恒力启动电磁铁的控制电源 本发明涉及电磁铁的控制电源电路。
本发明提出一种新的电磁铁控制电源，属于电磁铁和电子技术领域。该电源由整流、启动保持电源切换开关组成，其特点是切换开关与其控制电路构成了衰减电流控制器来保证启动电流衰减而达到恒力启动的目的。
目前国内外已有多种节能电磁铁，节能方法大致分为双直流源法、交流启动直流保持法、双直流线圈法。其中双直流源法最为成功。尤其是ZL 94 207.6号专利提出的恒启动电流控制方案从根本上解决了过电压、欠电压、线圈温升导致的电磁铁工作不稳定及启动后期电流过大问题、从而推动了节能电磁铁迅速商品化。
然而上述专利文献中提出的技术方案尚存在这样的缺点：
1.恒电流启动应用于普通的螺管式电磁铁会导致升力启动，即启动前期达到额定力时，启动后期吸力远超过额定力。这是直流电磁铁启动所固有的特性。超额力不仅会导致撞击，而且超额的力所做超额的功还是一种能的浪费。
2.如果改变铁芯和衔铁形状来达到恒电流恒力启动目的则增加了制造成本，降低了性能价格比，难以商品化。
3.启动与保持电源切换后启动电流的最后值即衔铁与铁芯结合时的启动电流值决定铁芯的剩磁大小，因而启动电流恒定使去磁困难。(尽管保持电流也产生剩磁，但保持电流只是启动电流的几十分之一，甚至几百分之一。)
本发明的目的是为了克服上述缺点，提供一种能保证启动电流衰减、实现恒力启动的电磁铁的控制电源。
本发明的电磁铁控制电源包括整流电路、启动与保持电源切换开关，其特征在于由所述切换开关与其控制电路构成启动衰减电流控制器。在所述衰减电流控制器中，由衰减信号发生器信号与电流反馈信号相比较来控制所述切换开关的方法控制启动电流衰减，从而达到恒力启动或近似恒力启动目的。由所述切换开关(例如可控硅、场效应管)和控制电路即上述双信号比较电路及所述衰减信号发生器构成了所述衰减电流控制器。
上述技术方案既可用闭环实现(例如使用电流反馈方法)也可用开环实现(例如只控制栅源压等)因而所述控制器也分开环控制器和闭环控制器两种。应指出，在这里所说衰减启动电流是指在消除了电磁铁电感造成的启动初期启动电流由零上升至能使电磁铁衔铁以额定力开始动作这段响应时间(或称反应时间)之后的电流，或者说所谓启动电流是指从衔铁达到额定力到电源切换之前地电流。下面结合实施例来说明上述技术和控制器原理：
图1是本发明的恒力启动电磁铁控制电源第一实施例的电路原理图；
图2是一种衰减信号发生器的电路原理图
图3是本发明的恒力启动电磁铁控制电源第二实施例的电路原理图；
图4是本发明的恒力启动电磁铁控制电源第三实施例的电路原理图；
图5是另一种衰减信号发生器的电路原理图；
图1给出的第一个实施例中所述衰减电流控制器是由可控硅[3]及其触发电路(控制电路)构成。其中可控硅[3]同时与二极管[4]串并接构成全桥，而可控硅[3]又是双电源的切换开关，可控硅[3]关闭后与之并接的电磁铁线圈[7]由并接的保持电源的全桥[8]供电，桥[8]的交流侧接自小功率变压器[9]。可控硅[3]的触发极接自比较器[17]的输出端，比较器[17]的给定信号端接自所述衰减信号发生器[16]的输出端K。发生器[16]的电源与比较器[17]的电源共同由变压器[10]、全桥[11]和稳压滤波电路[12]构成的直流源提供。稳压滤波电路[12]是一种常规电路，为一般工程技术人员所熟知。比较器[17]反馈信号端接自串联于启动桥正端与线圈上端的电流采样器[6]，其始端与启动桥的负端之间并接有续流二极管[5]，其末端通过一只抬位二极管[19]接于稳压滤波电路[12]的负端。采样器[6]可以是采样电阻，可以是分流电阻或电流互感器。
当交流电通过端子[1］和[2]加到图1所述系统中时，衰减信号发生器[16]输出端K的信号电平高于[6]的反馈电平，比较器[17]输出高电平使可控硅[3]导通。线圈[7]中电流使电磁铁衔铁具有额定吸力时若无所述衰减电流控制，线圈［7]中电流会继续增加，吸力会急剧增大，但此时K电平已开始衰减，反馈电平将等于或大于K电平，比较器[17]输出低电平，可控硅[3]暂时截止移相。待采样器[6]给出的反馈信号电平再次低于衰减信号电平时，可控硅[3]再打开。这个过程是可控硅[3]不断移相导通而使线圈[7]中电流不断衰减的过程。由于移相导致脉动电压而产生衰减的电流经电磁铁这个大电感滤波，因而衰减电流的脉动性很小，电磁铁吸力的脉动也很小，电磁铁负载所受力基本上或接近于恒力。
图1中接于可控硅[3]的触发极和控制地之间的可控硅[18]是专用于准确切换和抗干扰用的箝位管，即电阻[13]和电容[14]串接构成的充电时间达到予定值时，可控硅[18]导通，从而保证可控硅[3]触发极(控制极)被箝位在小于0.6伏位上，不会再导通，以保证准确的双电源切换。另外，当电磁铁保持时干扰信号去触发可控硅[3]时，正在导通的可控硅[18]可将这个干扰信号接地)负极)不会造成误触发，［18]还可为三极管。与电容[14]并联的电阻[15]是放电电阻。电阻[13]、电容[14]的联点接在箝位管[18]的触发极上。此电路称为箝拉管抗干扰电路。
图2所示衰减信号发生器是一种指数衰减信号发生器，由电阻[20]、[25]和电容[21]串接且由放电电阻[24]，放电二极管[22]和[23]并接构成，电阻[20]上端和[25]下端分别接在电源正负极上，当所述稳压滤波电路[12]提供的直流电源电压在电磁铁供电的交流合闸瞬间突然来到时，分压电阻[25]的上端K(也是衰减信号发生器的输出端)电平是由分压电阻[25]和[20]决定的，此时相当于电容[21]短路。随着电容[21]的充电，K电平越来越低，最后达到零电平，从而实现了信号衰减的目的。[20]可被短接。
图2中电阻[24]和二极管[22]、[23]构成一个电容[21]的放电回路。当电源失电后，电容[21]的正极通过二极管[22]、电阻[24]及二极管[23]向负极放电，这样一来可以大大减小放电时间以便更快地为下一次动作作好准备。
图3与图1的区别就在于启动桥[27]是由4只二极管构成，而切换开关是串接在桥[27]正端和电流采样器[6]之间的开关管[28]，它可以是场效应管或三极管。在这里比较器[17]输出端0不是接在可控硅的触发极上，而是接在场效应管的栅极G或三极管的基极B上。场效应管的漏极D与源极S分别接在桥[27]的正极和采样器[6]的前端，对应的三极管C极与E极接法相同，图3所示为第二实施例。
第二实施例工作原理与第1实施例完全相同，比较器[17]给出的高电平应足以保证场效应管或三极管通过启动必需的电流。如果一只三极管不能满足要求，则[28]就是复合管。图3中仍有上述箝位管抗干扰电路。
图4所示的第3个实施例与第1、2实施例显著不同的地方是切换开关[33]不是通过开关的时间来调节启动电流的衰减，而是作为自动节门依靠调节开门幅度来衰减启动电流。在这里，切换开关[33]采用了一只场效应管，其源极S通过一只反馈电阻[34]接在启动桥[31]负端，其漏极D则接在线圈[7]的下端，其栅极G则接在衰减信号发生器[27]的输出端[30]。照例地，有可控硅[18]及相关器件构成的时控电路来保证准确切换和抗干扰。这里的反馈电阻[34]是专用于抑制电压及温度变化可能造成的电流过大。显然，衰减信号发生器[27]向切换开关[33]栅源提供了一个逐渐衰减的栅源电压，从而使启动电流逐渐衰减。图4中照例有所述箝拉管抗干扰电路。
图5给出了衰减信号发生器[27]的一个实例。这里电容[28]是串接在稳压滤波电路[12]正端和发生器[27]输出端[30]之间的。电阻[24]是电容[28]的放电电阻与稳压滤波电路［2]正负端并联。电阻[29]是拉位电阻，它一端接于电容[28]负极，另一端接于所述电路[12]负端，当[28]充电完毕它将[30]端电位拉到零。[32]是[28]的放电二极管，它与[28]并接。显然，当电源合闸稳压滤波电路[12]电压突然来临时，输出端[30]电平开始等于所述电路[12]电压，然后逐渐下降，当[28]充电完毕时[30]电平为零，从而从[30]端输出了一个逐渐衰减的电平信号。
图2、图5只表明了所述衰减信号发生器[16]和[27]，而所述箝位管抗干扰电路在图1、3、4中已清楚划出，因而图2，图5里就省略了这一电路。所述衰减信号发生器和箝拉管抗干扰电路是共用一个稳压滤波电路[12]作为电源的。
上述实例被证明有效，即启动力基本恒定，避免了撞击，启动电流均值约减小一半，电磁铁剩磁显著减小，达到了预期目的。