Форсированный электромагнитный привод со встроенным выпрямителем

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электромагнитных приводах устройств автоматики, управления, коммутационных апаратов, питаемых форсированно через встроенный выпрямитель. Техническим результатом является уменьшение размеров, расширение возможностей конструктивной реализации. Форсированный электромагнитный привод со встроенным выпрямителем содержит клеммы питания, две обмотки, два форсировочных контакта, последовательно и однонаправлено включенные развязывающие диоды, две диодные цепочки, составленные последовательным соединением двух диодов соответственно однонаправлено и встречно. Общая точка диодов первой цепочки соединена со второй клеммой питания, а другие два ее конца подключены к первой обмотке. Два одноименных электрода диодов второй цепочки подключены к клеммам питания, а общая точка этих диодов, однонаправленных с развязывающими диодами, соединена со второй обмоткой, которая соединена через развязывающие диоды c первой обмоткой. Первый форсировочный контакт включен между обмотками, а второй - между общей точкой соединения развязывающих диодов и клеммой питания. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к электромагнитным приводам устройств автоматики, управления, коммутационных аппаратов, питаемых форсированно через встроенный в конструкцию привода выпрямитель.

Известно [1] устройство форсированного управления электромагнитом (фиг.1), на первую 1 и вторую 2 клеммы питания которого может быть подано постоянное либо выпрямленное напряжение, например, с выхода однофазного мостового выпрямителя. Идентичные первая обмотка 3 и вторая обмотка 4 подключены своими клеммами 3.2 и 4.1 соответственно ко второй 2 и первой 1 клеммам питания и соединяются в режиме включения посредством размыкающих форсировочных контактов 5, 6 и разделительного диода 7 параллельно между собой и согласно в магнитном отношении. В процессе срабатывания электромагнита форсировочные контакты 5 и 6 размыкаются, разделительный диод 7 переходит в проводящее состояние, соединяя разноименные клеммы 3.1 и 4.2 первой 3 и второй 4 обмоток. Таким образом, в режиме удержания первая 3 и вторая 4 обмотки электромагнита подключены последовательно и согласно в магнитном отношении.

Недостатками устройства являются: 1) низкая износостойкость форсировочных контактов, разрывающих знакопостоянный пусковой ток обмоток электромагнита; 2) по всем диодам однофазного мостового выпрямителя протекает суммарный ток обмоток, что определяет повышенную стоимость и размеры выпрямителя; 3) использование в электромагните лишь магнитно связанных обмоток сужает возможности конструктивной его реализации, в частности исключая варианты выполнения мощных электромагнитных приводов на базе маломощных электромагнитов, уже освоенных в производстве.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому форсированному электромагнитному приводу со встроенным выпрямителем является устройство [2] (фиг.2) форсированного управления электромагнитом, содержащее первую 1 и вторую 2 клеммы питания, подсоединенные к источнику переменного напряжения, первую 3 и вторую 4 магнитно связанные обмотки, размыкающие форсировочные контакты 5, 6, развязывающий диод 7, две цепочки, составленные из двух последовательно и однонаправленно включенных диодов 8, 9 и 10, 11. Точки соединения диодов 8, 9 и 10, 11 двух цепочек подключены соответственно ко второй 2 и первой 1 клеммам питания.

Аноды диодов 8 и 11 соединены через размыкающий форсировочный контакт 5, а катоды диодов 9 и 10 соединены через размыкающий форсировочный контакт 6, образуя однофазный мостовой выпрямитель. Одноименные концы 3.1 и 4.1 первой 3 и второй 4 обмоток подключены к анодам диодов 8 и 11, образующих анодную группу однофазного мостового выпрямителя. Два других одноименных конца 3.2 и 4.2 подключены к катодам диодов 9 и 10, образующих катодную группу однофазного мостового выпрямителя. Развязывающий диод подключен к общей точке соединения разноименных концов 3.2 и 4.1 первой 3 и второй 4 обмоток и диодов 9, 11 одноименными электродами (катодом к катоду диода 9 и анодом к аноду диода 11). Диоды 8, 9, 10, 11 совместно с контактами 5 и 6 обеспечивают двухполупериодное выпрямленное питание обмоток 3 и 4, и развязывающий диод 7 совместно с контактами 5 и 6 - параллельное и согласное включение обмоток в режиме включения. По форсировочным контактам протекают знакопеременные токи, что облегчает гашение дуги на них при их размыкании и повышает их износостойкость. После размыкания форсировочных контактов 5 и 6 в устройстве форсированного управления электромагнитом обеспечивается последовательное и согласное включение обмоток 3 и 4 на однополупериодное выпрямленное напряжение.

При соответствующем выборе параметров обмоток 3 и 4 устройство может быть подключено и к источнику постоянного напряжения полярностью, указанной на фиг.2 (положительный потенциал должен быть подан на первую 1 клемму питания при указанном варианте подключения развязывающего диода 7).

Недостатками этого устройства являются: 1) по диодам 8, 9, 10, 11 протекает суммарный ток обмоток 3 и 4, что определяет повышенную стоимость и размеры выпрямителя; 2) использование в электромагните лишь магнитно связанных обмоток сужает возможности конструктивной его реализации, в частности исключая варианты выполнения мощных электромагнитных приводов на базе маломощных электромагнитов, уже освоенных в производстве.

Техническим результатом изобретения является уменьшение размеров выпрямителя, расширение возможностей конструктивной реализации форсированного электромагнитного привода со встроенным выпрямителем. Технический результат достигается тем, что в форсированном электромагнитном приводе со встроенным выпрямителем, содержащем первую и вторую клеммы питания, первую и вторую обмотки электромагнитного привода, первый и второй форсировочные контакты, первый развязывающий диод, подсоединенный к первому выводу второй обмотки электромагнитного привода, первую и вторую диодные цепочки, составленные последовательным соединением двух диодов, причем первая диодная цепочка образована согласным соединением диодов, общая точка которых подключена ко второй клемме питания, и подсоединена к первой и второй концам первой обмотки электромагнитного привода, точка соединения первого конца которой и диода первой диодной цепочки подключена с общей точкой соединения первого конца второй обмотки электромагнитного привода и первого развязывающего диода через первый форсировочный контакт так, что соединены одноименные электроды этих диодов, а к другому электроду первого развязывающего диода подсоединена одна клемма второго форсировочного контакта, дополнительно введен второй развязывающий диод, подсоединенный последовательно и однонаправлено к первому развязывающему диоду и ко второму концу первой обмотки электромагнитного привода, вторая диодная цепочка составлена встречным включением диодов, одноименные электроды которых, образующие общую точку, подсоединены ко второму концу второй обмотки электромагнитного привода и однонаправлено с первым развязывающим диодом, а два других одноименных электрода этой диодной цепочки подключены к первой и второй клеммам питания, второй форсировочный контакт другой своей клеммой подсоединен к первой клемме питания.

Первая и вторая обмотки электромагнитного привода могут быть выполнены: 1) в виде последовательного; 2) параллельного соединения двух и более обмоток; 3) в виде последовательно-параллельного соединения трех и более обмоток, в том числе по крайней мере часть из них магнитно связанными в составе первой и второй обмоток электромагнитного привода, так и между первой и второй обмотками электромагнитного привода.

Сущность изобретения заключается в том, что: 1) дополнительное введение в известное устройство второго развязывающего диода, подсоединенного последовательно и однонаправлено к первому развязывающему диоду и ко второму концу первой обмотки электромагнитного привода; 2) составление второй диодной цепочки из встречно включенных диодов, одноименные электроды которых, образующие общую точку, подсоединены ко второму концу второй обмотки электромагнитного привода и однонаправлено с первым развязывающим диодом, а два других одноименных электрода диодов этой диодной цепочки подключены к первой и второй клеммам питания;

3) подсоединение второго форсировочного контакта другой своей клеммой к первой клемме питания позволилo уменьшить (с четырех у прототипа до двух у заявляемого устройства) количество диодов, по которым протекает суммарный пусковой ток первой и второй обмоток электромагнитного привода, а по остальным диодам протекают токи, равные токам лишь одной из обмоток электромагнитного привода, что обеспечило уменьшение стоимости и размеров выпрямителя. Выполнение первой и второй обмоток электромагнитного привода магнитно не связанными позволяет реализовать его конструкцию на основе использования более маломощных электромагнитов, подвижные элементы которых механически связаны, а производство - уже освоено.

Это позволяет сократить расходы на разработку, оснастку, оборудование и уменьшить время освоения в производстве форсированного электромагнитного привода со встроенным выпрямителем. Выполнение первой и второй обмоток электромагнитного привода в виде последовательного, параллельного, последовательно-параллельного соединения нескольких обмоток, в том числе по крайней мере частично магнитно связанных, дополнительно расширяет возможности его конструктивной реализации с учетом требований обеспечения необходимой тяговой силы и допустимого теплового состояния обмоток в заданном режиме работы форсированного электромагнитного привода со встроенным выпрямителем.

На фиг.3 приведена электрическая схема питания форсированного электромагнитного привода со встроенным выпрямителем, в которой диоды второй диодной цепочки подключены к клеммам питания анодами, а первая и вторая его обмотки выполнены магнитно связанными.

На фиг.4 приведена электрическая схема питания форсированного электромагнитного привода со встроенным выпрямителем, в которой диоды второй диодной цепочки подключены к клеммам питания катодами, а первая и вторая его обмотки выполнены магнитно связанными.

На фиг.5 представлена электрическая схема питания форсированного электромагнитного привода со встроенным выпрямителем, в которой первая и вторая его обмотки выполнены магнитно не связанными.

На фиг.6 представлена электрическая схема питания форсированного электромагнитного привода со встроенным выпрямителем, в которой первая и вторая обмотки электромагнитного привода выполнены в виде последовательного соединения двух обмоток электромагнитов, при этом две из четырех обмоток магнитно связаны и включены согласно в магнитном отношении.

Предлагаемое устройство содержит (фиг.3) первую 1 и вторую 2 клеммы питания, на которые подается напряжение источника питания, первую 3 и вторую 4 обмотки электромагнитного привода, первый 5 и второй 6 форсировочные контакты, первый развязывающий диод 7, подсоединенный к первому выводу 4.1 второй обмотки 4 электромагнитного привода, первую диодную цепочку, составленную из последовательно и согласно соединенных диодов 8, 9, общая точка которых подключена ко второй клемме 2 питания, при этом анод диода 8 соединен с первым концом 3.1 первой обмотки 3 электромагнитного привода и анодом первого развязывающего диода 7, а катод диода 9 - со вторым концом 3.2 этой обмотки, вторую диодную цепочку, составленную из встречно соединенных диодов 10, 11, подключенных анодами соответственно ко второй 2 и первой 1 клеммам питания, а катодами ко второму концу 4.2 второй обмотки 4 электромагнитного привода, дополнительно введенный второй развязывающий диод 12 подключен последовательно и однонаправлено с первым диодом 7 и ко второму концу 3.2 первой обмотки 3 электромагнитного привода. При этом первый форсировочный контакт 5 своими клеммами соединен с первыми клеммами 3.1 и 4.1 первой 3 и второй 4 обмоток электромагнитного привода, а второй форсировочный контакт 6 своими клеммами подключен к общей точке соединения первого 7 и второго 12 развязывающих диодов и к первой клемме 1 питания электромагнитного привода. В отличие от устройства по фиг.3 в электромагнитном приводе по фиг.4 изменены направления подключения всех диодов.

Предлагаемый форсированный электромагнитный привод со встроенным выпрямителем работает следующим образом. Для его включения (фиг.3) на клеммы 1 и 2 подается переменное напряжение источника питания. При положительном потенциале на клемме 1 потребляемый от источника питания ток протекает по двум путям: 1) диод 11, обмотка 4, замкнутый контакт 5, диод 8, клемма 2; 2) замкнутый контакт 6, диод 12, обмотка 3, диод 8, клемма 2. При этом диоды 7, 9, 10 находятся в запертом состоянии напряжением источника питания. При положительном потенциале на клемме 2 потребляемый от источника питания ток также протекает по двум путям: 1) диод 9, обмотка 3, замкнутый контакт 5, диод 7, замкнутый контакт 6, клемма 1; 2) диод 10, обмотка 4, диод 7, замкнутый контакт 6, клемма 1. Таким образом, к каждой из обмоток 3, 4 электромагнитного привода в режиме включения прикладывается двухполупериодное выпрямленное напряжение и обеспечивается пусковая магнитодвижущая сила и его срабатывание. При этом лишь через два диода (7 и 8) протекает суммарный ток обмоток в течение одного полупериода питающего напряжения. По остальным диодам протекает ток одной из обмоток 3, 4 в течение полупериода питающего напряжения и поэтому они могут быть выбраны менее мощными, меньших размеров, более дешевыми. В процессе срабатывания размыкаются форсировочные контакты 5, 6 и обмотки 3, 4 подключаются последовательно между собой. В установившемся режиме удержания ток от источника потребляется обмотками 3, 4 лишь в течение одного полупериода питания, при котором диоды 11, 7, 12, 8 находятся в проводящем состоянии, а диоды 10, 9 - в запертом состоянии. В следующий полупериод диод 11 заперт напряжением источника, а ток в обмотках 3 и 4 электромагнитного привода поддерживается за счет запасенной в них электромагнитной энергии, замыкаясь через открытые диоды 7, 12, 8, 9, 10. Таким образом, магнитодвижущая сила обмоток 3, 4 электромагнитного привода в режиме удержания уменьшается в четыре раза по отношению к магнитодвижущей силе срабатывания, что обеспечивает уменьшение потребляемой мощности электромагнитным приводом, но при соответствующем выборе его параметров обеспечивается надежное удержание подвижной системы при воздействии неблагоприятных факторов и допустимое тепловое состояние его элементов в заданном режиме работы. Для возврата электромагнитного привода снимается напряжение с клемм питания 1 и 2 внешним коммутационным устройством.

При соответствующем выборе размеров магнитных систем электромагнитного привода и обмоточных данных возможно подключение к клеммам 1, 2 электромагнитного привода источника постоянного напряжения указанной на фиг.3, фиг.4, фиг.5, фиг.6 полярности и нормальное его функционирование.

В качестве форсировочных контактов 5, 6 могут быть использованы: размыкающие вспомогательные контакты форсированного электромагнитного привода со встроенным выпрямителем, механически управляемые его подвижными элементами; магнитоуправляемые контакты, размещенные в области магнитного поля форсированного электромагнитного привода или постоянных магнитов, управляемые одним из известных способов; контакты внешнего коммутационного аппарата, включающая обмотка которого коммутируется вспомогательным контактом форсированного электромагнитного привода со встроенным выпрямителем.

Таким образом, использование предлагаемого технического решения обеспечивает уменьшение стоимости и размеров выпрямителя, расширяет возможности конструктивной реализации электромагнитного привода.

Источники информации

1. Клименко Б.В. Форсированные электромагнитные системы. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 160 с. (рис.2.19).

2. Клименко Б.В. Форсированные электромагнитные системы. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 160 с. (рис.2.29).

1. Форсированный электромагнитный привод со встроенным выпрямителем, содержащий первую и вторую клеммы питания, первую и вторую обмотки электромагнитного привода, первый и второй форсировочные контакты, первый развязывающий диод, подсоединенный к первому выводу второй обмотки электромагнитного привода, первую и вторую диодные цепочки, составленные последовательным соединением двух диодов, причем первая диодная цепочка образована согласным соединением диодов, общая точка которых подключена ко второй клемме питания и подсоединена к первому и второму концам первой обмотки электромагнитного привода, точка соединения первого конца которой и диода первой диодной цепочки подключена с общей точкой соединения первого конца второй обмотки электромагнитного привода и первого развязывающего диода через первый форсировочный контакт так, что соединены одноименные электроды этих диодов, а к другому электроду первого развязывающего диода подсоединена одна клемма второго форсировочного контакта, отличающийся тем, что в него дополнительно введен второй развязывающий диод, подсоединенный последовательно и однонаправлено к первому развязывающему диоду и ко второму концу первой обмотки электромагнитного привода, вторая диодная цепочка составлена встречным включением диодов, одноименные электроды которых, образующие общую точку, подсоединены ко второму концу второй обмотки электромагнитного привода и однонаправлено с первым развязывающим диодом, а два других одноименных электрода диодов этой диодной цепочки подключены к первой и второй клеммам питания, второй форсировочный контакт другой своей клеммой подсоединен к первой клемме питания.

2. Форсированный электромагнитный привод со встроенным выпрямителем по п.1, отличающийся тем, что первые концы обмоток электромагнитного привода являются одноименными концами магнитно связанных первой и второй обмоток.

3. Форсированный электромагнитный привод со встроенным выпрямителем по п.1, отличающийся тем, что первая и вторая обмотки электромагнитного привода выполнены в виде последовательно соединенных двух и более обмоток.

4. Форсированный электромагнитный привод со встроенным выпрямителем по п.1, отличающийся тем, что первая и вторая обмотки электромагнитного привода выполнены в виде параллельного соединения двух и более обмоток.

5. Форсированный электромагнитный привод со встроенным выпрямителем по п.1, отличающийся тем, что первая и вторая обмотки электромагнитного привода выполнены в виде последовательно-параллельного соединения трех и более обмоток.

6. Форсированный электромагнитный привод со встроенным выпрямителем по п.3, или 4, или 5, отличающийся тем, что по крайней мере часть обмоток первой обмотки электромагнитного привода выполнены магнитно связанными, как и часть обмоток второй обмотки электромагнитного привода выполнены магнитно связанными между собой.

7. Форсированный электромагнитный привод со встроенным выпрямителем по п.3, или 4, или 5, отличающийся тем, что часть обмоток, составляющих первую и вторую обмотки электромагнитного привода, магнитно связаны.