Быстродействующий электромагнит

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматических выключателях. Цель - расширение функциональных возможностей . Электромагнит содержит стержни I,заканчивающиеся полюсами 2, сеьдечник 3 с катушкой 4 управления, якорь 5, шунт 6 с расположенной на нем токовой катушкой 7, пружину 8, зацепленную за якорь и короткозамкнутые кольца 9. Между стержнями 1 и сердечником 3 имеются два зазора 10, между шунтом 6 и стержнями 1 - два зазора I1,между полюсами 1 и якорем 5 - два зазора 12. Якорь 5 начинает движение под действием пружины 8 при снижении в якоре результирующего магнитного потока вследствие возрастания встречно направленного потока. Магнитная проводимость участка шунта 6 магнитной цепи электромагнита определяется по формуле, приведенной в описании. 3 з.п. ф-лы, 6 ил. с SS КО

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЩЮЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (g)) g Н 01 F 7/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф б

Фкя

Фст

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

llO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4626750/07 (22) 27.12.88 (46) 15.02.91. Бюл. 1) 6 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт электровозастроения (72) В.И. Пацеура (53) 621.318 ° 3(088.8) (56) Голубев А.И. Быстродействующие автоматические выключатели. М.-Л.:

Энергия, 1964, с. 75, рис. 23.

Там же, с. 81, рис. 27. (54) БЫ :ТРОДЕЙСТВ УЮЩИЙ ЭЛЕ КТ РОМА ГНИТ (5?) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматических выключателях. Цель расширение функциональных воэможнос2 тей. Электромагнит содержит стержни

1, заканчивающиеся полюсами 2, се, печник 3 с каТушкой 4 управления, якорь

5, шунт 6 с расположенной на нем токовой катушкой 7, пружину 8, зацепленную за якорь и короткозамкнутые кольца 9. Между стержнями 1 и сердечником 3 имеются два зазора 10„ между шунтом 6 и стержнями 1 — два зазора

11, между полюсами 2 и якорем 5 два зазора 12. Якорь 5 начинает движение под действием пружины 8 при снижении в якоре результирующего магнитного потока вследствие возрастания встречно направленного потока.

Магнитная проводимость участка шунта !

6 магнитной цепи электромагнита определяется по формуле, приведенной в описании. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1628099

Изобретение относится к электрическим аппаратам и может быть использовано в аппаратах защиты, например в автоматических выключателях как тягового, так и общепромышленного исполнения.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей.

На фиг. 1 представлен быстродейст- 1ð вующий электромагнит во включенном положении; на фиг. 2, 3 — варианты выполнения якоря; на фиг. 4 — варианты размещения короткозамкнутых колец; на фиг. 5, 6 — схемы замещения маг- 15 нитной цепи.

Электромагнит состоит из стержней

1, которые заканчиваются полюсами 2, сердечника 3 с катушкой 4 управления, якоря 5 и шунта 6, на котором распо- 2р ложена токовая катушка 7, прукины 8, зацепленной за якорь 5, и короткозамкнутых колец 9. Два стержчя 1 и сердечник 3 образуют П-образный магнито- провод. Между стержнями 1 и сердеч- 25 ником 3 имеются два зазора (g ) 10, между шунтом C u стержнями 1 — два зазора (g>) 11 и между полюсами 2 и якорем 5 — два зазора (5 g) 12.

По констРуктивным и технологическим 0 соображениям зазоры могут быть выполнены непосредственно в якоре 5 на пути магнитных потоков, проходящих через якорь 5 (фиг: 2). Тогда якорь 5 выполняется по крайней мере нз двух частей (фиг. 3).

Быстродействующий электромагнит работает следующим образом.

Для включения электромагнита катушка 4 управления подключается к цепям управления защищаемого электрооборудо- вания. Катушка 4 создает поток 6 к, который разветвляется на поток Фы и Р „ . Потока Р „ „ для включения недостаточнс, поэтому перемещение якоря осуществляется приводом (не показан). .

При медленно» и плавном изменении тока поток Р т, создаваемый токовой катушкой 7, разветвляется на потоки (О т и Р,< в соответствии с магнитными проводимостями участков магнитной цепи. Поток Р т направлен встречно потоку Ф и по достижении им определенной величины результирующего потока оказывается недостаточно для удержа55 ния якоря 5 и он под действием пружи-, ны 8 приходит в движение. Ток в катушке 7 в этот момент соответствует току устанкн электромагнита.

При изменении тока в токовой катушке 7 с большой скоростью (короткое замыкание в защищаемой цепи) поток

Рст вследствие демпфирующего влияния короткозамкнутых колец 9 (а также иэза демпфирующего влияния катушки управления) растет медленно, а поток ф — увеличивается быстрее, чем поток

1Р т, что приводит к ускоренному изменению результирующего потока в якоре

5 и он приходит в движение ранее, чем ток в катушке 7 достигнет тока уставки.

Зазоры 10-12 необходимы для предотвращения насыщения стали магнитопровода. Снижение времени трогания электромагнита происходит из-эа демпфирующего действия короткоэамкнутых колец

9, а это действие усиливается при использовании линейного участка кривой намагничивания ферромагнитного материала. Именно поэтому целесообразно значения индукции в стали ограничить

703 бт индукции насыщения. Это достигается выбором соответствующих величин зазоров 10, 11 и 12, от которых главным образом зависят магнитные проводимости участков магнитной цепи электромагнита.

Ток в токовой катушке 7 в динамическом режиме работы электромагнита может изменяться от нуля до наибольшего тока короткого замыкания, который возможен в защищаемой цепи (с учетом ограничения этого тока быстродействующим выключателем). Однако до-, биваться линейности магнитной цепи в таких пределах изменения аварийного .тока нецелесообразно, так как это связано с размерами электромагнита.

Поэтому верхним пределом для тока в токовой катушке 7 выбран ток статической уставки, а для тока в катушке

4 управления — ток в ненагретой катушке.

При оперативном или аварийном прекращении питания катушки 4 управления поток @ к падает до нуля и якорь

5 приходит в движение. Таким образом, осуществляется защита электрооборудования при потере питания в цепях управления. Перемещение якоря 5 при автоматическом или оперативном отключении электромагнита может быть использовано для расцепления защелки или перемещения контактов аппарата защиты.

Стержень 1, якорь 5 и шунт 6 выполнены шихтованными. Сердечник 3

1628099 (2) 40 (4) ст К Ar

55 может быть выполнен как шихтованным, так и массивным из стали. Зазоры 10 могут быть расположены в других местах магнитопровода на пути потоков с к и 1ст а зазоры 11 в другом . 5 месте шунта 6 на пути потоков 6ö „ и

Фыт . Короткоэамкнутые кольца 9 также могут быть установлены в другом месте магнитопровода, стержня 1 или сердечника Э на пути потока

Дпя получения выигрыша по быстродействию электромагнита за счет уменьшения времени трогания необходимо, чтобы м.д.с. (ампервитки) токовой катушки при токе уставки в динамическом режиме работы были ниже м.д.с. токовой катушки в статическом режиме работы электромагнита. Это можно обеспечить только при определенных вели- 20 чинах магнитной проводимости участков магнитной цепи электромагнита.

Определение величин магнитной проводимости участков магнитной цепи электромагнита производится по схемам 35 замещения его магнитной цепи (фиг.4,5).

Срабатывание электромагнита произойдет при каком-то значении потока

1 т, создаваемого токовой катушкой и направленного встречно потоку Р, создаваемого катушкой управления.

При этом на участке якоря будет падение м.д.с., равное (Iw)g

В динамическом режиме работы росту потока 9с.т будет препятствовать демпфирующее действие короткозамкнутых

35 колец. В идельном случае поток Рст =

= О,т.е. у электромагнита для потока от токовой катушки сердечник как бы отсутствует (фиг. 2). В реальном случае такого явления не может быть и @ст не будет равен нулю, однако, если м,д,с, уставки электромагнита при Уст = О и м.д.с. уставки электромагнита при cr Ф Э не будут отличаться друг от друга, то никакого выигрыша по времени не будет.

Срабатывание электромагнита при отсутствии потока Уст в сердечнике произошло бы при том же падении 50 м.д.с. (Iw) ч на участке якоря. М.д.с. электромагнита была бы равной (1ы) 11.

Тогда из схемы замещения фиг. 4 имеем: (?)1,, — (?)М вЂ” (I)4, = 0; (Iw), — (Iw) — — -- О, Ры3 < Gш а из схемы замещения фиг. 5 (Т) 2 — (Т") — (™)„= О

@у,т (Iw) — (Iw) — — - - = О, С

Так как должно выполняться условие (Iw),, ) (Iw) ч2, то из (1) найдем (Iw) < из (2) — (Iw) р и вычтем иэ первого полученного выражения второе, т. е.

Р, -Ф„ (Iw) — (Iw) п .2

Приняв 4, т Ж Р получим фор мулу для магнитной проводимости С1,1, т.е.

@с.т

G (3)

М (Iw)), -(Iw)) 2

Исходя из допустимой индукции (0,78В „) задаются размерами якоря, полюсов и соответствующими зазорами.

По известным формулам рассчитывается магнитная проводимость участка якоря

G . При этом в зависимости от желаеф мой точности учитываются потоки выпучивания и магнитное сопротивление (магнитная проводимость) стали. Поток

Ю„т находят по потоку ф, который

:адается иэ условия обеспечения заданной сипы электромагнита. Поэтому и поток Ф, от величины которого зависит величина удерживаемого потока в, момент отрыва якоря от полюсов, можно считать заданным.

Падение м.д.с. токовой катушки на участке якоря равно Рг (Iw)

Э а поток в сердечнике определяется ст ()я с йт С

Введя коэффициент К = С /Г„, получим

Подставив выражение для ст из выражения (4) в выражение (3), получаем окончательный вид формулы для расчета магнитной проводимости участка шунта ) т

G = К (5) 9 (™) (Iw)9 2

Величина зазора шунта, например при прямоугольном сечении торцов аун1Ь28099 а та с учетом магнитной проводимости стали нахолится из выражения б

ИС ст Яo Ðñò 8Ш

G = — — -- или С

С +Сст 1 (Uo1ы+1цст Ющ

50 изобретения

Формула

1. Быстродействующий электромагнит, содержащий П-образный магнитопровод, образованный днумя стержнями, 55 заканчивающимися полюсами, и сердечником с катушкой управления, установленI где С вЂ” магнитная проводимость зазора шунта;

G — магнитная проводимость стаст ли на участке шунта;

P — магнитная проницаемость воздуха; (О, — магнитная проницаемость стали;

S — сечение шунта;

1щ — общая длина стали на участ1,— ке шунта; зазор шунта.

Тогда величина зазора будет равна

Р

9o (Acr Sw + Сц 1ш) (Ь) (U gr lU

Аналогично определяются величины и других зазоров электромагнита.

Расчет м.д.с. катушки управления после расчета С„ ведется известными методаж, причем выбор величины потока осуществляется по допустимой индукции в стали.

Технико-экономическая эффективность 0 предложенного магнита по сравнению с прототипом заключается в достижении большего быстродействия (за счет уменьшения времени трогания) и в расширении функциональных воэможностей, 35 которые обеспечиваются наличием короткозамкнутых колец и выбором величины магнитных проводимостей участков магнитной цепи электромагнита в соответствии с математической зависимостью. 40

Использование изобретения позволяет отказаться от использования индуктивных шунтов с той же целью в известных технических решениях. Электромагнит обеспечивает осуществление 45 трех видов защиты: максимальной токовой, селективной и защиты электрооборудования при потере питания в цепях управления. ным с зазором между ним и указанными стержнями, якорь, установленный с возможностью прилегания к полюсам, шунт установленный между стержнями с зазорами между ним и стержнями, токовую катушку, расположенную на шунте и пружину, зацепленную за якорь, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, он снабжен токопроводящими короткоэамкнутыми кольцами, установленными на участке указанного П-образного магнитопровода, образующем с магнитным путем замкнутый контур со стороны, противоположной полюсам магнитопровода, а магнитная проводимость участка шунта магнитной цепи между стержнями

С определена по формуле 1 я.т

С к (— — — —— (Т ) . ()„, Gc где К вЂ” — отношение магнитных проG водимостей участков магнитной цепи сердечника и якоря;

It) T — магнитный поток в якоре с учетом потоков рассеяния, создаваемый токовой катушкой; (Iw) — м.д.с. (ампервитки) токовой катушки при заданном токе уставки электромагнии с,т О, (здесь Ч от магнитн и поток в сердечнике с участком потоков рассеяния, создаваемый токовой катушкоф (Iw) „ < — м.д.с. (ампервитки) токовой катушки при токе уставки электромагнита, определенном при P„ » О и(,,»= О.

2. Электромагнит по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что якорь выполнен по крайней мере из двух частей, отдельных одна от другой зазором.

3. Электромагнит по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что указанные токопроводящие короткозамкнутые кольца установлены на сердечник.

4. Электромагнит по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что укаэанные токопроводящие короткозамкнутые кольца установлены по крайней мере на одном стержне магнитопровода.

ЯЭк

1628399 жиг 4

1В р

Ф я.т

Я, 2

1628099

Составитель Ю. Романов

Техред А.Кравчук Корректор М. Пожо

Редактор М. Келемеш

Заказ 343 Тирам 352 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-излательс кий комбинат "Патент" г Ужгород ул Г ри, 101 у ° о од, ул. агарина,