Патент на изобретение №2333564

(54) ЭЛЕКТРОМАГНИТ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ФОРСИРОВКОЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в изделиях, содержащих электромагнит постоянного тока, например в электромагнитных реле, контакторах и т.п. Техническим результатом является повышение надежности работы электромагнита постоянного тока с форсировкой в условиях возможности его включения на пониженное напряжение питания. Электромагнит постоянного тока с форсировкой содержит обмотку с резистором, источник напряжения питания, размыкающий контакт и пороговый элемент. Пороговый элемент содержит резисторы, полупроводниковый детектор напряжения, транзисторный ключ, конденсатор и диод, включенные в схему электромагнита постоянного тока в соответствии с тем, как указано в материалах заявки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в изделиях, содержащих электромагнит постоянного тока, например в электромагнитных реле, контакторах и т.п.

Известен электромагнит постоянного тока, используемый в реле постоянного тока серии РП17 [1]. В нем последовательно с обмоткой управления включен резистор. Наличие резистора снижает электрическую постоянную времени цепи управления, обеспечивая форсированное срабатывание электромагнита с малой задержкой времени с момента включения напряжения питания. Недостатком данного электромагнита является его низкая эффективность.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является электромагнит постоянного тока с форсировкой [2], принципиальная электрическая схема которого приведена на фиг.1. Его обмотка 1 подсоединена через резистор 2 к источнику напряжения питания U, а размыкающий контакт 3 электромагнита подключен параллельно к резистору 2.

Для пояснения работы рассматриваемого электромагнита необходимо отметить, что он конструктивно содержит подвижную часть (якорь), который приводит в движение какой-либо механизм, например траверсу контактора или реле. С якорем связан также размыкающий контакт 3 электромагнита. Общеизвестно, что из-за низкой магнитной проводимости электромагниты постоянного тока без форсировки в начальном положении якоря развивают малые усилия. В рассматриваемом электромагните при включении напряжения питания U первоначально к обмотке 1 электромагнита через его замкнутый размыкающий контакт 3 прикладывается полное напряжение питания U. Этим обеспечивается большой ток в обмотке 1 электромагнита и значительное усилие, развиваемое электромагнитом в начальном положении якоря. Якорь начнет перемещаться, преодолевая противодействующее усилие связанного с ним механизма. После прохождения якорем определенного расстояния размыкающий контакт 3 электромагнита размыкается, введя в цепь резистор 2. При этом ток в цепи уменьшается, предотвращая перегрев обмотки 1 электромагнита. Несмотря на снижение тока, после размыкания размыкающего контакта 3 электромагнита, из-за возросшей магнитной проводимости, электромагнит развивает достаточное усилие для преодоления противодействующего усилия и достижения конечного положения якоря.

Недостатком данного электромагнита является низкая надежность работы в условиях значительных посадок напряжения питания U. При включении электромагнита на пониженное напряжение питания U после размыкания его контакта 3 усилие электромагнита может оказаться меньше противодействующего, вследствие чего начнется обратное движение якоря. Это приводит к замыканию размыкающего контакта 3 электромагнита, из-за чего ток в его обмотке 1 и электромагнитное усилие скачком возрастают. Якорь, преодолевая противодействующее усилие, начинает перемещаться в прямом направлении, и размыкающий контакт 3 электромагнита повторно размыкается, т.е. устанавливается колебательный процесс якоря, что приводит к нарушению работы связанного с ним механизма.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы электромагнита постоянного тока с форсировкой в условиях возможности его включения на пониженное напряжение питания.

Технический результат достигается тем, что в электромагнит постоянного тока с форсировкой, содержащий последовательно соединенные обмотку и резистор, подключенные к источнику напряжения питания, размыкающий контакт, подключенный параллельно резистору, введен пороговый элемент, содержащий, по крайней мере, резисторы, полупроводниковый детектор напряжения, транзисторный ключ, конденсатор и диод, причем первый резистор порогового элемента одним выводом подключен к источнику напряжения питания, а другим – к входу полупроводникового детектора напряжения и одному из выводов второго резистора, другой вывод которого подключен к выходу полупроводникового детектора напряжения и одному из выводов третьего резистора, другой вывод которого подключен к базе транзисторного ключа, коллектор которого подключен к общей точке соединения резистора, последовательно соединенного с обмоткой электромагнита, и размыкающего контакта электромагнита, а эмиттер – к общему выводу полупроводникового детектора напряжения и источнику напряжения питания, конденсатор подключен между входом и общим выводом полупроводникового детектора напряжения, пятый резистор и диод, соединенные последовательно, подключены, по крайней мере, параллельно к цепочке, состоящей из обмотки электромагнита и соединенного последовательно с ней резистора.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что за счет введения в электромагнит постоянного тока с форсировкой порогового элемента, вход которого подключен к выводу обмотки электромагнита, соединенного с источником напряжения питания, выход порогового элемента подключен к общей точке соединения резистора и размыкающего контакта электромагнита, а общий вывод порогового элемента подключен к источнику напряжения питания, и выполненного на резисторах, полупроводниковом детекторе напряжения, транзисторном ключе, конденсаторе и диоде таким образом, что первый резистор порогового элемента одним выводом подключен к источнику напряжения питания, а другим – к входу полупроводникового детектора напряжения и одному из выводов второго резистора, другой вывод которого подключен к выходу полупроводникового детектора напряжения и одному из выводов третьего резистора, другой вывод которого подключен к базе транзисторного ключа, коллектор которого подключен к общей точке соединения резистора, последовательно соединенного с обмоткой электромагнита, и размыкающего контакта электромагнита, а эмиттер – к общему выводу полупроводникового детектора напряжения и источнику напряжения питания, конденсатор подключен между входом и общим выводом полупроводникового детектора напряжения, пятый резистор и диод, соединенные последовательно, подключены, по крайней мере, параллельно к цепочке, состоящей из обмотки электромагнита и соединенного последовательно с ней резистора, осуществляется нормированное срабатывание и возврат порогового элемента, контролирующего уровень напряжения питания и управляющего подачей напряжения на обмотку электромагнита, обесточиваемой (отключаемой) в случае недопустимого понижения напряжения питания, за счет чего достигается повышение надежности работы электромагнита в условиях возможности его включения на пониженное напряжение питания.

Работа предлагаемого электромагнита постоянного тока с форсировкой поясняется схемами, приведенными на фиг.2 и 3, где приняты следующие обозначения:

1 – обмотка электромагнита;

2 – размыкающий контакт электромагнита;

3 – резистор;

4 – пороговый элемент;

5, 6, 7, 8 – резисторы;

9 – полупроводниковый детектор напряжения;

10 – транзисторный ключ;

11 – диод;

12 – конденсатор;

U – напряжение источника питания.

Согласно схеме, приведенной на фиг.3, обмотка 1 электромагнита, соединенная последовательно с резистором 2, параллельно которому подключен размыкающий контакт 3 электромагнита, подключена к источнику напряжения питания U и одному выводу резистора 5, другой вывод которого подключен к входу полупроводникового детектора напряжения 9 и одному выводу резистора 6, другой вывод которого подключен к выходу полупроводникового детектора напряжения 9 и одному выводу резистора 7, другой вывод которого подключен к базе транзисторного ключа 10, коллектор которого подключен к общей точке соединения резистора 2 и размыкающего контакта 3 электромагнита, эмиттер – к общему выводу полупроводникового детектора напряжения 9 и источнику напряжения питания U, а конденсатор 12 подключен между входом и общим выводом полупроводникового детектора напряжения 9. Дополнительно к обмотке 1 электромагнита и резистору 2 параллельно подключены резистор 8 и диод 11, соединенные последовательно. Причем диод 11 подключен анодом к коллектору транзисторного ключа 10.

Принцип действия предлагаемого электромагнита постоянного тока с форсировкой состоит в следующем.

При подаче на схему, приведенную на фиг.3, низкого напряжения питания U (меньшего, чем напряжение срабатывания порогового элемента 4), оно прикладывается к делителю, образованному резисторами 5 и 6, напряжение с которого подается на вход полупроводникового детектора напряжения 9, и пока это напряжение на его входе ниже напряжения переключения полупроводникового детектора напряжения 9, его выход открыт. При этом транзисторный ключ 10 закрыт, обмотка 1 электромагнита обесточена: электромагнит находится в исходном состоянии.

При повышении напряжения питания U увеличивается напряжение делителя, образованного резисторами 5 и 6, контролируемое полупроводниковым детектором напряжения 9, и при достижении на входе полупроводникового детектора напряжения 9 напряжения, равного напряжению его переключения, выход полупроводникового детектора напряжения 9 переключается, изменяя свое состояние на закрытое. При этом напряжение питания U через резисторы 5, 6, 7 подается на вход транзисторного ключа 10, открывая его, и прикладывается через размыкающий контакт 2 электромагнита к его обмотке 1, по которой начинает протекать большой пусковой ток, значительно превышающий ее длительно допустимый ток и вызывающий перемещение якоря электромагнита и его ускоренное срабатывание. В конце хода якоря электромагнита его размыкающий контакт 2 размыкается и добавляет сопротивление резистора 3 к сопротивлению обмотки 1 электромагнита, уменьшая протекающий в ней ток до допустимого значения. Электромагнит при этом находится в сработанном состоянии.

В закрытом состоянии выхода полупроводникового детектора напряжения 9 уровень напряжения на его входе увеличивается на величину падения напряжений на резисторе 7 и переходе база-эмиттер транзисторного ключа 10, характеризуемой как гистерезис между напряжением срабатывания и возврата порогового элемента 4. Таким образом, от величины резистора 7 зависит коэффициент возврата порогового элемента 4, а значит, и коэффициент возврата электромагнита.

Для возврата электромагнита в исходное состояние необходимо настолько понизить напряжение питания U, чтобы напряжение, снимаемое с делителя, образуемого резисторами 5 и 6, и подаваемое на вход полупроводникового детектора напряжения 9, уменьшилось на величину напряжения гистерезиса порогового элемента 4 и достигло на входе полупроводникового детектора напряжения 9 его напряжения переключения. При этом выход полупроводникового детектора напряжения 9 открывается, закрывая транзисторный ключ 10, обесточивающий обмотку 1 электромагнита, и возникающее при этом в обмотке 1 электромагнита перенапряжение ограничивается диодом 11 и резисторами 2 и 8, причем наличие резистора 8 последовательно с диодом 11 дополнительно уменьшает время возврата электромагнита.

Таким образом, предложенная схема включения порогового элемента 4 в известный электромагнит постоянного тока с форсировкой, приведенная на фиг.2, где вход порогового элемента подключен к выводу обмотки электромагнита, соединенной с источником напряжения питания, выход порогового элемента подключен к общей точке соединения резистора и размыкающего контакта электромагнита, а общий вывод порогового элемента подключен к источнику напряжения питания, что обеспечивает нормированное срабатывание и возврат электромагнита и позволяет при подаче низкого напряжения питания отстроиться от ложных срабатываний электромагнита, приводящих к нарушению работы связанного с ним механизма.

Применение заявляемого электромагнита позволило создать промежуточное электромагнитное реле с малым временем включения и отключения с количеством контактов до 6 с номинальным током контактов 2 А, предназначенное для применения в устройствах релейной защиты и противоаварийной автоматики энергетических объектов. Заявляемый электромагнит позволит сократить затраты при организации производства промежуточного электромагнитного реле с малым временем включения и отключения. Заявляемое решение планируется использовать в I кв. 2006 г.

Источники информации

1. Промышленный каталог «Информэлектро» 07.23.05-04. Реле промежуточные серий РП16, РП17, РП18 (технические условия ТУ 16-647.003-84).

2. Коц Б.Э. Электромагниты постоянного тока с форсировкой. М.: «Энергия», 1973.

Формула изобретения

1. Электромагнит постоянного тока с форсировкой, содержащий последовательно соединенную обмотку и резистор, подключенные к источнику напряжения питания, размыкающий контакт, подключенный параллельно резистору, отличающийся тем, что введен пороговый элемент, вход которого подключен к выводу обмотки электромагнита, соединенной с источником напряжения питания, выход порогового элемента подключен к общей точке соединения резистора и размыкающего контакта электромагнита, а общий вывод порогового элемента подключен к источнику напряжения питания.

2. Электромагнит постоянного тока с форсировкой по п.1, отличающийся тем, что пороговый элемент содержит, по крайней мере, резисторы, полупроводниковый детектор напряжения, транзисторный ключ, конденсатор и диод, причем первый резистор порогового элемента одним выводом подключен к источнику напряжения питания, а другим – к входу полупроводникового детектора напряжения и одному из выводов второго резистора, другой вывод которого подключен к выходу полупроводникового детектора напряжения и одному из выводов третьего резистора, другой вывод которого подключен к базе транзисторного ключа, коллектор которого подключен к общей точке соединения резистора, последовательно соединенного с обмоткой электромагнита, и размыкающего контакта электромагнита, а эмиттер – к общему выводу полупроводникового детектора напряжения и источнику напряжения питания, конденсатор подключен между входом и общим выводом полупроводникового детектора напряжения, пятый резистор и диод, соединенные последовательно, подключены, по крайней мере, параллельно к цепочке, состоящей из обмотки электромагнита и соединенного последовательно с ней резистора.

РИСУНКИ