RU2195732C2 - Устройство форсированного электромагнитного привода коммутационного аппарата - Google Patents
Устройство форсированного электромагнитного привода коммутационного аппаратаInfo
- Publication number
- RU2195732C2 RU2195732C2 RU2000130167A RU2000130167A RU2195732C2 RU 2195732 C2 RU2195732 C2 RU 2195732C2 RU 2000130167 A RU2000130167 A RU 2000130167A RU 2000130167 A RU2000130167 A RU 2000130167A RU 2195732 C2 RU2195732 C2 RU 2195732C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coil
- timer
- current
- drive
- switch
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Relay Circuits (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электротехнике, в частности к форсированным электромагнитным приводам, и может быть использовано для коммутационных аппаратов с вакуумными дугогасительными камерами из-за требуемых больших усилий поджатия их контактов. Технический результат заключается в уменьшении потребления электроэнергии. Устройство форсированного электромагнитного привода для коммутационного аппарата содержит катушку электромагнита, управляемый электронный ключ, таймер с уставкой по концевому положению привода и/или по времени, генератор периодических прямоугольных импульсов, двухпозиционный переключатель, шунтирующий катушку электромагнита диод. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к форсированным электромагнитным приводам, включающим выключатели или контакторы большим пусковым током и удерживающим их во включенном положении небольшим током удержания. Приводы с форсировкой имеют существенно меньшие габариты и массы, чем приводы без форсировки при одних и тех же статических тяговых характеристиках. Особенно эффективно применение таких приводов для коммутационных аппаратов с вакуумными дугогасительными камерами из-за требуемых больших усилий поджатия их контактов.
Предлагаемое изобретение позволяет открывать таймером через двухпозиционный переключатель управляемый электронный ключ, например транзистор, подавая тем самым напряжение питания к катушке электромагнита, на время включения привода, задаваемое или уставкой времени таймера, или концевым элементом привода, после чего двухпозиционный механический или электронный переключатель подсоединяет электрод управления указанного ключа к генератору прямоугольных импульсов, тем самым подключая катушку электромагнита периодически к источнику питания, причем частота и минимальный коэффициент заполнения импульсов определяются постоянной времени электромагнита и током удержания.
Устройство содержит катушку электромагнита, управляемый электронный ключ, например в виде транзистора, таймер с уставкой по концевому положению привода и/или по времени, генератор прямоугольных импульсов с широтно-импульсной модуляцией, двухпозиционный переключатель - электронный и/или механический - с кинематической связью с приводом, шунтирующий катушку диод. Достигаемым техническим результатом является уменьшение потребляемой приводом от источника питания энергии, пропорциональной коэффициенту заполнения сигналов управления.
Известен способ управления электромагнитным приводом (Б.Э. Коц. Электромагниты постоянного тока с форсировкой. М.: Энергия, 1973, с. 9, рис. 2, схема 3), по которому при подаче постоянного напряжения питания на последовательно соединенные катушку электромагнита и добавочное сопротивление включается, через таймер в виде RC-цепочки в цепи базы, управляемый электронный ключ в виде биполярного транзистора, шунтирующего это сопротивление. При этом к катушке прикладывается все напряжение питания на время включения привода, определяемое постоянной времени этой RC-цепочки. После заряда конденсатора и закрытия транзистора напряжение питания делится между активным сопротивлением катушки и добавочным сопротивлением, причем основная часть напряжения прикладывается к добавочному сопротивлению, так как ток удержания привода во включенном положении, определяемый суммой указанных сопротивлений, намного меньше пускового тока, что объясняется минимальным зазором в магнитной цепи электромагнита во включенном положении.
Кроме указанного главного недостатка - непроизводительного расходования электроэнергии, аналог имеет и тот недостаток, что управляющий сигнал не будет прямоугольным из-за экспоненциального спада тока базы после включения привода, следовательно, необходимо применять более мощный транзистор.
Третий недостаток - отсутствие концевого элемента по ходу привода, снимающего пусковой сигнал управления. Отсюда необходимость большого запаса временного интервала из-за нестабильности механической работы привода и, следовательно, излишний расход энергии при включении.
Отключение привода происходит при снятии напряжения питания.
Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемым являются последовательность операций управления устройства электромагнитного привода коммутационного аппарата (патент РФ 2074430, H 01 F 7/08, Н 01 Н 47/32, 1997), Здесь так же, как в аналоге, при включении привода подают сигнал в цепь управляющего электрода транзистора - цепь базы. Снимается сигнал при срабатывании концевого замыкающего контакта или по уставке времени RC-цепочки при открывании порогово-ключевого элемента, например динистора, шунтирующего цепь базы транзистора. Указанные элементы можно рассматривать как таймер. При отключении транзистора накопленная в катушке индуктивная энергия поглощается активным сопротивлением катушки через шунтирующий ее диод. Эта схема имеет преимущества перед аналогом - дает прямоугольный импульс управления и уменьшает потребление энергии при включении за счет меньшего времени подачи управляющего сигнала, снимаемого концевым контактом. При использовании в схеме, вместо нелинейного, обычного резистора, рассчитанного на ток удержания, она аналогична ранее рассмотренной схеме с точки зрения последовательности операций управления.
Предлагаемое решение позволяет устранить главный недостаток аналога и прототипа - непроизводительный расход энергии источника питания в длительном режиме включенного состояния коммутационного аппарата. Для этого в способе управления форсированным электромагнитным приводом, основанном на подаче сигнала управления на управляемый электронный ключ, в течение времени включения привода, после снятия этого сигнала на указанный ключ подается, на все время включенного состояния коммутационного аппарата, периодический импульсный сигнал управления с периодом следования и минимальным коэффициентом заполнения, определяемыми постоянной времени электромагнита и током удержания.
В устройство, содержащее последовательно соединенные управляемый электронный ключ в виде, например, транзистора и катушку электромагнита с шунтирующим ее диодом, подсоединенные к источнику постоянного напряжения, к положительному полюсу которого подсоединен таймер, дополнительно введен двухпозиционный переключатель, первый вход которого подключен к выходу таймера, второй вход подключен к генератору периодических прямоугольных импульсов, подключенному к указанному источнику напряжения, а выход переключателя подсоединен к управляющему электроду указанного ключа.
Сущность предлагаемого способа поясняется временными диаграммами на фиг. 1, где:
на фиг.1а представлена диаграмма управляющего импульса таймера;
на фиг.1б - диаграмма управляющих импульсов генератора;
на фиг. 1в - диаграмма токов в катушке привода.
на фиг.1а представлена диаграмма управляющего импульса таймера;
на фиг.1б - диаграмма управляющих импульсов генератора;
на фиг. 1в - диаграмма токов в катушке привода.
Фиг. 1а и 1б соответствуют временам приложения напряжения питания к катушке.
На фиг. 1 обозначено:
Uп - прикладываемое к катушке напряжение питания;
i - ток в катушке;
im - установившийся ток в катушке, ограничиваемый ее активным сопротивлением;
iy - постоянный ток удержания;
Δi - колебания тока в катушке в длительном режиме удержания привода;
Т - период следования;
tи - длительность управляющих импульсов генератора;
to - начало, t1 - конец управляющего импульса таймера;
tоя - момент остановки якоря электромагнита.
Uп - прикладываемое к катушке напряжение питания;
i - ток в катушке;
im - установившийся ток в катушке, ограничиваемый ее активным сопротивлением;
iy - постоянный ток удержания;
Δi - колебания тока в катушке в длительном режиме удержания привода;
Т - период следования;
tи - длительность управляющих импульсов генератора;
to - начало, t1 - конец управляющего импульса таймера;
tоя - момент остановки якоря электромагнита.
На фиг.2 представлено устройство, в котором может быть реализован предлагаемый способ, где обозначено:
1 - катушка электромагнита в виде активно-индуктивной нагрузки;
2 - управляемый электронный ключ в виде, например, транзистора;
3 - таймер;
4 - генератор прямоугольных импульсов;
5 - диод;
6 - переключатель механический или электронный;
7, 8 - входы переключателя;
9 - выход переключателя;
10 - пусковой контакт таймера.
1 - катушка электромагнита в виде активно-индуктивной нагрузки;
2 - управляемый электронный ключ в виде, например, транзистора;
3 - таймер;
4 - генератор прямоугольных импульсов;
5 - диод;
6 - переключатель механический или электронный;
7, 8 - входы переключателя;
9 - выход переключателя;
10 - пусковой контакт таймера.
В устройстве катушка 1 соединена последовательно с коллектором транзистора 2. Свободный вывод катушки подсоединен к положительному полюсу источника питания, а эмиттер транзистора - к отрицательному полюсу. Диод 5 шунтирует катушку. Выход таймера 3, питающегося от этого же источника, подсоединен к первому входу 7 переключателя 6, второй вход 8 которого присоединен к выходу генератора прямоугольных импульсов 4, подключенному к тому же источнику питания; выход 9 переключателя подключен к базе - управляющему электроду транзистора. На входе таймер имеет включающий контакт 10.
Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии - при отключенном приводе контакт 10 разомкнут и напряжение на базу транзистора 2 не подается, хотя переключатель 6 замкнут на таймер 3. Транзистор закрыт, и все напряжение питания прикладывается к нему.
При подаче команды на включение привода - замыкании контакта 10 - таймер начинает выдавать напряжение на базу транзистора, который открывается и находится в режиме насыщения во все время работы таймера. При этом к катушке 1 прикладывается почти все напряжение питания (за вычетом небольшого падения напряжения на транзисторе). Этому моменту соответствует время to на временных диаграммах фиг.1. Через катушку начинает протекать пусковой ток (фиг. 1в), якорь электромагнита начинает двигаться - начинается включение привода. В момент времени tоя якорь электромагнита останавливается. Перед этим начинает переключаться переключатель 6. Если он выполнен механическим, то время его переключения может занять несколько миллисекунд и вызвать рост тока в катушке до момента t1, которому соответствует отключение базы транзистора от таймера. После этого ток в катушке начинает спадать с большой постоянной времени, так как индуктивность включенного электромагнита максимальна и может составлять от долей до единиц генри. Время спада тока до тока удержания может составлять десятки миллисекунд. После переключения переключателя на генератор 4 периодических прямоугольных импульсов последние начинают подавать питание на базу транзистора, открывая его на время tи, составляющее небольшую долю времени периода Т импульсов. Этим импульсам соответствует частота приложения напряжения питания к катушке. Поэтому на спадающий ток будет накладываться периодическая составляющая, величина которой значительно меньше амплитуды пускового тока. Через некоторое время процесс изменения тока в катушке становится установившимся периодическим. Колебания тока Δi определяются частотой сигналов генератора импульсов и постоянной времени электромагнита: с ростом частоты и постоянной времени колебания тока уменьшаются; увеличение частоты ограничивается потерями при переключении транзистора и в магнитопроводе, а увеличение постоянной времени связано с увеличением расхода активных материалов электромагнита, его габаритов и времени включения.
Минимальная величина тока в катушке должна быть выше постоянного тока удержания (пунктир на фиг.1в). В форсированных электромагнитах ток удержания на один-два порядка меньше установившегося тока im, определяемого активным сопротивлением катушки. Это объясняется тем, что включенный электромагнит развивает наибольшую силу при минимальном воздушном зазоре в магнитной цепи по сравнению с отключенным положением с максимальным зазором при фиксированной намагничивающей силе. До максимальной величины ток может возрасти, если вместо механического переключателя применить электронный, переключающийся от временной уставки таймера, выбираемой с запасом на временную нестабильность включения привода. На фиг.1а этому соответствует увеличение интервала t1-tоя.
Из диаграмм видно, что средний ток в режиме удержания пропорционален среднему напряжению на катушке (пунктир на фиг.1а), которое пропорционально коэффициенту заполнения импульсов Q=tи/Т. На фиг.1а штрихпунктиром показано напряжение, приложенное к катушке и балластному сопротивлению согласно схемам аналога и прототипа. При этом пунктир соответствует постоянному напряжению на катушке. Отсюда следует, что энергия, непроизводительно расходуемая на нагрев балластного сопротивления в режиме удержания привода, пропорциональна разности напряжений питания (штрихпунктир) и удержания (пунктир). То есть экономия потребляемой энергии в режиме удержания привода по предлагаемому способу и устройству по сравнению с аналогом и прототипом обратно пропорциональна коэффициенту заполнения управляющих импульсов.
В аналоге и прототипе выбор балластного сопротивления должен производиться с учетом колебания питающего напряжения, которое согласно стандартам может опускаться до 0,6Uп. Соответственно увеличиваются устанавливаемый ток удержания и потери электроэнергии. В предлагаемом изобретении достаточно выполнить генератор прямоугольных импульсов с широтно-импульсной модуляцией, поддерживающей в режиме удержания среднее напряжение на катушке неизменным независимо от напряжения питания привода. С уменьшением питающего напряжения увеличивается коэффициент заполнения импульсов и несколько возрастает Δi. Но колебания тока в катушке составляют несколько процентов от тока удержания при правильном выборе частоты импульсов генератора с учетом постоянной времени электромагнита привода. Следовательно, увеличение потребляемой энергии будет незначительно. Отсюда следует, что при использовании широтно-импульсной модуляции генерируемых сигналов управления получается максимальная экономия потребляемой приводом энергии в длительном режиме удержания.
В качестве таймера может быть использована схема прототипа. В простейшем случае таймером может служить последовательная цепь из замыкающего контакта и токоограничивающего резистора в цепи базы транзистора при использовании механического концевого переключателя, кинематически связанного с электромагнитным приводом.
Вместо биполярного транзистора может быть использован полевой. Тогда базе будет соответствовать затвор, а коллектору и эмиттеру - сток и исток.
Таким образом, из описания ясно, что, с технической точки зрения, принципиальное отличие предлагаемого изобретения от аналога и прототипа в режиме удержания заключается в использовании реактивного - индуктивного токоограничения вместо резистивного, вызывающего необратимые потери энергии.
Примером может служить вакуумный контактор на номинальный ток 1500 А и номинальное напряжение 10 кВ с параметрами электромагнита:
Uп=110 В; Rкатушки=16 Ом; iy=0,1 А.
Uп=110 В; Rкатушки=16 Ом; iy=0,1 А.
При использовании прототипа с учетом колебания напряжения питания и воздействия на привод внешних механических факторов ток удержания выбирался 0,34 А, балластное сопротивление rб=310 Ом, выделяемая энергия на балластное сопротивление около 36 Вт, на катушке - меньше 2 Вт.
С использованием предлагаемого изобретения:
Т= 1,11•10-3; Q=0,02; минимальное среднее напряжение на катушке в режиме удержания Uк=2,24 В, с запасом принято Uк=4 В, iу=0,25 А, выделяемая на катушке мощность - около 1 Вт. При Uп min=0,6Uп ном; tи=37•10-6 с.
Т= 1,11•10-3; Q=0,02; минимальное среднее напряжение на катушке в режиме удержания Uк=2,24 В, с запасом принято Uк=4 В, iу=0,25 А, выделяемая на катушке мощность - около 1 Вт. При Uп min=0,6Uп ном; tи=37•10-6 с.
Для быстродействующих выключателей экономия потребляемой приводом энергии будет в несколько раз больше.
Claims (2)
1. Устройство форсированного электромагнитного привода коммутационного аппарата, содержащее последовательно соединенные управляемый электронный ключ и катушку электромагнита с шунтирующим ее диодом, другие выводы которых подсоединены к разным полюсам источника постоянного напряжения, таймер, подсоединенный к положительному полюсу указанного источника напряжения, отличающееся тем, что дополнительно введен двухпозиционный переключатель, первый вход которого подключен к выходу таймера, второй вход подключен к выходу генератора периодических прямоугольных импульсов, подключенного к указанному источнику напряжения, а выход переключателя подсоединен к управляющему электроду указанного ключа.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что генератор периодических прямоугольных импульсов выполнен с широтно-импульсной модуляцией.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000130167A RU2195732C2 (ru) | 2000-12-04 | 2000-12-04 | Устройство форсированного электромагнитного привода коммутационного аппарата |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000130167A RU2195732C2 (ru) | 2000-12-04 | 2000-12-04 | Устройство форсированного электромагнитного привода коммутационного аппарата |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2000130167A RU2000130167A (ru) | 2002-11-27 |
RU2195732C2 true RU2195732C2 (ru) | 2002-12-27 |
Family
ID=20242867
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000130167A RU2195732C2 (ru) | 2000-12-04 | 2000-12-04 | Устройство форсированного электромагнитного привода коммутационного аппарата |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2195732C2 (ru) |
-
2000
- 2000-12-04 RU RU2000130167A patent/RU2195732C2/ru not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN100422881C (zh) | 电磁阀起动控制器 | |
JP3018857B2 (ja) | 電磁石装置の駆動回路 | |
JP6442013B2 (ja) | リレー | |
RU2195732C2 (ru) | Устройство форсированного электромагнитного привода коммутационного аппарата | |
EP1417694B1 (de) | Elektromagnetanordnung für einen schalter | |
CN216353938U (zh) | 矿热炉真空接触器 | |
JP2922294B2 (ja) | フライバック電流減衰装置 | |
RU112499U1 (ru) | Бистабильный электромагнитный привод коммутационного устройства | |
CN111477501A (zh) | 一种微机保护装置直接分闸的磁保持操动机构 | |
KR100276020B1 (ko) | 비선형 커패시터를 이용한 고압펄스발생 장치 | |
GB2189940A (en) | Method of operating a multiple-electromagnet arrangement | |
RU2249271C2 (ru) | Устройство форсированного управления электромагнитом | |
Davies et al. | Towards the control of contact bounce | |
CN219247502U (zh) | 一种脉冲电容器充放电控制电路 | |
CN217239188U (zh) | 一种电磁铁释放电路 | |
RU196563U1 (ru) | Бездуговой электронно-механический контактор | |
CN117894635A (zh) | 一种继电器驱动电路 | |
RU112493U1 (ru) | Электромагнитный привод | |
RU2118866C1 (ru) | Устройство управления реверсивным электромагнитным контактором | |
RU25958U1 (ru) | Устройство управления электромагнитом | |
JPS63102134A (ja) | 加熱装置 | |
RU2262764C1 (ru) | Быстродействующий электромагнитный привод коммутационного аппарата | |
JPH03172693A (ja) | 排水電磁弁装置 | |
RU2258270C2 (ru) | Устройство форсированного управления электромагнитным приводом постоянного тока | |
SU1756951A1 (ru) | Устройство дл подключени нагрузки к трехфазному источнику питани |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101205 |