Электрическая схема управления электромагнитным приводом коммутационного аппарата

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в электрических аппаратах автоматики, защиты и управления, где применяется электромагнитный привод постоянного тока, например в электромагнитных контакторах, пускателях, автоматах защиты, реле и т.п.
Известно «Устройство управления электромагнитом» по патенту РФ №2187161, опубл. 10.08.2002, принятое за прототип, содержащее катушку электромагнита, диод, управляемый электронный ключ на мощном полевом МОП-транзисторе с индуцированным каналом n-типа и изолированным затвором, формирователь длительностей форсирующего импульса и первой паузы напряжения на обмотке, генератор прямоугольных импульсов, схему И. Недостатком данного устройства является недостаточная надежность в работе. Причиной этого является сравнительно низкая частота следования импульсов напряжения на обмотке электромагнита в режиме удержания, обычно не превышающая величину 1000 Гц (типовое значение - 250 Гц), которая приводит к пульсации электромагнитной силы, обусловленной большими пульсациями тока в обмотке электромагнита в режиме удержания подвижных звеньев, приводящими к вибрации якоря и снижающими устойчивость коммутационного аппарата к вибрационным, ударным и электродинамическим нагрузкам в целом.
Технический результат заявляемой электрической схемы управления электромагнитным приводом коммутационного аппарата - повышение надежности работы коммутационного аппарата при одновременном уменьшении уровня шума.
Технический результат достигается тем, что в электрическую схему управления электромагнитным приводом коммутационного аппарата, содержащую цепь питания, подсоединенную к последовательно включенным цепям обмотки управления электромагнитного привода и сток-исток электронного ключа на МОП-транзисторе, при этом диод подсоединен параллельно выводам обмотки управления, формирователь длительностей форсирующего импульса и первой паузы напряжения на обмотке управления электромагнита, выходом подсоединенный к первому входу схемы И, причем второй вход схемы И соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов, введен блок управления затвором электронного ключа на МОП-транзисторе, входом присоединенный к выходу схемы И, а выходом - к затвору электронного ключа на МОП-транзисторе, и содержащий на входе повторитель с шестью, объединенными параллельно, выходами, связанными с первым выводом резистора и базой транзистора, а на выходе - резистор, соединенный своим вторым выводом с коллектором транзистора.
Блок управления затвором электронного ключа на МОП-транзисторе позволяет форсировать переходные процессы заряда-разряда емкости затвора силового электронного МОП-ключа, что дает возможность существенно повысить частоту (до нескольких десятков тысяч герц) следования импульсов на обмотке управления электромагнитным приводом коммутационного аппарата в режиме удержания его подвижных звеньев, которая ведет к снижению пульсации электромагнитной силы и отсутствию вибрации якоря. Таким образом, достигается технический результат - повышение надежности работы коммутационного аппарата при одновременном уменьшении уровня шума.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом на фигуре, где показана электрическая схема управления электромагнитным приводом коммутационного аппарата и обозначено: 1 - формирователь длительностей форсирующего импульса и первой паузы напряжения на обмотке электромагнитного привода; 2 - генератор прямоугольных импульсов; 3 - схема И; 4 - электронный ключ на силовом МОП-транзисторе; 5 - обмотка управления электромагнитного привода коммутационного аппарата; 6 - диод; 7 - блок управления затвором электронного ключа на МОП-транзисторе, содержащий повторитель 8, резистор 9, транзистор 10.
Заявляемая электрическая схема управления электромагнитным приводом коммутационного аппарата содержит цепь питания (+), подсоединенную к последовательно включенным цепям обмотки управления электромагнитного привода 5 и сток-исток электронного ключа на МОП-транзисторе 4, при этом диод 6 подсоединен параллельно выводам обмотки управления 5, формирователь длительностей форсирующего импульса и первой паузы напряжения на обмотке управления электромагнита 1, выходом подсоединенный к первому входу схемы И 3, причем второй вход схемы И 3 соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов 2, блок управления затвором электронного ключа на МОП-транзисторе 7, входом присоединенный к выходу схемы И 3, а выходом - к затвору электронного ключа на МОП-транзисторе 4 и содержащий на входе повторитель 8 с шестью, объединенными параллельно, выходами, связанными с первым выводом резистора 9 и базой транзистора 10, а на выходе - резистор 9, соединенный своим вторым выводом с коллектором транзистора 10.
Заявляемая электрическая схема управления электромагнитным приводом коммутационного аппарата работает следующим образом.
Сигналы формирователя длительностей форсирующего импульса и первой паузы напряжения на обмотке управления электромагнита 1 и генератора прямоугольных импульсов 2 подаются на входы схемы И 3, с выхода которой, результирующий ШИМ-сигнал поступает на вход повторителя 8, состоящего из шести параллельно включенных элементов, что позволяет осуществить усиление по току ШИМ-сигнала, импульсы которого далее, через токоограничивающий резистор 9, поступают в цепь затвор-исток силового электронного ключа на МОП-транзисторе 4, что приводит к ускоренному заряду емкости затвора МОП-транзистора 4 и его быстрому включению. В моменты времени, когда импульсы напряжения на обмотке управления электромагнитным приводом 5 отсутствуют, и силовой электронный ключ на МОП-транзисторе 4 закрыт, транзистор 10, шунтирующий своим переходом коллектор-эмиттер цепь затвор-исток МОП-транзистора 4, отпирается и разряжает емкость затвора МОП-транзистора 4, обеспечивая ускоренное выключение силового электронного ключа. Обратный диод 6, включенный параллельно обмотке управления электромагнитного привода 5, способствует непрерывному протеканию тока в обмотке управления 5 в моменты отсутствия напряжения на ней, когда силовой электронный ключ на МОП-транзисторе 4 закрыт. Так достигается высокочастотная коммутация обмотки управления электромагнитного привода 5 в режиме дискретного (импульсного) удержания подвижных звеньев коммутационного аппарата (первого импульсного режима удержания).
Таким образом, введение в схему заявляемой полезной модели блока управления затвором электронного ключа на МОП-транзисторе 7, форсирующего переходные процессы заряда-разряда емкости затвора силового электронного МОП-ключа 4, позволило уменьшить большие пульсации тока в обмотке управления электромагнитного привода коммутационного аппарата при удержании его подвижных звеньев, устранить вибрацию якоря, обеспечив тем самым повышение надежности коммутационного аппарата и его бесшумное функционирование.
Заявляемая полезная модель была использована в электромагнитных контакторах серии КСЭ, которые успешно прошли испытания. В 2021 году ожидается серийный выпуск продукции.