Двухобмоточный электромагнит со встроенными выпрямителями

ОПИСАНИЕ щ,ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ д-в полнительное к ав 61081 (21) 3343956/24-07 22) Заявл Ч 01 Н 4700 с присоединением заявки М 9 рственный комитеСССРделам изобретенийи открытий осуда, Бюлл писани Дата ликовдни(72) Авторы изобретени ижий Я Либерт и нение В;3 Ф( 54 ) ДВУХОБМОТОЧНЫЙ ЗЛЕКТРОМ 1 ГНИТ СО ВСТРОЕННЫМИВЫПРЯМИТЕЛЯМИ польноготорузкойщностью.койуст 2 0 Изобретение относится к электромагнитной технике и может быть исзовано в качестве привода перементока для различных электромагнитнмеханизмов, например реле, контакров и вибраторов,Известен электромагнит, состоящийиз магнитопроцода с расположенной нанем обмоткой, подключаемой непосредственно к источнику переменного напрженил, Сила электромагнитного притяжения пульсирует от нуля до максимума с удвоенной частотой по отношениюк частоте питающего тока. На якорьдействует постоянная составляющаяпеременной силы, притягивающая егок полюсам. Переменная составляющаясила приводит к вибрации якоря электромагнита. В зависимости от типаэлектромагнита и его характеристикиего можно использовать в качестветягового или вибрационного 1).Однако малые значения КПД, коэффициента мощности и тяговой силы,значительная величина потребляемойреактивной энергии, а также малая эффективность использования активныхматериалов ограничивает применениеизвестного устройства для тяговых ивибрационных электромагнитов. Известно также устройство для управления двухобмоточным электромагнитом, в котором обмотки подсоединенык источнику переменного напряжениячерез два встречно-параллельно включенных выпрямительных диода, В зависимости от того, как включены обмоткиустройство может быть применено вкачестве тягового электромагнита ссогласно включенными обмотками и каквибратор со встречно включенными обмотками (2,Однако данное устройство характеризуется малыми значениями КПД, коэффициента мощности и тяговой силы,значительной величиной обратного напряжения. источника питания и загсети значительной реактивной моНаиболее близким по техничессущности к изобретению являетсяройство для питания однотактногоэлектромагнитного вибратора, содержащее две питаемые переменным токомдвухсекционные токонесущие обмотки,в которых каждая секция первой обмотки включена последовательно С соответствующей секцией второй обмотки,и полупроводниковые выпрямители, подключенные к секциям обмоток, причемвыпрямители секций одной и той жеобмотки включены встречно, а каждая секция первой обмотки включена последовательно с соответствующей секцией второй обмотки через регулировочный резистор 3).Недостатками известного устройства являются небольшие значения КПД,коэффициента мощности и силы тяги вследствие значительных потоков рассеивания и потерь энергии на регулировочном резисторе. Недостатки обусловлены так же тем, что постоянная времени контура, по которому замыкается дополнительный подмагничиэающий ток, значительно меньше периода ЭДС источника переменного напряжения, поэтому импульс тока кратковременен по сравнению с полупериодом колебания якоря и большая часть накопленной в контуре магнитной энергии идет на джоулевские потери, а также тем, что в каждый 20 полупериод ЭДС источника переменного напряжения рабочий ток проходит через дэа.диода, а в распределении дополнительных подмагничиэакщих токов участвуют все четыре диода, 25Цель изобретения - увеличение КПД н улучшение тяговых характеристик устройства.Поставленная цель достигается тем, что в двухобмоточном электромагните 30 со встроенными выпрямителями, каждая из обмоток которого выполнена двух- секционной, содержацем четыре полупроводниковых выпрямителя, причем одна нз секций первой обмотки соедине.:а последовательно с другой секцией второй обмотки и одним из диодов, одна секция второй обмотки соединена по ледовательно с другой секцией первой обмотки и вторым диодом, причем указанные последовательные цепи сое-, динены с выводами для подключения источника питания, а диоды в указанных цепях включены встречно, секции первой обмотки соединены между собой через третий диод, а секции второй 45 обмотки - через четвертый диод, причем первый и третий, диоды и второй и четвертый диоды соответственно включены между собой встречно.На фиг. 1 показана принципиальная 50 схема устройства; на фиг, 2 - схема включения секций обмоток в режиме тягового электромагнита; на фиг.3- то же, в режиме вибратора.Двухобмоточный электромагнит со встроенными выпрямителями содержит две с раэньи количеством витков обмотки, размещенных на одном П-образном магнитопроводе, Каждая обмотка состоит из двух секций, имекщих раз личное число витков. Первая обмотка имеет секции 1 и 2, вторая обмотка секции 3 и 4. Секция 4 с меньшим числом витков одним выводом подключена к первому зажиму источника 5 перемен- б 5 ного. напряжения, а другим через последовательно соединенные секции 1 и выпрямительный диод б - к второму зажиму источника 5 напряжения, и соответственно секция 2 с меньшим числом витков одним выводом подключена к первому зажиму источника 5 питания, а другим через последовательно соединенные секцию 3 и выпрямительный диод 7 - к второму зажиму источника 5 напряжения, причем диоды б и 7 включены встречно-параллельно. Одни выводы секций 1 и 2 соединены через секцию 4, а другие выводы соединены ,диодом 8, включенным встречно выпря - мительному диоду б, и аналогично одни выводы секций 3 и 4 соединены через секцию 2, а другие выводы соединены диодом 9, включенным встречно выпрямительному диоду 7. Обе обмотки расположены на одном магнитопроводе 10, который установлен с зазором относительно якоря 11 посредством упругой связи 12.Устройство работает следующим образом.В полупериод проводимости выпрями- тельного диода б под током находятся секции 1 и 4, а ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции секций 2 и 3 создают дополнительный импульс тока в секции 4, Аналогично в полупериод проводимости диода 7 под током находятся секции 2 и 3, а ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции секций 1 и 4 создают дополнительный импульс тока в секции 2. Импульсы тока, проходящие через секции обмоток электромагнита, наводят пульсирукиаее магнитное поле, вызывающее притяжение якоря 11 к магнитопроводу 10. Величина силы упругой связи 12 относительно электромаг:- нитной силы и согласное или встречное включение обмоток определяют работу устройства в одном из двух режимов: в режиме тягового электромагнита (фиг. 2) или в режиме вибратора, (фиг, 3) .В режиме вибратора восс та на влив ающая сила, развиваемая резонансной упругой связью 12, больше электромагнитной силы возмущения. Последовательное согласное включение секций 1 с 4 и 2 с 3 в магнитном отношении, учитывая направление проходящего тока по ним, создает встречное включение обмоток (фиг, 3), Отношение количества витков в секциях 1 и 4 или 2 и 3 такое, что действия намагничивакщих сил их равны, Это обусловлено тем, что в секции с большим числом витков течет меньший.ток, а э секции с меньшим числом витков - больший ток за счет дополнительных токов. Оптимизацию отношения количества витков в секциях определяют также глубина пульсации и разность минимального и мак -симального значений намагьичивакицеисилы, что наиболее благоприятно сказываемся на механических параметрахзибратора, т.е. получение наибольшейамплитуды при меньшей потребляемоймощности. Постоянная времени контура(секции 1,4 и 2 и диод 8 или секции4,2 и 3 и диод 9) близка пс величинепериоду ЭДСисточника напряжения,что позволяет рационально использовать накопленную в контуре магнитную 5 10 энергию, которая дает дополнительную работа устройства заключается, например, в удержании якоря 11 в притянутом положении, когда электромагнитная сила притяжения якоря 11 большевосстанавливающей силы упругой связи 12. Последовательное встречное включение секций 1 с 4 и 2 с 3 в маг нитном отношении, учитывая направле.ния проходящего тока по ним, создает согласное включение обмоток (фиг. 2).Секции 1-4 могут быть и полуобмотками. Магнитный поток в магнитопроводе 10 Электромагнита не изменяет направления. Благодаря ЭДС самоиндукции ивзаимоиндукции ток в каждой секции не снижается до нуля в момент прохода питающего напРяжения через нуль. Ток 40в секциях 1 и 4 или 2 и 3, которыев данный полупериод отключены от источника питания запирающим диодом 6или 7, поддерживается благодаря ЭДСсамоиндукции, а в конце полупериода -благодаря ЭДС вэаимоиндукции, Значительное самоподмагничивание, присут" ствие тока в каждой секции в течение всего периода ЭДС источника перемен" ного напряжения, значительное сниже" ние пульсации и уменьшение переменной составляющей намагничивающей си 50 лы, позволяют характеризовать электромагнит высокими энергетическими показателями, Наличие намагничивающейсилы от тока самоподмагничивания 55преимущественно в одной обмотке снимает потоки рассеивания. Согласное включение обмоток рационально использовать для ра-.боты электромагнита в режиме вибратора для получения небольших амплитудколебания якоря.Предлагаемое устройство создаетположительный эффект, обусловленный увеличением КПД, коэффициента мощноссилу притяжения якоря к магнитопроводу в то время, когда якорь развивает наибольшую скорость. Вследствие наличия значительного подмагничивания 15 при больших зйачениях магнитного потока якорь 11 совершает движение к магнитопроводу 10, а при малых значениях под действием упругой связи 12, превышающем усилие, развиваемое 20 электромагнитном, якорь совершает ббратное движение.В режиме тягового электромагнита ти и силы тяги (или амплитудколебания яко:я) благодаря рациональнымусловиям рекуперации энергии во внутренней цепи электромагнита,По сравнению с прототипом в предлагаемом устройстве уменьшаются потоки рассеивания вследствие того, чтоток самоподмагничивания проходитчерез обмотку и меньшую секцию Другой,обмотки, постоянная времени контура,по которому замыкается подмагничивающий ток, по величине близка к периодуЭДС источника переменного напряжения,что увеличивает перекрытие магнитныхпотоков, создаваемых в оба полупериода, и кроме того, увеличение самоподмагничивания (увеличение перекрытиямагнитных потоков) уменьшает индуктивность, что в свою очередь увеличиваетрабочий ток, а значит и электромагнитное усилие.Предлагаемый электромагнит характеризуется также тем, что в нем отсутствует регулировочный резистор, аоптимальный угол перекрытия магнитныхпотоков устанавливается определеннымотношением (в пределах 1,65-1,80)количества витков в секциях каждойобмотки; в каждый полупериод ЭДС источника переменного напряжения рабочий ток проходит через один диод, аподмагничивающий ток тоже через один(но другой) диод.Изготовленный образец показывает, что при прочих равных условиях (один и тот же магнитопровод с тем же общим оличеством витков в каждой из обеих обмоток, при одном и том же зазоре между якорем и магнитопроводом и тех же четырех диодах) потребляемая мощность на единицу развиваемого усилия (или амплитуды) в 1,7-2,0 раза меньше, чем у прототипа. При согласном включении обмоток образец имеет коэффициент мощности 0,85-0,98, а при встречном - 0,81-0,87, а прототип - соответственно 0,65 и 0,8.Предлагаемое устройство предназначено для внедрения на вибротранспортирующих и ориентирующих устройствах, работающих в околорезонансном режиме при собственной частоте 100 Гц,формула изобретенияДвухобмоточный электромагнит со встроенными выпрямителями, каждая из обмоток которого выполнена двух" секционной, содержащей четыре полу" проводниковых выпрямителя, причем одна из секций первой обмотки соединена последовательно с другой секцией второй обмотки и одним из диодов, одна секция второй обмотки соединена последовательно с другой секцией первой обмотки и вторым диодом, причем1001215 ВНИИПИ Эакаэ 1409/62 Тираж 701 Подпис Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул,Проект укаэанные последовательные цепи соединены с выводами для подключенияисточника питания, а диоды в укаэанных цепях включены встречно, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышенияКПД и улучшения тяговых характеристик,секции первой обмотки соединены между.собой череэ третий диод,а секции второйобмотки - череэ четвертый диод, причемпервый и третий диоды и второй и четвертый диоды соответственно включены междусобой встречно. Источники информации,принятые во внимание при экспертиэе1. Сливинская А,Г. Электромагнитыи постоянные магниты. М., Энергия,1972 с. 192-200 52. Сливинская А.Г. Электромагнитысо встроенными выпрямителями. И.,Энергия, 1970, с, 23, 35.)О 3, Авторское свидетельство СССР Ф 605292, кл, Н 02 К 33/00, 1978,