Электромагнитное устройство с форсировкой

(71) Чувашский государственный университет им, И.Н.Ульянова(72) Г,П,Свинцов и В.Г.Степанов (56) Авторское свидетельство СССР М 773778, кл. Н 01 Н 47/04, 1980.Авторское свидетельство СССР . М 1582211, кл, Н 01 Р 7/18, 1990. (54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ УСТРОЙСТВО С ФОРСИРОВКОЙ(57) Использование: в устройствах автоматики и управления для форсированного питания электромагнита от источника постоянного и переменного напряжения. Сущность изобретения: в устройстве, содерГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ К ДВТОРСКОРЛУ СВИД, ЯО 175 б 952 А 1 жащем электромагнит с обмоткой 8, имеющей промежуточный вывод, балластную обмотку 9, вспомогательный размыкающий контакт 3, переходящий в разомкнутое состояние после срабатывания электромагнита, четыре диода 4-7, конец обмотки 8 электромагнита дополнительно соединен с началом балластной обмотки 9, конец которой соединен с вторыми выводами третьего 6 и четвертого 7 диодов, при этом первый вывод третьего диода 6 соединен с вторым входным выводом, а первый вывод четвертого диода 7 - с концом или промежуточным выводом обмотки 8 электромагнита, что позволяет повысить надежность и срок службы устройства путем исключения перегрева обмотки электромагнита, 2 з.п,ф-лы, 3 ил,Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах автоматики и упраоления для форсированного питания электромагнита от источника постоянного и переменного напряжения Известно устройство для форсированного включения электромагнита, содержащее обмотку с промежуточным выводом и два вывода для подключения источника пи 10 тания, вспомогательный размыкающий контакт, включенный между промежуточным выводом обмотки и вторым выводом для подключения источника питания, по крайней мере три диода, доа из которых включены последовательно и согласно между собой и подключены к двум концам обмотки, а общей своей точкой - к первому выводу для подключения источника питания. Третий диод подключен к общей точке обмотки и пероого диода встречно ему и другим электродом через такоограничиоающий резистор к второму выводу для подключения 20 источника питания, В известном устройстве возможно использование и четвертого диода, подключаемого к общей точке обмотки и второго диода, встречно последнему, а другим электродом через второй токоограничивающий резистор с вторым выводом для подключения источника литания. Недостаткам устройства являются повышенные теп 30 ловые потери, необходимость места и использование конструктивных и крепежных деталей для устанаоки такоограничивающих элементов. Наиболее близким па технической сущ 35 ности к предлагаемому устройству является электромагнит с встроенным оылрямителом с фарсиравкай, содержащий обмотку с промежуточным выводом, балластную обмотку, вспомогательный размыкающий контакт, переходящий в разомкнутое состояние после срабатывания электромагнита, четыре диода с одноименными первыми и одноименными вторыми выводами и два выходных выоода для подключения источника питания, причем первый входной вывод соединен с первым выводом первого и вторым оыоодом второго диодов, первый вывод второго диода соединен с началом мыкающий контакт соединен с вторым входным выводом, а конец - с вторым выводом первого диода.Недостатком известного электромагни 55 га является следующее. Поскольку балластная обмотка включена на стороне леременнаго тока выпрямителя и при питании от источника переменного напряжения она выполняется малавитковой и из обмообмотки злектрамагнита, промежуточный 50вывод которой через вспомогательный раз-точного провода относительно большого диаметра. Эта достигается справедливым и в том случае, когда о качестве балластной обмотки используется обмотка другого электромагнитного механизма, обтекаемого знакопеременным током, При этом потребляемый от источника ток, протекающий по обоим обмоткам. будет ограничиваться (определяться) индуктивным сопротивлением именно балластной обмотки; при этом отношение ее индуктивного сопротивления к активному составляет 5-10, При включении такого электромагнита к источнику постоянного напряжения ток, потребляемый от источника и протекающий через абе обмотки, будет теперь определяться их активным сопротивлением, Но поскольку обе обмотки выполнены маловитковыми из провода большого диаметра (обмотка электромагнита выполнена в таком виде для обеспечения форсированного ега включения) актионое их сопротивление не может заметна уменьшить так, протекающий через обмотки в сработанном состоянии электромагнита, Это вызовет перегрев обмоток и резко сократит срок их службы. Уменьшение потребляемого от источника постоянного напряжения тока можно было бы обеспечить, если значительна уменьшить его величину напряжения (примерна о 5-15 раз), однако зто существенно снижает эксплуатационные возможности, Так, если для питания использовался источник переменного напряжения в 220 В. то для питания постоянным током возможно использование только источников с напряжением 15-48 В, при этом одновременно резко снижается степень форсирооки электромагнита,Выполнение балластной обмотки, обтекаемой знакопеременным током, маловитковай, но из обмоточного провода малого сечения, приводит к уменьшению магнитного потока в электромагните, обмотка которого используется в качестве балластной, что можетнарушить его нормальное функ; ционирование; йри использовании же в качестве балластной обмотки дополнительной обмотки электромагнита в этих условиях может не обеспечить требуемого снижения тока в обмотках при литании от источника постояннога напряжения.Цель изобретения - повышение надежности и срока службы путем исключения перегрева обмотки электромагнита;Указанная цель достигается тем, что в электромагнитном устройстве с форсировкай, содержащем электромагнит с обмоткой, имеющей промежуточный вывод, балластную обмотку, вспомогательный размыкающий контакт, переходящий в разомкнутое состояние после срабатывания полнена в виде одной из трех секций обмотзлектромэгнита, четыре диода с одноимен- ки 8 электромагнита.ными первыми и одноименными вторыми Устройство работает следующим обравыводами и два входных вывода для под- эом.ключения источника питания, причем первый входной вывод соединен с первым Подача. переменного напряжения исвыводом первого и второго диодов; первый точника на выводы 1 и 2 может происходить вывод второго диода соединен с началом в произвольный момент времени Ь относи- обмотки электромагнита, промежуточный тельно начала полуволйц напряжения пита- вывод которой через вспомогательный раз ния (фиг. 3). Принимаем, что в .момент мыкакнций контакт соединен с вторым подачи напряжения к"выводу 1 приложено входным выводом, а конец - с вторым выво- положительное напряжение, э в- качестве дом первого диода, конец обмотки электро- балластной обмотки 9 использована обмот: . магнита дополнительно соединен с йэчалом ка другого электромэгйитйого" механизма.балластной обмотки, конец которой соеди Под действием положительного нэпряженен с вторыми выводами третьего и четвер- ния через вывод 1 начийает протекать ток 1 того диодов, при этом первый вывод (фиг,3),замыкающийсячерезвторойдиод 5, третьего диода соединен с вторым входным часть первой обмотки 8 (в ), промежуточвыводом, а первый вывод четвертого диода ный вывод обмотки 8. замкнутый вспомогас концом или промежуточным выводом 20 тельный контакт 3 (з) на второй вывод 2 (2 =обмотки электромагнита .1), К моменту времени 11 токдостигаетНа фиг. 1 представлено электромагнит- своего максимального"значейия в рассматное устройство с форсировкой, в котором риваемый полупериод напряжения, В инчетвертый диод соединен с концом обмотки тервале времени 12 .11 уменьшение тока Б электромагнита; нэ фиг, 2 - то же, с проме приводит к уменьшению магнитного потока жуточным выводом этой обмотки; на фиг. 3 в магнитной цепи электромагнита. Это в - временные диаграммы токов и напряже- другой части первой обмотки наводит ЭДС ния источника, иллюстрирующие работу ус- взаимоиндукции, которая стремит;,я восптройства. репятствовать (зэмедлить) уменьшение магЭлектромагнитноеустройство с форси нитного потока, Разность напряженияровкой содержит первый 1 и второй 2 вход- источника и ЭДС взаимоиндукции на интерные вь 1 воды для подключения источника валевременитостается положительной питания, вспомогательный размыкающий и поэтому первый диод 4 закрыт. Ток, обусконтакт 3, переходящий в разомкнутое со- ловленный ЭДС взаимоиндукции, будет стояние после срабатывания электромагни протекать последовательно по другой части та, первый 4, второй 5, третий б и четвертйй первой обмотки 8(з ), обмотку 9 (щ), третий 7 диоды с одноименными первыми и одно- диод б и замкнутый контакт 3 (з), При этом именными вторыми выводами, обмотку 8 з = а - в, После момента а разностьл1электромагнита с промежуточйым выводом напряжения источника и ЭДС взаимоиндуки балластную обмотку 9, Первый входной 40 ции, наведенная в другой части обмотки 8 вывод 1 соединен с первым выводом перво- становится отрицательной и первый диод 4 го 4 и вторым выводом второго 5 диодов, э открывается. И на отрезке времени тзл первый вывод второго диска 5 соединен с диоды 4 и 5 открыты, при этом уменьшэюначалом (нэ фиг. 1, фиг, 2 обозначено звез- щийся ток з замыкается через эти диоды.дочкой ) обмотки 8 электромагнита, про В момент времени П/и (где со - круговая межуточный вывод которой через частота напряжения источника питания) вспомогательный размыкающий контакт 3 в = з направление токапотребляемого от соединен с вторым входным выводом 2, а источника скачком, измейяет свое направконец - с вторым выводом первого диодэ 4. ление протекания (1, 2). В момент времени Конец обмотки 8 электромагнита дополни тз.закрывается диод 5 и под действием ЭДС тельно соединен с началом балластной об- самоиндукции другой части первой обмотки мотки 9, конец которой соединен с вторыми закрывается и третий диод 6, а четвертый выводами третьего 6 и четвертого 7 диодов, диод 7 открывается и через него замыкается при этом первый вывод третьего диода 6 . ток обмотки 9, который уменьшается до нусоединен с вторым входным выводом 2, а 55 ля к моменту времени М, Под действием первыйвыводчетвертогодйода 7 - сконцом положительного напряжения на выводе 2 (фиг, 1) или промежуточным выводом (фиг, происходит нарастание тока в, который к 2) обмотки 8 электромагнита, Балластная моменту времени 1 достигает значения тообмотка 9 может быть размещенана магни- ка трогания и начинается движение подвижтопроводе электромагнита и может быть вы-ных частей электромагнита.В момент времени 16 открывается диод 5 и на отрезке времени 17.лв открыты первый 4 и второй 5 диоды одновременно, В .момент 17 диод 4 запирается и начинается нарастание тока в, В момент времени св размыкается вспомогательный контакт 3, например под воздействием перемещающихся частей электромагнита. Если пренебречь временем дуги на вспомогательных контактах, то токи в и з в первой обмотке изменяются скачком, так что суммарная МДС (а значит и потокосцепление) первой обмотки останется в этот момент прежней, Одновременно (тз) открываются диоды 4 и 6. При этом через вывод 1 протекает нараста- ющий ток 1 через обмотку 8, обмотку 9 и диод 6 на вывод 2. Составляющая тока в первой обмотке, обусловленная запасенной в ней электромагнитной энергией, будет затухать (э, 8 ) В момент времени 1 токи в первой 8 и второй обмотках равны(8 = а = Ь) и диод 4 закрывается,иПо обмоткам начинают протекать равные токи. В момент времени ЗП/Ъ третий диод 6 закроется отрицательным напряжением, и диоды 4, 5, 7 открываются и на отрезке времени 3 ПЪ 4 ПгЪ токи в обмотках затухают, поддерживаемые лишь за Счет запасенной электромагнитной энергии. В момент времени 4 П/о диод 6 снова открывается и в течение полупериода питающего напряжения по обоим обмоткам через вывод 1, диоды 5 и 6 протекает равный . ток, замыкающийся на вывод 2. Таким образом, обмотка 8 до размыкания контакта 3 питается в оба полупериода источника питания, после размыкания контакта 3 лишь в один полупериод источника питания, При этом ток, потребляемый от источника будет ограничиваться в основном активным сопротивлением обмотки 9; выполняемой в данном случае многовитковой из тонкого обмоточного провода. В случае, когда обмотка 9 является обмоткой другогоэлектромагнитного механизма, например промежуточного реле, обмоточные данные этой обмотки выбираются такими, что в интервале времени тв лэ происходит срабатывание этого механизма,При подключении электромагнита к источнику постоянного напряжения с указанной на фиг. 1,2 полярностью до размыкания контакта пусковой ток в замыкается черезиконтакт 3 на вывод 2. Происходит срабатйвание электромагнита, контакт 3 размыкается и после этого диоды 4 и 5, 6 открываются. Происходит нарастание тока в обмотке 9 и уменьшение тока в обмотке 8, В момент времени, когда токи в обмотках будут равны диод 4 закрывается и потребляемый ток будет ограничйваться также суммарным активным сопротивлением обмоток При подключении предлагаемого устройства к источнику постоянного и первменного напряжения с одинаковой величиной номинального напряжения на 10 пример 220 В) обеспечивается практически одинаковая пусковая МДС (при питании от источника переменного напряжения она будет меньше лишь на 6%). В режиме удерживания МДС электромагнита при питании от источника переменного напряжения будет 15 примерно вдвое меньше. Однако если принять оо внимание, что тяговое усилие таких электромагнитов при малых зазорах нарастает круто и при притянутом положении якоря имеется значительное превышение электромагнитной силы над противодейст 20 вующей (открывающей якорь), будет обеспечено нормальное удерживание якоря в притянутом положенииПри этом геометрические размеры обмоток (катушки) должны 25 быть рассчитаны с учетом их нагрева для случая питания от источника постоянного напряжения,В ряде случаев по цепям питания могут проходить значительные коммутационные перенапряжения, которые приводят к пробою диодов. В этом случае используются лавинные диоды, Однако если под этим на 30 пряжением оказывается цепочка диодов без токоограничивающего элемента (фиг. 1) при достаточно большой длительности импульса перенапряжения электрический пробой диодов перейдет в тепловой пробой и 35 диоды не восстановят свои выпрямительные свойства, Поэтому включение четвертого диода 7 одним своим электродом к второй обмотке 9 через промежуточный вывод первой обмотки 8 (фиг, 2) исключает тепловой пробой диодов, что повышает надежность функционирования электромагнитного устройства с форсировкой, Использование предлагаемого электромагнитного устройства с форсировкой по сравнению с известным позволяет повысить надежность, срок службы и расширить его эксплуатационные возможности, обес 50 печивая питания устройства как от источника постоянного так и переменного сировкой, содержащее электромагнит с обмоткой, имеющей промежуточный вывод. балластную обмотку, вспомогательный раэмыкаю 1 ций контакт, переходящий в разонапряжения,55 Формула изобретения 1. Электромагнитное устройство с фор1786952 10 9мкнутое состояние после срабатывания нец обмотки электромагнита дополнительэлектромагнита, четыре диода с одноимен-. но соединен с началом балластной обмотки, ными первыми и одноименными вторыми конец которой сбединен с вторыми вывода- выводами и два входных вывода для под- ми третьего и четвертого диодов, при этом ключения источника "питания, причем пер первый вывод третьего диода соединен с вый входной вывод соединен с первым вторым входным выводом, а первый вывод выводом первого и вторым выводом второго четвертого диода - с койцом или промежудиодов, первый вывод второго диода соеди-: точным выводом обмотки электромагнита. нен с началом обмотки электромагнита 2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е епромежуточный вывод которой через вспо с я тем, что балластйая обмотка размещена могательный размыкающий контакт соеди- на магнитопроводе электромагнйта"и вклюнен с вторым входным выводом, а конец- с чена согласно его обмотке.вторым выводом первого диода, о т л ич а ю 3, Устройство по и, 2, о т л и ч а ю щ е ещ е е с я тем, что, с целью повышенияс я тем, что балластная обмотка и обмотка надежностиисрокаслужбы путем исключе электромагнита выполнены в виде одной ния перегрева обмотки электромагнитако- "трехсекционной обмотки.. ьй Эйли 0 Составитель Г.СвинцовТехред М.Моргентал рректор С.Юс Редактор Н,Химчук ельский комбинат Патент, г, Ужгород. ул.Гагарина, 10 П дственно Заказ 3092 Тираж . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобРетениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж. Раушская наб 4/5