импульса пускового тока задается и после истечения заданного времени, когда источник пускового тока отключают. До выключения электромагнит клапана поддерживается во включенном состоянии источником удерживающего тока.

Известен также способ управления электромагнитным исполнительным механизмом, работающим в циклическом режиме (RU 2265906, С2, Н01F 7/18), заключающийся в подаче на его обмотку импульсов тока, контроля амплитуды и длительности импульсов с корректировкой длительности импульсов по фактической величине времени срабатывания электромагнита.

Недостатком известных способов управления нейтральными электромагнитами является недостаточное быстродействие электромагнита, как из-за низкой скорости нарастания магнитного потока в рабочем зазоре при трогании якоря и во время его движения при срабатывании, так и низкой скорости убывания магнитного потока, как при трогании якоря, так и во время его движения при отпускании якоря.

Известен способ управления быстродействующим электромагнитом (Новиков Ю.Н. Теория и расчет электрических аппаратов. Л.: Энергия, 1970, с.315), который содержит поляризующую и управляющую обмотки, причем поляризующая обмотка постоянно включена на источник тока и создает в системе поляризующий магнитный поток, а на управляющую обмотку подается импульс тока для включения электромагнита.

Недостатком такого способа управления поляризованным электромагнитом, когда поляризующая обмотка постоянно подключена к источнику тока, является недостаточное быстродействие электромагнита, так как быстродействие зависит от величины потока, создаваемого током поляризующей обмотки, который для исключения ее перегрева ограничивается, что также приводит к возрастанию габаритов и массы обмотки.

Известен также способ управления быстродействующим поляризованным электромагнитом (RU 2242816 С2, Н01F 7/16), который состоит из двух частей, каждая из которых включает рабочий воздушный зазор, постоянный магнит и управляющую обмотку, на каждую из которых подается импульс тока сначала в прямом, затем в обратном направлении.

Недостатком известного способа является недостаточное быстродействие электромагнита, т.к. для его срабатывания необходимо, чтобы импульс тока в одной из обмоток снизил магнитную энергию, созданную постоянным магнитом в одном из рабочих зазоров. Ток в другой обмотке должен увеличить магнитную энергию в другом рабочем зазоре, что приводит к возрастанию времени переходного процесса.

Задачей изобретения является разработка способа управления поляризованным электромагнитом, позволяющего повысить быстродействие электромагнита и снизить габариты и массу поляризующей обмотки.

Поставленная задача решается тем, что в способе управления электромагнитом, работающим в циклическом режиме и содержащим две обмотки, одна из которых является поляризующей, а другая управляющей, заключающемся в подаче на обмотки импульсов тока, контроля амплитуды и длительности импульсов с корректировкой длительности и амплитуды импульсов по фактической величине времени срабатывания электромагнита, начало подачи импульса тока прямой полярности на поляризующую обмотку опережает начало подачи импульса тока на управляющую обмотку на период времени, необходимый для нарастания тока в поляризующей обмотке до значения, позволяющего получить время срабатывания заданной величины, а ее отключение осуществляется после срабатывания электромагнита и окончания движения якоря.

Перед выключением управляющей обмотки на поляризующую обмотку подается импульс тока обратной полярности, начало которого опережает момент выключения управляющей обмотки на период времени, необходимый для нарастания тока в поляризующей обмотке до значения, позволяющего получить время отпускания якоря заданной величины, а отключение поляризующей обмотки производится после возвращения якоря в исходное положение.

Изложенная сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена предлагаемая последовательность подачи импульсов тока на обмотки электромагнита.

Чертеж имеет следующие обозначения:

I_п - ток поляризующей обмотки;

I_{п. прям} - величина импульса тока прямой полярности поляризующей обмотки, при которой производится включение управляющей обмотки;

I_{п. обр} - величина импульса тока обратной полярности, подаваемого на поляризующую обмотку, при которой производится выключение управляющей обмотки;

I_у - ток управляющей обмотки;

t_п - период времени, на который момент подачи импульса тока прямой полярности на поляризующую обмотку опережает момент подачи импульса на управляющую обмотку;

t_{п. откл} - момент времени отключения поляризующей обмотки;

t_{у. откл} - момент времени отключения управляющей обмотки;

t_сраб - время срабатывания электромагнита;

t _отп - время отпускания якоря электромагнита;

t _{откл. обр} - момент времени отключения тока обратной полярности поляризующей обмотки;

t_{п. обр} - период времени, на который момент подачи импульса тока обратной полярности на поляризующую обмотку опережает момент выключения управляющей обмотки.

Способ управления электромагнитом с двумя обмотками, одна из которых является поляризующей, а другая управляющей, осуществляется следующим образом.

При работе электромагнита в циклическом режиме при питании обмоток импульсным током, когда после каждого цикла производится контроль амплитуды и длительности импульсов с корректировкой длительности и амплитуды импульсов по фактической величине времени срабатывания электромагнита, чтобы получить необходимую величину поляризующего магнитного потока при минимальном нагреве, на поляризующую обмотку подается импульс тока прямой полярности, начало которого опережает начало подачи импульса тока на управляющую обмотку на период времени t_п, необходимый для нарастания тока в поляризующей обмотке до значения I_{п. прям}, позволяющего получить время срабатывания заданной величины.

Для минимизации нагрева поляризующей обмотки ее отключение производится после срабатывания электромагнита и окончания движения якоря, т.к. после завершения движения якоря отсутствует необходимость в ускоряющем влиянии поляризующей обмотки. Это сокращает время прохождения тока по поляризующей обмотке при срабатывании до минимума и снижает ее нагрев, что позволяет уменьшить габариты и массу обмотки.

Тем самым процесс включения электромагнита разделяется на два этапа: подготовительный - длительностью t _п, когда включается поляризующая обмотка и создается необходимый запас энергии поляризующего поля в системе, и рабочий - длительностью t_сраб от момента включения управляющей обмотки до момента окончания движения якоря. Это позволяет форсировать ток в поляризующей обмотке и тем самым повысить ее намагничивающую силу, что способствует возрастанию быстродействия электромагнита.

Перед выключением управляющей обмотки на поляризующую обмотку подается импульс тока обратной полярности с амплитудой I _{п. обр}, начало которого опережает момент t _{у. откл} отключения управляющей обмотки на период времени t_{п. обр}, необходимый для нарастания тока обратной полярности в поляризующей обмотке до значения, позволяющего получить время отпускания заданной величины.

Подача импульса тока обратной полярности амплитудой I_{п. обр} на поляризующую обмотку позволяет создать намагничивающую силу, направленную встречно намагничивающей силе управляющей обмотки, и сократить время t_отп, определяемое скоростью снижения магнитного потока в рабочем зазоре и создаваемой им силой, удерживающей якорь в притянутом положении и препятствующей возврату якоря в исходное положение. Отключение поляризующей обмотки производится в момент времени t_{откл. обр} после возвращения якоря в исходное положение.