Устройство для коммутации цепей постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к устройствам , обеспечивающим бездуговую коммутацию цепей постоянного тока. Цель изобретения - повышение коммутационной способности силовых кортактов путем расширения интервала ступени малого тока в коммутируемой цепи. Устройство содержит дроссель, силовые контакты 13, дополнительные контакты 15, нагрузку 14, высокоомные резисторы 16, 17, переключатель 18. Дроссель состоит из сердечников 1 и 2 многовитковой 12 и маловитковой 11 обмоток. При отключении .дополнительных контактов ток в многовитковой обмотке быстро затухает, что в-ызывает уменьшение тока в маловитковой обмотке до нуля и затем вновь нарастает. При нарастании тока в маловитково.й обмотке возникают силы притяжения полюсов сердечников, что приводит к повороту сердечников относительно друг друга и замедлению: нарастания тока в маловитковой обмотке . Во время протекания малого тока в маловитковой обмотке происходит отключение силовых контактов. Переключатель предназначен для изменения направления тока в одной из цепей многовитковой обмотки, что обеспечивает воз-врат сердечников .в исходное состояние. 4 ил. § (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„„SU„„4 7587 (5I)4 H 0) Н 9/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4241338/24-07 (22) 05.05,87 (46) 23.03.89. Бюл. М"- 11 (71) Томский политехнический институт им. С.M.Êèðîâà (72) P.ß.Êëÿéí и В.И,Попов (53) 621.3.064.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1252827, кл. Н 01 Н 9/30, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОММУТАЦИИ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам, обеспечивающим бездуговую коммутацию цепей постоянного тока.

Цель изобретения — повышение коммутационной способности силовых контактов путем расширения интервала ступени малого тока в коммутируемой цепи. Устройство содержит дроссель, силовые контакты 13, дополнительные контакты 15, нагрузку 14, высокоомИзобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам, обеспечивающим бездуговую коммутацию цепей постоянного тока.

Цель изобретения - повьппение коммутационной способности силовых контактов путем расширения интервала ступени малого тока в коммутируемой цепи.

На фиг. 1 представлена схема устройства при замкнутом положении силовых контактов; на фиг. 2 — то же, при разомкнутом положении силовых

1»онтактов; на фиг. 3 - дроссель, общий вид; на фиг. 4 — фрагмент сердеч- ника (сечение А-А на фиг. 3). ные резисторы 16, 17, переключатель

18. Дроссель состоит из сердечников

1»» 2 многовитковой 12 и маловитковой 11 обмоток. При отключении .дополнительных контактов ток в многовитковой обмотке быстро затухает, что вызывает уменьшение тока в маловитковой обмотке до нуля и затем вновь нарастает. При нарастании тока в маловитковой обмотке возникают силы притяжения полюсов сердечников, что приводит к повороту сердечников относительно друг друга и замедлению: нарастания тока в маловитковой обмотке. Во время протекания малого тока в маловитковой обмотке происходит отключение силовых контактов, Переключатель предназначен для изменения направления тока в одной из цепей многовитковой обмотки, что обеспечивает возврат сердечников в исходное состояние. 4 ил.

Устройство для коммутации цепей. постоянного тока содержит дросеель, магнитопровод которого выполнен в виде двух сердечников 1 и 2 в форме диска (иг ., 1 ), c од ержащих на одной из торцовых поверхностей явно выраженные полюса, например 3 — 6 на сердечнике 1 и полюса 7 — 10 на сердечнике 2. Магнитопровод может быть выполнен из ленточной электротехнической стали или из сплошного .материала. На полюсах сердечников размещены секции маловитковой обмотки 11 и секции многовитковой обмотки 12.

Причем на каждом полюсе между двумя последовательно соединенными секция1467587 ми многовитковой обмотки 12 размещена одна секция маловитковой обмотки

11. Секции многовитковой обмотки, расположенные на полюсах 3-6 соеди5 иены между собой последовательно и образуют первую цепь, а секции на полюсах 7-10 соединены аналогично и образуют вторую цепь многовитковой обмотки. Соединение секций многовитковой обмотки обеспечивает разнополярное намагничивание двух рядом расположенных полюсов каждого из сердечников. Секции маловитковой обмотки соединены между собой последовательно. Сердечники 1 и 2 обращены полюсами друг к другу и имеют минимальный воздушный зазор, Устройство для коммутации цепей постоянного тока содержит также си- 2р ловые контакты 13, нагрузку 14, дополнительные контакты 15, два высокоомных резистора !6 и 17, двухполюсный переключатель 18 и выводы 19 для подключения источника питания, 25

Маловитковая обмотка 11, силовые контакты 13, нагрузка 14 соединены последовательно и подключены к выво дам 19. Дополнительные контакты !5 и многовитковая обмотка 12 образуют 30 вторую цепь,,подключенную к выводам 19. Высокоомные резисторы 16 и 17 шунтируют силовые 13 и дополнительные 15 контакты. Две цепи секций многовитковой обмотки 12 соединены между собой параллельно, В одну из цеп ей с ек ций м ног ови тк ов ой обмо тки

12 установлен двухполюсный переключатель 18 ° При изменении коммутационного положения переключателя 18 4О меняется направление тока в коммутируемой цепи.

Секции маловитковой и многовитковой обмоток выполнень| в виде хорошо изолированных катушек (фиг. 3). Катушки изолированы от полюсов каркасом и имеют форму, например, криволинейной трапеции (фиг. 4).

Сердечник 2 неподвижно закреплен в основании 20. В центральном отвер стии сердечника 2 закреплена с!Сь 21, ступенчатой;формы. На ступице оси 21 установлено два радиально-упорных подшипника 22, внутренние обоймы которых закреплены гайкой 23, а наружные обойиы подшипников закреплены в центральной втулке сердечника I гайкой 24. Таким образом радиальноупорные подшипники 22 исключают осевое перемещение сердечника 1 и дают возможность ему для вращательного движения. Воздушный зазор между сердечниками и 2 выполняется минимально возможным, исходя из технологических возможностей, обеспечивающих свободное, без затираний и заклиниваний перемещение сердечника 1 относительно сердечника 2.

На выступающем за сердечник 1 конце оси 21,закреплен фиксирующий механизм 25, который может быть выполнен в виде быстродействующей управляемой защелки, содержащей плоскую многовитковую катушку 26, установленную в корпусе 27, и плотно прилегающий к катушке якорь 28 в виде диска из хорошо электропроводящего материала. Якорь прижат к катушке йб пружиной 29. К якорю 28 жестко присоединены штифты 30, свободные концы которых входят в углубление на корпусе сердечника l. В исходном состоянии сердечник 1 зафиксирован так, что магнитные оси его полюсов совпадают с осями пазов сердечника 2.

Управление фиксирующим механизмом осуществляется От накопителя энергии через ключевой элемент.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии силовые контакты 13 и дополнительные контакты

15 замкнуты. Подвижные контакты переключателя 18 находятся в положении а (фиг. 1). Параметры маловитко вой 11 и многовитковой 12 обмоток подобраны так, что на каждом полюсе сердечников 1 и 2 выполняется равенство МДС

° (r ° (! sr

11 С! 12 С2 12 с2 s (!)

=12 = 12 + 12 (2)

ГДЕ ° 1q И W — TOK И ЧИСЛО BHTKOB секции маловитковой обмотки;

И W TOE И ЧИСЛО ВИТКОВ первой ветви многовитковой обмотки;

12 и W с ТОК И ЧИСЛО ВИТКОВ второй ветви многовитковой обмотки.

В результате этого по секциям обмоток протекают токи, обратно пропорциональные их числам витков. Направление намотки сехций маловитковой обмотки 11 выбрано так, что при обтекании их током i4 îíè создают че5 I редующееся разнополярное намагничивание полюсов каждого из сердечников. Например, полюса 3 и 5 имеют одну полярность, а полюса 4 и 6 другую полярность на сердечнике 1, соответственно полюса 7, 9 и 8, 10 на сердечнике 2. На фиг. 1 направление потоков в полюсах от секций маловитковой обмотки показаны сплошными стрелками. Одновременно с этим то° ° п ки д,, обтекая секции много- витковой обмотки 12, размещенные на тех же полюсах, ч то и секции маловитковой обмотки I I, также разнополярно намагничивают полюса каждого сердечника. Направление намотки секций обмотки 12 такое, что токи

° ZI

z и д в них создают в полюсах потоки, встречно направленные потокам секций маловитковой обмотки 11 с током . На фиг. 1 направление потоков многовитковой обмотки в полюсах показано пунктирными стрелками.

Поскольку на каждом полюсе обоих сердечников имеет место равенство . МДС расположенных на них секций обмоток 11 и 12, то результирующий поток в каждом полюсе будет равен нулю и между полюсами сердечников 1 и 2 не будет никаких сил взаимодействия.

Так как число витков маловитковой обмотки мало, а площадь сечения провода большая, то омическое сопротивление ее весьма мало по сравнению с сопротивлением нагрузки.

В лобой момент времени производится размыкание дополнительных контактов 15 и одновременно подается сигнал на ключевой элемент пусковой схемы фиксирующего механизма 25, который срабатывает и освобождает сердечник 1. Так как цепи многовитковой обмотки соединены между собой параллельно и представляют собой безындуктивный контур, ток 1 быстро затухает, а поток, наведенный током нарастает. Иод действием динамической индуктивности, обусловленной потокосцеплением маловитковой обмотки, ток i, скачком уменьшается до нуля и затем вновь нарастает. При этом магнитные потоки в полюсах 3 и 10, 4 и 9, 5 и 8, 6 и 7 сердечников 1 и 2 имеют согласное направление и между полюсами создается электромагнитная сила, которая стремится притянуть их друг к другу, а между полюсами 4 и 10, 5 и 9, 6 и 8, 3 и 7

467587 магнитная проницаемость воздуха; площадь взаимного перекрытия полюсов; величина воздушного зазора между полюсами. где р

S—

Потокосцепление у маловитковой обмотки является функцией двух переменных: мгновенного значения тока в обмотке и магнитной проводимости С

З5 воздушного зазора. Последняя, как видно из (3), зависит от зазора и от площади 8 перекрытия полюсов. Так как в данном устройстве 8 = coQst> а площадь перекрытия зависит от угла поворота Ц сердечника 1 относительно сердечника 2, то очевидно, что (4) м= f(i„1 Ц).

Тогда ЭДС, возникающую в секциях

45 маловитковой обмотки в результате перемещения сердечника 1 можно представить так:

dv(i т Q di

di dt

dt йу(Ч И».

dV dt (5) Первое слагаемое правой части определяет ЭДС самоиндукции, обусловленную динамической индуктивностью.

Второе слагаемое выражения (5) определяет ЭДС движения, которая зависит от скорости движения dq/dt сердечника 1, В результате действия этих ЭДС создается отталкивающая сила, Так как сердечник 1 свободно вращается на оси 21, то под действием этих сил он стремится повернуться до совпадения магнитных осей противолежащих

I разнополярных полосов на сердечниках 1 и 2. Однако штифты 30 ограничивают угол поворота сердечника 1

10 так, чтобы магнитные оси его погпосов 3, 4, 5, 6 были смещены относительно магнитных осей полюсов 1 0

9, 8, 7 соответственно сердечника 2 на небольшую величину против направ15 ления вращения. Во время движения сердечника 1 относительно сердечника 2 увеличивается площадь перекры" тия полюсов 3 и 10 4 и 9, 5 и 8, 6 и 7. В результате этого увеличи2р вается магнитная проводимость С потока маловитковой обмотки

S =Р.Р s (3) 1467587

ToK i) в маловитковой обмотке вновь будет уменьшаться, Таким образом, в силовой цепи устройства, содержащей маловитковую обмотку 11, нагрузку 14 и силовые контакты 13, создается ступень малого тока, в течение которой контакты 13 могут быть разомкнуты без электрической дуги. Интервал ступейи малого то-10 ка определяется влиянием вихревых токов в сердечниках и скоростью вращения сердечника 1.

После размыкания дополнительных контактов 15 вследствие изменения 15 магнитного потока полюсов в секциях многовитковой обмотки индуцируются

ЭДС самоиндукции. Поскольку секции . каждого сердечника соединены между собой в две идентичные цепи, то ЭДС 20 каждой цепи равна. сумме ЭДС секций, расположенных на одном сердечнике.

Так как ветви многовитковой обмотки соединены между собой параллельно (фиг, 1) и образуют замкнутый контур, 25 в котором действующие ЭДС каждой ветви равны и направлены встречно друг другу, то замкнутый контур бу дет беэындуктивным и никакого влияния на переходный процесс в дросселе 30 оказывать не будет, Возникающее напряжение на разомкнутых дополнительных контактах определяется суммой напряжения источника и ЭДС самоиндукции параллельного контура, равной

ЭДС одной ветви многовитковой обмотки. Это напряжение гасится высокоомным реsистором 17.

Возврат сердечника 1 в исходное состояние производится следующим об- 40 разом. После размыкания силовых контактов 13. тока в маловитковой обмотке 11 нет, а сердечник 1 зафиксирован так, что полюсы 3, 4, 5, 6 расположены против полюсов соответственно 45

10 9, 8 и 7 с небольшим смещением в направлении, противоположном предшествующему вращению. Подвижные контакты переключателя 18 переводятся в положение б (фиг. 2) и одновременно производится расфиксация сердечника 1 механизмом 25. При помощи переключателя 18 в секциях многовитковой обмотки, размещенных на сердечнике 2, направление тока i меняется на противоположное. Прн этом, дополнительный контакт 15 должен быть замкнут,.В результате этого оказываются противолежащие полюсы 3 и 10, 4и9, 5и8, би7одноименно намагниченными, что создает осевые электромагHHTHblp силы, действующие на полюсы в противоположные стороны. Эти осевые силы уравновешиваются реакциями опор, Так как магнитные оси полюсов смещены, то на них действуют тенгенциальные составляющие электромагнитных сил. Под действием этих сил сердечник 1 скачком поворачивается в исходное состояние и фиксируется в положении, когда полюса 3, 4, 5, 6 устанавливаются против пазов между полюсами 10, 9, 8 и 7 сердечника 2. После этого переключатель 18 вновь переводится в положение а, и устройство подготовлено к следующему циклу коммутации.

Формула изобретения

Устройство для коммутации цепей постоянного тока, содержащее дроссель, на магнитопроводе которого намотаны две обмотки с разным числом витков, силовые и дополнительные контакты, два высокоомных резистора, нагрузку и выводы для подключения источника питания, причем силовые и дополнительные контакты зашунтированы указанными высокоомными резисторами, многовитковая обмотка разделена на секции, а к выводам для подключения источника питания присоединены две параллельные цепи, одна из которых состоит из силовых контактов, маловитковой обмотки и нагрузки, другая — из дополнительных контактов и многовитковой обмотки, отличающееся тем, что, с целью повышения коммутационной способности силовых контактов, оно снабжено двухполюсным переключате.лем, магнитопровод дросселя составлен из сердечников, каждый иэ которых выполнен в форме диска с полюса" ми на одной из торцовых поверхностей дисков, маловитковая обмотка разделена на секции, сердечники магнитопровода расположены соосно, полюсами навстречу друг другу с возможностью поворота одного из сердечников относительно общей оси, на каждом из полюсов обоих сердечников расположено IIQ две секции многовитковой обмотки и по одной секции маловитковой обмотки, расположенной между, секциями многовитковой обмотки, сек ции маловитковой обмотки соединены

9 )467587 о последовательно, секции многовитко- гу, в одну из цепей секций многовитвой обмотки на каждом из сердечников ковой обмотки установлен указанныи соединены последовательно, а две двухполюс ный переклочатель так, что последовательные цепи секций много- он имеет возможность изменять напвитковой обмотки каждого из сердеч- равление тока в указанной многовитников соединены параллельно друг дру- ковой обмотке, 1467587

А-А

Составитель 10 Селянинов

Редактор С,Пекарь Техред Л.Олийнык Корректор 0. Кравцова

Заказ 1199/46 Тираж 694 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издателвский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101