Электромагнит для быстродействующего выключателя

 

Использование: в электрических аппаратах , в быстродействующих автоматических выключателях. Сущность изобретения: электромагнит содержит магнитопровод 1 с двумя окнами 2, 3, сердечник 7 с удерживающей катушкой 11, стержни 5, якорь 4 и магнитный шунт 6 с отключающей токовой катушкой 15. Начальный и конечный витки 16, 17 пропущены в окно 3, а параметры электромагнита выбраны из условий: 20 Аш Ас,Фям/Фяу КиРКотп Рк.отп, где Ркртп - допустимое значение ампервитков удерживающей катушки, при которой может происходить отпадание якоря. Магнитные проводимости ЯщиЯс зависят от зазоров 9 и 10 и положения регулировочных магнитопроводящих винтов 8, отношение квадратов потоков 01миФяу от К, учитывающего требования по быстродействию и устойчивости к воздействию возмущающих механических факторов. Результирующий поток в якоре 4 от отключающей катушки 15 направлен встречно Фя. Аварийный ток в витках катушки 15 (FT, FT2) увеличивает результирующий поток(Фяв - ФА.т происходит отключение, якорь 4 движется под действием пружины 20. Расширяются экс- . плуатационные возможности за счет обеспечения изменения диапазона регулировки, уставок и снижается мощность удерживающей катушки за счет уменьшения ее ампервитков. 2 ил,, 4 з.п.ф. (Л 00 д vj д N со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (5!)5 Н 01 F 7/08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

9 в

1Ь

11

19 в

1Д/г 1 (21) 4769830/07 (22) 15.12.89 (46) 23,05.93. Бюл. М 19 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт электровозостроения (72) В.И.Пацеура (56) Голубев А.И, Быстродействующие автоматические выключатели, М-Л, Энергия, 1964, с. 75, рис. 23, Авторское свидетельство СССР

% 447776, кл. Н 01 Н 50/24, 1972. (54) ЭЛЕКТРОМАГНИТ ДЛЯ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ (57) Использование: в электрических аппаратах, в быстродействующих автоматических выключателях. Сущность изобретения . электромагнит содержит магнитопровод 1 с двумя окнамй 2, 3, сердечник 7 с удерживающей катушкой 11, стержни 5, якорь 4 и магнитный шунт 6 с отключающей токовой катушкой 15, Начальный и конечный витки

16, 17 пропущены в окно 3, а параметры электромагнита выбраны из условий:

Лш >Лс, Фям/Фяу = К И к отп (к.отп ) 1

2 2 1 где FKom — допустимое значение ампервитков удерживающей катушки, при которой может происходить отпадание якоря. Магнитные проводимости il ш и Л с зависят от зазоров 9 и 10 и положения регулировочных магнитопроводящих винтов 8, отношение квадратов потоков Оям иФяу от К, учиты2 вающего требования по быстродействию и устойчивости к воздействию возмущающих механических факторов. Результирующий поток в якоре 4 от отключающей катушки 15 направлен встречно Ф як . Аварийный ток в витках катушки 15 (FT, Fò2) увеличивает резУльтиРУющий поток (Ф яя — ФА ., ), пРоисходит отключение, якорь 4 движется под действием пружины 20. Расширяются эксплуатационные возможности эа счет обеспечения изменения диапазона регулировки, уставок и снижается мощность удерживающей катушки за счет уменьшения ее ампервитков. 2 ил„4 з,п.ф.

Изобретение относится к электрическим аппаратам и может быть использовано в быстродействующем автоматическом выключателе как тягового, так и общепромышленного исполнения.

Цель изобретения — расширение эксплуатационных возможностей электромагнита за счет обеспечения возможности изменения диапазона регулировки уставок и уменьшение мощности удерживающей катушки за счет уменьшения ее ампервитков.

На фиг. 1 представлен электромагнит во включенном положении и указаны направления магнитных потоков для принятых направлений токов в витках катушек; на фиг. 2 — упрощенная схема замещения магнитной цепи электромагнита.

Электромагнит состоит из магнитопровода 1 с двумя окнами 2 и 3, Первое окно 2 образовано якорем 4, двумя стержнями 5 и 20 магнитным шунтом 6. Второе окно 3 образовано магнитным шунтом 6, стержнями 5 и сердечником 7. В стержнях 5 и магнитном шунте 6 имеются регулировочные винты 8.

Между магнитным шунтом 6 и стержнями 5, 25 а также между стержнями 5 и сердечником

7 имеются зазоры 9 и 10. На сердечнике 7 находится удерживающая катушка 11 с выводами 12 и 13. Начала и концы витков катушки 11 расположены во втором окне 3, 30 начальный виток 14 имеет вывод 12, предназначенный для соединения с выводом

"плюс" источника питания (источник не показан). На магнитном шунте 6 установлена отключающая катушка 15. выводы 18, 19 на- 35 чального и конечного витков 16 и 17 которой пропущены во второе окно 3. Вывод 18 начального витка.16 предназначен для соединения с выводом "плюс" защищаемой цепи (цепь не показана), а вывод 19 конечного 40 витка 17 соответственно с выводом "минус".

За якорь 4 зацеплена пружина 20, для ограничения хода якоря имеются упоры 21. .Электромагнит работает следующим образом, 45

Для включенйя электромагнита удерживающая катушка 11 подключается к источнику питания. Она создает поток Фс.к., который разветвляется на потоки Фя. к . и

Фя. к. Потока Фя. к. недостаточно для 50 включения, поэтому перемещение якоря 4 или магнитопровода 1 при неподвижном и прилегающем к упорам 21 якоре 4 осуществляется приводом (не показан).

Физически отключающая катушка 15 55 соответствует двум контурам токов, один из которых замыкается вокруг магнитного шунта 6 и создает магнитный поток Фш,я, другой — вокруг стержня 5 и создает магнитный поток Фс. г .. Поток Фй.в. разветвляется на потоки Фс.я. и Фя.я. Поток Фс.г. разветвляется на потоки Фш. . и Фя,г. Разность потоков от. отключающей катушки

Фя.s. u Фя.r. в якоре направлена встречно . потоку от удерживающей катушки Фя.к. и по мере роста тока в отключающей катушке 15 сила, удерживающая якорь 4, уменьшается.

При достижении током величины уставки, задаваемой силой пружины 20, якорь приходит в движение. Ход якоря 4 ограничивается упорами 21..

При оперативном или аварийном прекращении питания удерживающей. катушки

15 поток Фс,к, падает до нуля и якорь 4 приходит в движение, Перемещение якоря 4 при автоматическом или оперативном отключении может быть использовано для расцепления защелки или для приведения в движение контактов автоматического выключателя.

Для достижения поставленной цели определение параметров электромагнита производится по схеме замещения его магнитной цепи (фиг. 2), Система уравнений:

Фя — Фш — Фс =0 (1)

Фп — т-у — +-у — F к — F 2 (t) =О (2)

Ля + c Фш

-т ф"-т-;т;—

Фя Лш+Лс

- Р „- Р „(); — Р „(с) =-0. (3)

Решая систему уравнений (1), (2), (3) относительно потока в якоре, получаем:

" к Л с + " т2 (t }Л с т1 (t } Л ш я= я где Ф я, Ф ш и Ф с — потоки в якоре, магнитном шунте и сердечнике;

Л я, Л ш и Л с- магнитные проводимости участков якоря, магнитного шунта и сердечника магнитной цепи электромагнита;

Рк — ампервитки удерживающей катушки;

F>1(t) и F<(t) — изменяющиеся во времени м,д.с. отключающей катушки первого и второго электрических контуров вокруг магнитного шунта и стержня соответственно, По виткам отключающей катушки протекает один и тот же ток, поэтому можно принять Рт1(т) = Рт2(т) = Рт(т) и при Гк = Гк.н, записать уравнение (4) в виде:

1817143

Фя. у =.its где К вЂ” коэффициент, учитывающий требоф F» н+Гт т 1- ш/Лс вания, предъявляемые к электромагниту по я + ш + с быстродействию и устойчивости к воздействию возмущающих механических факторов. где F».н. — ампервитки удерживающей ка- 5 Коэффициент К больше единицы. С учетушки при заданном номйнальном токе. том введения положительного допуска (10—

Из (5) видно, что при 1с =«Аш срабаты- 15%} необходимо для компенсации вание электромагнита невозможно. Для технологическихотклоненийвеличинмагнитобеспечения срабатывайия электромагнита . ных потоков, минимальное значение коэффив момент достижения током в отключающей 10 циента, обеспечивающее работоспособность . катушке величины уставки необходимо вы- электромагнита при невысоких требованиях полнение условия:, .. относительно быстродействия и воздействия возмущающих механических факторов, ш. с (6): 15 можетбыть принято равным1,1 — 1,15, Максимальное значение коэффициента ограни.. Тогда по мере роста F>(t) и достижении чивается величиной F»,н., допустимыми токомвотключающейкатушкетокауставки значениями индукции в магнитопроводе, (м.д.с. Рт.y) магнитный поток. фябудет возможностямиприводаит.п. конструктивуменьшаться и станет равным потоку 20 ными итехнологическимисоображениями.

Ф я . у . при котором электромагнитная си» Магнитная проводимостьз А ш ависит в ла станет равной силе пружины и якорь при- . основном от величин зазоров 9, магнитная детвдвижение.. проводимость il зависит от положения быстродействие электромагнита дави- (глубины погружения) регулировочных винсит от интенсивности уменьшения электро-- 25 тов 8, Для изменения Х с могут быть также магнитной силы при росте аварийного тока . введены зазоры 10, а для изменения 1 ш и от ее максимальной величины до величины регулировочные винты 3. При расчете проравной силе пружины. Водимостей kя,Хш иаэс в зависимости от

Величины электромагнитных сил зави- желаемой точности расчета схема замещесятот магнитныхпотоков Фя. ииФя.y... . 0 ния (фиг. 2) может быть усложнена и при

Максимальный поток и поток, при кото- этом (не меняя общий порядок расчета) мором происходит отключение электромагни- гут быть учтены потоки рассеяния, потоки та, находятся из выражений: . выпучивания и магнитное сопротивление . стали. ф F».- í iLa A.c, г З0 Отключение электромагнита произойк"тт.тт;" . --:,. --. Ф снижении ампервитков удерживающей кат ° с ш (8) тушки с F» = F».í до F» F».îòä (ампервитки я ш + с отпадания). так как Р». ттт зависит от величиHbf МВГНИтНОй ПРОВОДИМОСТИ il ш, TO ВОЗНИ" Ток, при котором происходит срабаты- кает необходимость ограничить F«.oòï. вание электромагнита, связан с инерцион-. допустимым значением (F».om) Оно, в свою ными силами, зависящими от массы якоря "5 очередь, зависит от колебания напряжения (и связанных с ним подвижных частей) и источника питания,от влияния воздействий возникающими в результате воздействия на механических и климатических факторов, а электромагнит возмущающих механиче- также от технологии производства. скйх факторов (вибрации, удары и т.п.). Ус- Выбором величин магнитных проводи-: тойчивость электромагнита к воздействию 50 мостей(Аш,Хс)иихсоотн ш ф р висит от соотношения упо- руктивно — выбором количества и мест мянутых электромагнитных сил. По найден- установки регулировоч ных винтов и вы о бпот к м я,ми я. мо т быть пот м . и я у Огу быть ром отношения диаметра регулировочного вычислены электромагнитные силы, а их от-.. винта к ширине, например, стержня (с учес бой отношение том при этом нелинейности характеристик квадратов пОтоков. Требования, предъявля- магнитопроводящего материала магнито. емые к электромагниту, характеризуются провода) можно снизить значение F .. а коэффициентом К: д можно снизить значение».отл., а также получить у электромагнита свойство ассиметрии тока уставки для разных нает к. е пааепение така е отключающее катушке

Фак,т б (т.е., например, при полярности, обратной обозначенной на фиг, 1, получить уставку

1817143

)

Fк om (10

Рк отп fFx отп) 15 тэ выбраны из условий

Ф ям

2, яу

40

50 более низкую, чем при прямой полярности. таким образом, эксплуатационные воэможности электромагнита расширяются дополнительно. . Ек.отп. определяется по формуле:

Условия для электромагнита по величиНЕ. т=к,отп

Проектирование, например, может идти в следующем порядке. Задавшись значением коэффициента К и одним из потоков по (9}, находят значение второго потоке. Затей, задавшись значениями А я, @jan, А с с учетом (6). при известной м.д.с. устэвки F .y. na (7) и (8) находят Рк,s. и К; который сравнивают с первоначальным. Либо задаются значения ми Фя.м,Фя ° у я ° 4ш 4с и ям. при. заданном по техническим условиям Рт.у., на-. ходят К. В любом случае стрвмятса к большему значению К. Приемлемость полученных расчетных величин определяют по (10) и (1 1)..

Технико-экономическая эффективность по сравнению с прототипом заключается в расширении эксплуатационных возможностей, а именно в достижении возможности изменения диапазона регулировки уставок в сторону повышения токов в два и болев раз, а также в уменьшении ампервитков удерживающей катушки на 20-30jL, что приводит к снижению ее мощности, . Эффективность достигается также эа счет возможности выбора параметров электромагнита по условиям, определяемым математическими формулами, в результате чего за счет разности потоков в якоре возможно получение небольшого по величине раэмагничивающего потока и, следовательно, уменьшению мощности удерживающей катушки.

Формула изобретения

1. Электромагнит для быстродействующего выключателя, содержащий П-образный магнитопровод, образованный двумя стержнями, сердечником, якорем и магнитным шунтом, удерживающую катушку с вы водами, размещенную на указанном сердечнике, отключающую токовую катушку и возвратную пружину, установленную с возможностью взаимодействия с якорем, упомянутый магнитный шунт установлен с зазорами между укаэанными стержнями так, что делит пространство внутри указанного П-образного магнитопровода на два окна, одно из которых ограничено якорем, а другое — указанным сердечником, указанная отключающая токовая катушка расположена на указанном магнитном шунте таким образом, что оба ее вывода пропущены в одно иэ окон П-образного магнитопровода, отличающийся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей путем обеспечения возможности йзменения диапазона регулировки уставок и уменьшения мощности удерживающей. катушки за счет уменьшения ее ампервитков, выводы указанной отключающей токовой катушки пропущены в окно указанного Ilобразного магнитопроводэ, ограниченное укаэанным сердечником, причем отключающаяя токовая катуакэ намотана так, что йаправление намотки начального витка, соединенного с одним из ее выводов, совпадает с направлением намотки в указанном окне начального витка указанной удерживающей катушки, а параметры электромагни ш )Ас где А ш и Х с — магнитные проводимости уча-: стков шунтэ и сердечника со стержнями магнитной цепи электромагнита; где Фя ° и и Фя ° y — магнитные потоки в якоре при заданном номинальном токе в удерживающей катушке при отсутствии тока в отключающей токовой катушке и при токе в отключающей катушке, соответствующем току уставки, соответственно, К -коэффициент, учитывающий требования, предъявляемые к электромагниту по быст45 родействию и устойчивости к воздействию возмущающих механических факторов, К)

1, Рк.отп « к.om) где FK.îòï — ампервитки удерживающей катушки,при которых происходит отпадание якоря при отсутствии тока в отключающей катушке, (к.om.) — допустимое значение ампервитков, при которых происходит отпадание якоря.

2, Электромагнит по и. 1, о т л и ч à ю щ- и и с я тем, что он снабжен магнитопроводящими регулировочными винтами.

1817143 г() Составитель B.Ïàöåóðà

Тех ред M.Моргентал Корректор А.Мотыль

Редактор

Заказ 1726 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

3, Электромагнит по пп. 1, 2, о т л и ч аю щ и и е.я тем, что в стержнях указанного

П-образного магнитопровода выполнены резьбовые отверстия, в которые установлены магнитопроводящие регулировочные 5 винты.

4. Электромагнит по пп. 1 и 2, о т л и ч а юшийся тем, что в магнитном шунте выполнены резьбовые отверстия, s которые установлены магнитопроводящие регулировпчные винты.

5. Электромагнит по пп. 1-4, о т л и Ч а. .: ю шийся тем, что сердечник установлей с зазором между ним и стержнями.