RU112499U1 - BISTABLE ELECTROMAGNETIC DRIVE OF SWITCHING DEVICE - Google Patents
BISTABLE ELECTROMAGNETIC DRIVE OF SWITCHING DEVICE Download PDFInfo
- Publication number
- RU112499U1 RU112499U1 RU2011127588/07U RU2011127588U RU112499U1 RU 112499 U1 RU112499 U1 RU 112499U1 RU 2011127588/07 U RU2011127588/07 U RU 2011127588/07U RU 2011127588 U RU2011127588 U RU 2011127588U RU 112499 U1 RU112499 U1 RU 112499U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coils
- windings
- electromagnetic drive
- bistable
- coil
- Prior art date
Links
Landscapes
- Electromagnets (AREA)
- Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)
Abstract
1. Бистабильный электромагнитный привод коммутационного устройства, содержащий бистабильный электромагнит, состоящий из неподвижной части магнитопровода с расположенными в ней катушками включения и выключения и по меньшей мере одним постоянным магнитом и подвижной части магнитопровода, выполненной с возможностью соединения с исполнительным механизмом коммутационного устройства, и устройство для управления бистабильным электромагнитом, выполненное с возможностью подключения обмоток катушек включения и выключения по меньшей мере к одному источнику постоянного или выпрямленного тока, отличающийся тем, что упомянутое устройство содержит по меньшей мере один элемент для формирования заданного значения тока в обмотках катушек и выполнено с возможностью одновременного подключения обмоток катушек включения и выключения к источнику постоянного или выпрямленного тока при включении и выключении электромагнитного привода, при этом при включении электромагнитного привода обмотка катушки включения соединена с источником постоянного или выпрямленного тока непосредственно, а обмотка катушки выключения соединена с упомянутым источником тока через элемент для формирования заданного значения тока в обмотках катушек, при выключении электромагнитного привода обмотка катушки выключения соединена с источником постоянного или выпрямленного тока непосредственно, а обмотка катушки включения соединена с упомянутым источником тока через элемент для формирования заданного значения тока в обмотках катушек. ! 2. Бистабильный электромагнитный привод по п.1, отличающийся тем, что устройство для управления биста� 1. Bistable electromagnetic drive of a switching device containing a bistable electromagnet, consisting of a fixed part of the magnetic circuit with on and off coils located in it and at least one permanent magnet and a movable part of the magnetic circuit made with the possibility of being connected to the actuator of the switching device, and a device for control of a bistable electromagnet, made with the possibility of connecting the windings of the on and off coils to at least one source of direct or rectified current, characterized in that the said device contains at least one element for generating a set current value in the windings of the coils and is made with the possibility of simultaneous connection coils of on and off coils to a source of direct or rectified current when the electromagnetic drive is turned on and off, while when the electromagnetic drive is turned on, the coil winding with is connected to a direct or rectified current source directly, and the turning-off coil winding is connected to the said current source through an element to form a predetermined current value in the coil windings, when the electromagnetic drive is turned off, the turning-off coil winding is directly connected to the direct or rectified current source, and the turning-on coil winding is connected with the above-mentioned current source through the element for generating a predetermined current value in the windings of the coils. ! 2. Bistable electromagnetic drive according to claim 1, characterized in that the device for controlling the bist
Description
Полезная модель относится к области электротехники, а именно к бистабильным электромагнитным приводам высоковольтных выключателей, используемых для коммутации силовых энергетических сетей.The utility model relates to the field of electrical engineering, namely to bistable electromagnetic drives of high voltage circuit breakers used for switching power energy networks.
Известен бистабильный электромагнитный привод коммутационного устройства (см. Проспект. - Вакуумный выключатель с магнитным приводом типа VM1. ABB Power Distribution. - 12 с., прилагается), содержащий бистабильный электромагнит, состоящий из неподвижной части магнитопровода с расположенными в ней катушками включения и выключения и двумя постоянными магнитами и подвижной части магнитопровода, выполненной с возможностью соединения с исполнительным механизмом коммутационного устройства, и устройство для управления бистабильным электромагнитом, выполненное с возможностью подключения обмоток катушек включения и выключения к одному источнику постоянного тока. Подвижная часть магнитопровода выполнена в виде якоря, расположенного внутри неподвижной части магнитопровода с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси катушек. Длина якоря меньше высоты неподвижной части магнитопровода на заданную величину хода. Бистабильный электромагнит выполнен с возможностью образования одного немагнитного воздушного зазора в магнитных цепях включения и выключения в двух стабильных положениях якоря. Фиксирование якоря в этих положениях обеспечивается постоянными магнитами, создающими при обесточенных катушках эффект "магнитной защелки". Включение и выключение электромагнитного привода осуществляется при подаче тока, соответственно, в обмотку катушки включения или выключения за счет создания ими в магнитной цепи сил притяжения якоря, превышающих по значению и противоположных по направлению силам, удерживающим его в стабильных положениях. После перемещения якоря из одного в противоположное стабильное положение обмотка соответствующей катушки отключается от источника постоянного тока посредством устройства для управления бистабильным электромагнитом. Устройство для управления бистабильным электромагнитом содержит электронные элементы для управления режимами работы катушек включения и выключения, для контроля состояния коммутационного устройства и для управления процессом аккумулирования энергии в источнике постоянного тока, выполненном в виде конденсатора. Упомянутое устройство выполнено с возможностью попеременного подключения обмоток катушек включения и выключения к конденсатору. Известный электромагнитный привод используется в конструкции высоковольтного выключателя VM1 производства компании ABB.Known bistable electromagnetic drive switching device (see. Prospect. - Vacuum circuit breaker with a magnetic drive type VM1. ABB Power Distribution. - 12 S., attached), containing a bistable electromagnet, consisting of a fixed part of the magnetic circuit with the inclusion on and off coils and two permanent magnets and a moving part of the magnetic circuit, made with the possibility of connection with the actuator of the switching device, and a device for controlling a bistable electromagnet, with the ability to connect the windings of the on and off coils to a single DC source. The moving part of the magnetic circuit is made in the form of an anchor located inside the fixed part of the magnetic circuit with the possibility of reciprocating movement along the axis of the coils. The length of the anchor is less than the height of the fixed part of the magnetic circuit by a predetermined stroke. The bistable electromagnet is configured to form one non-magnetic air gap in the magnetic on and off circuits in two stable positions of the armature. The anchor is fixed in these positions by permanent magnets, which create a “magnetic latch” effect when the coils are de-energized. Turning the electromagnetic drive on and off is carried out when the current is applied, respectively, to the winding of the on or off coil due to the creation of the armature attractive forces in the magnetic circuit, exceeding in value and opposite in direction the forces holding it in stable positions. After moving the armature from one to the opposite stable position, the coil of the corresponding coil is disconnected from the DC source by means of a device for controlling a bistable electromagnet. A device for controlling a bistable electromagnet contains electronic elements for controlling the operating modes of the on and off coils, for monitoring the status of the switching device and for controlling the process of energy storage in the DC source, made in the form of a capacitor. The said device is configured to alternately connect the windings of the on and off coils to the capacitor. The well-known electromagnetic drive is used in the design of high-voltage circuit breaker VM1 manufactured by ABB.
Недостатками известного бистабильного электромагнитного привода коммутационного устройства являются:The disadvantages of the known bistable electromagnetic drive switching device are:
- относительно небольшое значение тяговой силы в бистабильном электромагните при переходе из одного стабильного положения в другое, обусловленное попеременным подключением обмоток катушек к источнику постоянного тока, что вызывает необходимость в подаче на них большого тока для создания тяговой силы, достаточной для перемещения якоря из одного стабильного положения в другое;- a relatively small value of the traction force in a bistable electromagnet when moving from one stable position to another, due to the alternate connection of the coil windings to a constant current source, which necessitates the supply of a large current to them to create a traction force sufficient to move the armature from one stable position to another;
- относительно большое время срабатывания бистабильного электромагнита при включении и выключении коммутационного устройства, обусловленное большой длительностью нарастания магнитного потока, необходимого для создания требуемых тяговых сил;- a relatively large response time of a bistable electromagnet when turning on and off the switching device, due to the long duration of the increase in magnetic flux necessary to create the required traction forces;
- относительно большая емкость и стоимость конденсатора, используемого в качестве источника постоянного тока.- the relatively large capacity and cost of the capacitor used as a constant current source.
Известен бистабильный электромагнитный привод коммутационного устройства (см. патент UA №72320, Н01Н 33/66, дата публикации 15.02.2005), содержащий бистабильный электромагнит, состоящий из неподвижной части магнитопровода с расположенными в ней катушками включения и выключения и двумя постоянными магнитами и подвижной части магнитопровода, выполненной с возможностью соединения с исполнительным механизмом коммутационного устройства, и устройство для управления бистабильным электромагнитом, выполненное с возможностью подключения обмоток катушек включения и выключения к источнику постоянного тока. Подвижная часть магнитопровода выполнена в виде якоря, расположенного внутри неподвижной части магнитопровода с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси катушек. Длина якоря меньше высоты неподвижной части магнитопровода на заданную величину хода. Бистабильный электромагнит выполнен с возможностью образования одного немагнитного воздушного зазора в магнитных цепях включения и выключения в стабильных положениях якоря. Фиксирование якоря в этих положениях обеспечивается постоянными магнитами, создающими при обесточенных катушках эффект "магнитной защелки". Включение и выключение электромагнитного привода осуществляется при подаче тока, соответственно, в обмотку катушки включения или выключения за счет создания ими в магнитной цепи сил притяжения якоря, превышающих по значению и противоположных по направлению силам, удерживающим его в стабильных положениях. После перемещения якоря из одного в противоположное стабильное положение обмотка соответствующей катушки отключается от источника постоянного тока посредством устройства для управления бистабильным электромагнитом. Устройство для управления бистабильным электромагнитом содержит электромеханические элементы для управления режимами работы катушек включения и выключения, для контроля состояния коммутационного устройства и для управления процессом аккумулирования энергии в источнике постоянного тока, выполненном в виде конденсатора. Упомянутое устройство выполнено с возможностью попеременного подключения обмоток катушек включения и выключения к основному источнику постоянного или выпрямленного тока, при этом обмотка катушки выключения соединена с дополнительным источником постоянного тока - конденсатором, что обеспечивает бесперебойность ее питания при аварийном отключении основного источника.Known bistable electromagnetic drive switching device (see patent UA No. 72320, H01H 33/66, publication date 02/15/2005) containing a bistable electromagnet consisting of a fixed part of the magnetic circuit with on and off coils located in it and two permanent magnets and a moving part magnetic circuit, made with the possibility of connection with the actuator of the switching device, and a device for controlling a bistable electromagnet, configured to connect the coil windings Power on and off to the DC power source. The moving part of the magnetic circuit is made in the form of an anchor located inside the fixed part of the magnetic circuit with the possibility of reciprocating movement along the axis of the coils. The length of the anchor is less than the height of the fixed part of the magnetic circuit by a predetermined stroke. The bistable electromagnet is configured to form one non-magnetic air gap in the magnetic on and off circuits in stable positions of the armature. The anchor is fixed in these positions by permanent magnets, which create a “magnetic latch” effect when the coils are de-energized. Turning the electromagnetic drive on and off is carried out when the current is applied, respectively, to the winding of the on or off coil due to the creation of the armature attractive forces in the magnetic circuit, exceeding in value and opposite in direction the forces holding it in stable positions. After moving the armature from one to the opposite stable position, the coil of the corresponding coil is disconnected from the DC source by means of a device for controlling a bistable electromagnet. A device for controlling a bistable electromagnet contains electromechanical elements for controlling the operating modes of on and off coils, for monitoring the state of a switching device and for controlling the process of energy storage in a DC source made in the form of a capacitor. The said device is made with the possibility of alternately connecting the windings of the on and off coils to the main source of direct or rectified current, while the winding of the shutdown coil is connected to an additional DC source - a capacitor, which ensures uninterrupted power supply during an emergency shutdown of the main source.
Усовершенствование конструкции устройства для управления бистабильным электромагнитом позволило повысить надежность и безопасность работы привода. Известный бистабильный электромагнитный привод апробирован в конструкции высоковольтного выключателя серии ВР2 производства компании Ровенский завод высоковольтной аппаратуры.Improving the design of the device for controlling a bistable electromagnet has increased the reliability and safety of the drive. The well-known bistable electromagnetic drive has been tested in the design of the BP2 series high-voltage circuit breaker manufactured by the Rivne High-Voltage Equipment Plant.
Недостатками известного бистабильного электромагнитного привода коммутационного устройства являются:The disadvantages of the known bistable electromagnetic drive switching device are:
- относительно небольшое значение тяговой силы в бистабильном электромагните при переходе из одного стабильного положения в другое, обусловленная попеременным подключением обмоток катушек к источнику постоянного тока, что вызывает необходимость в подаче на них большого тока для создания тяговой силы, достаточной для перемещения якоря из одного стабильного положения в другое;- a relatively small value of the traction force in a bistable electromagnet when moving from one stable position to another, due to the alternate connection of the coil windings to a constant current source, which makes it necessary to supply a large current to them to create a traction force sufficient to move the armature from one stable position to another;
- относительно большое время срабатывания бистабильного электромагнита при включении и выключении коммутационного устройства, обусловленное большой длительностью нарастания магнитного потока, необходимого для создания требуемых тяговых сил;- a relatively large response time of a bistable electromagnet when turning on and off the switching device, due to the long duration of the increase in magnetic flux necessary to create the required traction forces;
- относительно большая емкость и стоимость конденсатора, используемого в качестве дополнительного источника постоянного тока.- the relatively large capacity and cost of the capacitor used as an additional DC source.
Указанные недостатки в совокупности снижают технические характеристики бистабильного электромагнитного привода коммутационного устройства при одновременном его удорожании.These shortcomings in the aggregate reduce the technical characteristics of a bistable electromagnetic drive of a switching device while increasing its cost.
В основу полезной модели поставленная задача создания такой конструкции бистабильного электромагнитного привода коммутационного устройства, в которой за счет иной взаимосвязи обмоток катушек включения и выключения с устройством для управления бистабильным электромагнитом и иного конструктивного выполнения упомянутого устройства обеспечивается существенное повышение величины тяговой силы бистабильного электромагнита при меньшем значении тока в его обмотках, что позволяет повысить быстродействие привода при одновременном снижении его стоимости.The utility model is based on the task of creating such a design of a bistable electromagnetic drive of a switching device in which, due to a different interconnection of the windings of the on and off coils with a device for controlling a bistable electromagnet and other structural design of the said device, a significant increase in the traction force of a bistable electromagnet is ensured at a lower current in its windings, which allows to increase the speed of the drive while lowering ii its value.
Поставленная задача решается тем, что в бистабильном электромагнитном приводе коммутационного устройства, содержащем бистабильный электромагнит, состоящий из неподвижной части магнитопровода с расположенными в ней катушками включения и выключения и по меньшей мере одним постоянным магнитом и подвижной части магнитопровода, выполненной с возможностью соединения с исполнительным механизмом коммутационного устройства, и устройство для управления бистабильным электромагнитом, выполненное с возможностью подключения обмоток катушек включения и выключения по меньшей мере к одному источнику постоянного или выпрямленного тока, согласно полезной модели упомянутое устройство содержит по меньшей мере один элемент для формирования заданного значения тока в обмотках катушек и выполнено с возможностью одновременного подключения обмоток катушек включения и выключения к источнику постоянного или выпрямленного тока при включении и выключении электромагнитного привода, при этом при включении электромагнитного привода обмотка катушки включения соединена с источником постоянного или выпрямленного тока непосредственно, а обмотка катушки выключения соединена с упомянутым источником тока через элемент для формирования заданного значения тока в обмотках катушек, при выключении электромагнитного привода обмотка катушки выключения соединена с источником постоянного или выпрямленного тока непосредственно, а обмотка катушки включения соединена с упомянутым источником тока через элемент для формирования заданного значения тока в обмотках катушек.The problem is solved in that in a bistable electromagnetic drive of a switching device containing a bistable electromagnet, consisting of a fixed part of the magnetic circuit with on and off coils located in it and at least one permanent magnet and a moving part of the magnetic circuit, made with the possibility of connection with the switching actuator devices, and a device for controlling a bistable electromagnet, configured to connect coil windings switching on and off to at least one DC or rectified current source, according to a utility model, said device comprises at least one element for generating a predetermined current value in coil windings and is configured to simultaneously connect on and off coil windings to a constant or rectified current source when turning on and off the electromagnetic drive, while turning on the electromagnetic drive, the winding of the switching coil is connected to the source direct or rectified current directly, and the winding of the shutdown coil is connected to said current source through an element to form a predetermined current value in the windings of the coils, when the electromagnetic drive is turned off, the winding of the shutdown coil is connected to a constant or rectified current source, and the winding of the turn-on coil is connected to said source current through the element to form a predetermined current value in the windings of the coils.
При этом устройство для управления бистабильным электромагнитом выполнено с возможностью одновременного подключения обмоток катушек включения и выключения к общему или к отдельным источникам постоянного или выпрямленного тока.Moreover, the device for controlling a bistable electromagnet is configured to simultaneously connect the windings of the on and off coils to a common or separate sources of direct or rectified current.
Совокупность общих и отличительных существенных признаков формулы полезной модели позволяет реализовать в заявляемой конструкции бистабильного электромагнитного привода при его включении и выключении существенное увеличение тяговой силы бистабильного электромагнита при меньшем значении тока в обмотках катушек. Выполнение устройства для управления бистабильным электромагнитом, по меньшей мере, с одним элементом для формирования заданного значения тока позволяет подавать в обмотки катушек постоянный ток с определенными параметрами, которые выбираются, например, с учетом конструктивного исполнения и назначения коммунационного устройства. Выполнение упомянутого устройства с возможностью одновременного подключения обмоток катушек включения и выключения к источнику постоянного или выпрямленного тока при включении и выключении электромагнитного привода, а также с возможностью соединения при включении электромагнитного привода обмотки катушки включения непосредственно с источником тока и обмотки катушки выключения - через элемент для формирования заданного значения тока и при выключении электромагнитного привода обмотки катушки выключения непосредственно с источником тока и обмотки катушки включения - через упомянутый элемент обеспечивает создание в бистабильном электромагните суммарные магнитные поля, существенно повышающие его тяговые силы, воздействующие на подвижную часть магнитопровода при переходе из одного стабильного положения в другое. Это позволяет существенно снизить значение тока в обмотках катушек при включении и выключении электромагнитного привода и сократить продолжительность процесса преодоления магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом для удержания подвижной части магнитопровода в его крайних положениях. Снижение значения тока в обмотках катушек при включении и выключении электромагнитного привода позволяет, в свою очередь, использовать в конструкции коммутационного устройства иные источники постоянного или выпрямленного тока, например, конденсаторы с меньшей емкостью или оперативные источники питания коммутационного устройства меньшей мощности. За счет этого указанный результат может быть достигнут при одновременном снижении стоимости электромагнитного привода коммутационного устройства.The combination of common and distinctive essential features of the utility model formula allows to realize in the claimed design of a bistable electromagnetic drive when it is turned on and off, a significant increase in the traction force of a bistable electromagnetic magnet with a lower current value in the coil windings. The implementation of a device for controlling a bistable electromagnet with at least one element for generating a predetermined current value allows direct current to be supplied to the coil windings with certain parameters that are selected, for example, taking into account the design and purpose of the utility device. The implementation of the aforementioned device with the possibility of simultaneously connecting the windings of the on and off coils to a constant or rectified current source when turning on and off the electromagnetic drive, as well as with the possibility of connecting when turning on the electromagnetic drive of the winding of the turn-on coil directly with the current source and the winding of the turn-off coil through an element for forming set value of the current and when turning off the electromagnetic drive of the coil winding shutdown directly from the source ohm of current and windings of the switching coil - through the mentioned element it ensures creation of total magnetic fields in a bistable electromagnet that significantly increase its traction forces acting on the moving part of the magnetic circuit when moving from one stable position to another. This allows you to significantly reduce the current value in the coil windings when turning on and off the electromagnetic drive and to reduce the duration of the process of overcoming the magnetic field created by the permanent magnet to hold the movable part of the magnetic circuit in its extreme positions. Reducing the current value in the coil windings when turning on and off the electromagnetic drive allows, in turn, to use other sources of direct or rectified current in the design of the switching device, for example, capacitors with a lower capacity or operational power supplies of a switching device of lower power. Due to this, the specified result can be achieved while reducing the cost of the electromagnetic drive of the switching device.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется представленными фигурами чертежей, где на фиг.1 - принципиальная схема бистабильного электромагнитного привода; на фиг.2 - принципиальная схема магнитной цепи и направления магнитных потоков при обесточенных обмотках катушек (выключенное состояние); на фиг.3 - то же при включении привода; на фиг.4 - принципиальная электрическая схема исполнения привода с общим источником постоянного тока при включении привода; на фиг.5 - то же при выключении привода; на фиг.6 - принципиальная электрическая схема исполнения привода с отдельными источниками постоянного тока при включении привода; на фиг.7 - то же при выключении привода.The essence of the claimed utility model is illustrated by the figures of the drawings, where in Fig.1 is a schematic diagram of a bistable electromagnetic drive; figure 2 is a schematic diagram of a magnetic circuit and the direction of magnetic flux when de-energized windings of the coils (off state); figure 3 - the same when you turn on the drive; figure 4 is a circuit diagram of a drive with a common DC source when the drive is turned on; figure 5 is the same when turning off the drive; 6 is a schematic electrical diagram of a drive with individual DC sources when the drive is turned on; Fig.7 is the same when turning off the drive.
Бистабильный электромагнитный привод коммутационного устройства содержит (фиг.1) бистабильный электромагнит 1, состоящий из неподвижной части магнитопровода 2 с расположенными в ней соосно катушками включения 3 и выключения 4 и двумя постоянными магнитами 5 и подвижной части магнитопровода 6, и устройство 7 для управления бистабильным электромагнитом, выполненное с возможностью подключения обмоток упомянутых катушек 3 и 4 к источнику постоянного или выпрямленного тока 8. Подвижная часть магнитопровода 6 выполнена в виде якоря, размещенного в упомянутой неподвижной части 2 с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси катушек 3, 4. Длина якоря меньше высоты неподвижной части магнитопровода 2 на заданную величину его хода. Якорь посредством промежуточного механического устройства соединен с подвижными контактами коммутационного устройства (не показаны). Бистабильный электромагнит 1 выполнен с одним немагнитным воздушным зазором (не обозначен), который образуется между неподвижной частью магнитопровода 2 и торцом якоря в каждом из стабильных положений - включения или выключения.The bistable electromagnetic drive of the switching device contains (Fig. 1) a bistable electromagnet 1, which consists of a fixed part of the magnetic circuit 2 with coaxially turned on and off coils 3 and two permanent magnets 5 and a movable part of the magnetic circuit 6, and a device 7 for controlling a bistable electromagnet made with the possibility of connecting the windings of the mentioned coils 3 and 4 to a constant or rectified current source 8. The movable part of the magnetic circuit 6 is made in the form of an armature placed in said stationary part 2 with the possibility of reciprocating movement along the axis of the coils 3, 4. The length of the armature is less than the height of the fixed part of the magnetic circuit 2 by a predetermined amount of its stroke. An anchor is connected via an intermediate mechanical device to the movable contacts of a switching device (not shown). The bistable electromagnet 1 is made with one non-magnetic air gap (not indicated), which is formed between the fixed part of the magnetic circuit 2 and the end of the armature in each of the stable positions — on or off.
Устройство 7 для управления бистабильным электромагнитом содержит, по меньшей мере, один элемент для формирования заданного значения тока 9 в обмотках катушек 3, 4 и выполнено с возможностью одновременного подключения обмоток катушек включения 3 и выключения 4 к источнику постоянного или выпрямленного тока 8 при включении и выключении электромагнитного привода. Постоянные магниты 5 намагничены встречно друг другу, при этом поверхности одной пары одноименных полюсов N прилегают к якорю, а другой пары одноименных полюсов S - к неподвижной части 2 магнитопровода бистабильного электромагнита 1 (фиг.2) При обесточенных обмотках катушек включения 3 и выключения 4 и направлениях намагничивания постоянных магнитов 5, соответствующих обозначениям N и S, создаваемые ими магнитные потоки Ф1 и Ф2 направлены встречно (обозначены стрелками). При указанных направлениях намагничивания постоянных магнитов 5 после соединения обмоток катушек включения 3 и выключения 4 с источником постоянного тока 8 (фиг.3) в упомянутых обмотках проходят токи во встречном направлении (обозначены стрелками), в результате чего в магнитной системе одновременно с магнитными потоками Ф1 и Ф2 создаются магнитные потоки Ф3 и Ф4, направление которых совпадает с направлением магнитного потока Ф2, и противоположно к направлению магнитного потока Ф1.The device 7 for controlling a bistable electromagnet contains at least one element for generating a predetermined current value 9 in the windings of the coils 3, 4 and is configured to simultaneously connect the windings of the on-off coils 3 and off 4 to a constant or rectified current source 8 when turned on and off electromagnetic drive. Permanent magnets 5 are magnetized counter to each other, while the surfaces of one pair of the same name poles N are adjacent to the armature, and the other pairs of the same poles S are adjacent to the fixed part 2 of the magnetic circuit of the bistable electromagnet 1 (Fig. 2) With de-energized windings of the on and off coils 3 and 4 and 4 directions of magnetization of permanent magnets 5 corresponding to the designations N and S, the magnetic fluxes F 1 and F 2 generated by them are directed in the opposite direction (indicated by arrows). With the indicated directions of magnetization of permanent magnets 5, after connecting the windings of the on-coil 3 and off 4 to a direct current source 8 (Fig. 3), the currents flow in the opposite direction (indicated by arrows) in the mentioned windings, as a result of which in the magnetic system simultaneously with magnetic fluxes Ф 1 and F 2 creates magnetic fluxes F 3 and F 4 , the direction of which coincides with the direction of the magnetic flux F 2 , and opposite to the direction of the magnetic flux F 1 .
В рассматриваемых примерах исполнения бистабильного электромагнитного привода устройство 7 для управления бистабильным электромагнитом выполнено с образованием замкнутого контура между элементом для формирования заданного значения тока 9 и обмотками катушек включения 3 и выключения 4. При этом, в случае использования для работы бистабильного электромагнитного привода одного источника постоянного или выпрямленного тока 8 упомянутое устройство 7 выполнено таким образом, что при включении привода обмотка катушки включения 3 соединена с источником постоянного или выпрямленного тока 8 непосредственно, а обмотка катушки выключения 4 соединена с упомянутым источником тока через элемент для формирования заданного значения тока 9 (фиг.4), при выключении привода обмотка катушки выключения 4 соединена с источником постоянного или выпрямленного тока 8 непосредственно, а обмотка катушки включения 3 соединена с упомянутым источником тока через элемент для формирования заданного значения тока 9 (фиг.5). При использовании для работы бистабильного электромагнитного привода двух источников постоянного или выпрямленного тока 10 и 11 упомянутое устройство 7 выполнено таким образом, что при включении привода обмотка катушки включения 3 соединена с источником постоянного или выпрямленного тока 10 непосредственно, а обмотка катушки выключения 4 - через элемент для формирования значения тока 9 (фиг.6), при выключении привода обмотка катушки выключения 4 соединена с источником постоянного или выпрямленного тока 11 непосредственно, а обмотка катушки включения 3 - через элемент для формирования значения тока 9 (фиг.7). В обоих примерах исполнения элемент для формирования заданного значения тока 9 может быть выполнен, например, в виде резистора.In the considered examples of the bistable electromagnetic drive, the device 7 for controlling the bistable electromagnet is made with the formation of a closed loop between the element for forming the set current value 9 and the windings of the on and off coils 3. Moreover, in the case of using the bistable electromagnetic drive for a single source of constant or rectified current 8, said device 7 is designed so that when the drive is turned on, the winding of the inclusion coil 3 is connected to a direct or rectified current source 8 directly, and the winding of the shutdown coil 4 is connected to said current source through an element for generating a predetermined current value 9 (FIG. 4), when the drive is turned off, the winding of the shutdown coil 4 is connected to a constant or rectified current source 8 directly, and the coil winding of the inclusion 3 is connected to the aforementioned current source through the element to form a predetermined current value 9 (Fig.5). When using two direct current or rectified current sources 10 and 11 for operation of a bistable electromagnetic drive, the aforementioned device 7 is designed in such a way that when the drive is turned on, the winding of the inclusion coil 3 is connected directly to the source of direct or rectified current 10, and the winding of the shutdown coil 4 is connected through an element for the formation of the current value 9 (Fig.6), when the drive is turned off, the coil of the shutdown coil 4 is connected directly to the source of direct or rectified current 11, and the coil winding in switching 3 - through the element to form the value of current 9 (Fig.7). In both examples of execution, the element for forming a given value of current 9 can be performed, for example, in the form of a resistor.
Описанное в примерах и представленное на чертежах техническое решение может быть реализовано в бистабильных электромагнитных приводах различного конструктивного исполнения, которые содержат совокупность существенных признаков, включенных в формулу полезной модели. Например, бистабильный электромагнит может быть выполнен с двумя или более немагнитными воздушными зазорами в магнитной системе. Например, подвижная часть магнитопровода может быть выполнена в виде штока из немагнитного материала, расположенного внутри неподвижной части магнитопровода, и двух якорей, закрепленных на противоположных концах штока с внешней стороны упомянутой неподвижной части. Например, катушки включения и/или выключения могут быть выполнены с несколькими обмотками. Например, бистабильный электромагнит может быть выполнен не с возвратно-поступательным перемещением его подвижной части относительно неподвижной части магнитопровода, а с возвратно-вращательным перемещением на заданный угол. Например, неподвижная часть магнитопровода может быть выполнена круглой или иной формы. Например, устройство для управления бистабильным электромагнитом может содержать элементы для формирования заданного значения тока иного конструктивного исполнения, выполненные, в частности, в виде комбинаций пассивных (резисторы, конденсаторы, индукторы) и активных (транзисторы, тиристоры и др.) элементов электрических цепей, обеспечивающих получение вышеуказанного технического результата.The technical solution described in the examples and presented in the drawings can be implemented in bistable electromagnetic drives of various designs, which contain a combination of essential features included in the utility model formula. For example, a bistable electromagnet may be configured with two or more non-magnetic air gaps in a magnetic system. For example, the movable part of the magnetic circuit can be made in the form of a rod of non-magnetic material located inside the fixed part of the magnetic circuit, and two anchors mounted on opposite ends of the rod on the outside of the fixed part. For example, on and / or off coils can be made with multiple windings. For example, a bistable electromagnet can be made not with the reciprocating movement of its moving part relative to the fixed part of the magnetic circuit, but with the reciprocating movement of the given angle. For example, the fixed part of the magnetic circuit can be made round or other shape. For example, a device for controlling a bistable electromagnet may contain elements for generating a given current value of a different design, made, in particular, in the form of combinations of passive (resistors, capacitors, inductors) and active (transistors, thyristors, etc.) elements of electrical circuits that provide obtaining the above technical result.
Работа заявляемого бистабильного электромагнитного привода поясняется на примере его исполнения с бистабильным электромагнитом, выполненным с одним немагнитным воздушным зазором. Привод работает следующим образом.The operation of the inventive bistable electromagnetic drive is illustrated by the example of its implementation with a bistable electromagnet made with one non-magnetic air gap. The drive operates as follows.
В исходном (выключенном) положении бистабильного электромагнитного привода при обесточенных обмотках катушек включения 3 и выключения 4 (фиг.2) встречно намагниченные постоянные магниты 5 создают в бистабильном электромагните 1 магнитные потоки Ф1 и Ф2 и соответствующие им силы притяжения якоря к верхнему и нижнему горизонтальным участкам неподвижной части магнитопровода 2. Наличие немагнитного воздушного зазора между торцом якоря и нижним горизонтальным участком неподвижной части магнитопровода 2 существенно уменьшает магнитный поток Ф2 по сравнению с магнитным потоком Ф1, в результате чего сила притяжения якоря к верхнему горизонтальному участку значительно превышает силу его притяжения к противоположную нижнему участку. За счет разницы указанных сил якорь будет находиться в верхнем стабильном положении, соответствующем выключенному положению бистабильного электромагнитного привода.In the initial (off) position of the bistable electromagnetic drive with de-energized windings of the on and off coils 3 and 4 (Fig. 2), counter magnetized permanent magnets 5 create magnetic fluxes F 1 and F 2 in bistable electromagnet 1 and the corresponding forces of attraction of the armature to the upper and lower horizontal sections of the fixed part of the magnetic circuit 2. The presence of a non-magnetic air gap between the end of the armature and the lower horizontal section of the fixed part of the magnetic circuit 2 significantly reduces the magnetic flux F 2 as compared with the magnetic flux F 1, whereby attraction force of the armature to the upper horizontal portion considerably exceeds the force of attraction to the opposite of its lower portion. Due to the difference in the indicated forces, the anchor will be in the upper stable position corresponding to the off position of the bistable electromagnetic drive.
Включение привода осуществляют посредством устройства 7 для управления бистабильным электромагнитом путем одновременного соединения обмоток катушек включения 3 и выключения 4 с источником постоянного тока 8 (фиг.3, 4). При направлениях намагничивания постоянных магнитов 5, соответствующих обозначениям N и S, и соединении обмоток катушек включения 3 и выключения 4 с источником постоянного тока 8 в упомянутых обмотках проходят токи во встречном направлении. В этом случае обмотка катушки включения 3, подключенная к источнику постоянного тока 8 непосредственно, создаст магнитный поток Ф3, направленный встречно к потоку Ф1 в верхней части якоря и согласно с потоком Ф2 в нижней части якоря, в результате чего сила притяжения последнего к верхнему горизонтальному участку неподвижной части магнитопровода 2 уменьшится, а сила притяжения якоря к нижнему горизонтальному участку неподвижной части магнитопровода 2 увеличится. Для того, чтобы сила притяжения якоря к нижнему горизонтальному участку неподвижной части магнитопровода 2 превысила силу его притяжения к верхнему участку и якорь начал перемещаться в противоположное стабильное положение, через обмотку катушки включения 3 следует пропустить относительно большой ток. Однако, в результате одновременного подключения к источнику постоянного тока 8 обмотки катушки выключения 4 через элемент 9 для формирования заданного значения тока при заданном направления протекания в ней тока в магнитной системе создается магнитный поток Ф4, направленный встречно к потоку Ф1 в верхней части якоря, что дополнительно уменьшает силу его притяжения к верхнему горизонтальному участку неподвижной части магнитопровода 2. При этом суммарное значение тока в обмотках катушек включения 3 и выключения 4, необходимое для начала перемещения якоря бистабильного электромагнита 1 из одного (выключенного) стабильного положения в противоположное (включенное), оказывается существенно меньше, чем при подключении одной обмотки катушки включения 3, работающей без «помощи» обмотки катушки выключения 4. После перемещения якоря во включенное стабильное положение обмотки обеих катушек 3 и 4 обесточивают, а удержание якоря в этом положении обеспечивается за счет сил, создаваемых постоянными магнитами 5.The drive is switched on by means of a device 7 for controlling a bistable electromagnet by simultaneously connecting the windings of the inclusion 3 coils and 4 off coils with a direct current source 8 (Figs. 3, 4). When the directions of magnetization of permanent magnets 5, corresponding to the designations N and S, and the connection of the windings of the on / off coils 3 and 4 off with a constant current source 8, the currents flow in the opposite direction in the mentioned windings. In this case, the winding of the inclusion coil 3, connected directly to the direct current source 8, will create a magnetic flux Ф 3 directed opposite to the flux Ф 1 in the upper part of the armature and in accordance with the flux Ф 2 in the lower part of the armature, as a result of which the attraction force of the latter to the upper horizontal section of the fixed part of the magnetic circuit 2 will decrease, and the force of attraction of the armature to the lower horizontal section of the fixed part of the magnetic circuit 2 will increase. In order for the force of attraction of the armature to the lower horizontal portion of the fixed part of the magnetic circuit 2 to exceed the strength of its attraction to the upper portion and the armature begins to move to the opposite stable position, a relatively large current should be passed through the winding of the inclusion coil 3. However, as a result of the simultaneous connection of the winding of the shutdown coil 4 to the constant current source 8 through element 9 to form a predetermined current value for a given direction of current flow in it, a magnetic flux Φ 4 is created in the magnetic system, directed counter-current to the flux Φ 1 in the upper part of the armature which further reduces the force of its attraction to the upper horizontal portion of the fixed part of the magnetic circuit 2. Moreover, the total current value in the windings of the on and off coils 3 and 4, necessary to start the movement of the bistable electromagnet 1 armature from one (turned off) stable position to the opposite (turned on) position is significantly less than when connecting one winding of the turn-on coil 3, working without the “help” of the turn-off coil 4. After moving the armature to the turned-on stable position of the winding of both coils 3 and 4 are de-energized, and the anchor is held in this position due to the forces created by the permanent magnets 5.
Для выключения бистабильного электромагнитного привода в устройстве 7 для управления бистабильным электромагнитом обмотка катушки выключения 4 соединяется с источником постоянного тока 8 непосредственно, а обмотка катушки включения 3 соединяется с упомянутым источником через элемент 9 для формирования заданного значения тока. В результате сила притяжения якоря к верхнему горизонтальному участку неподвижной части магнитопровода 2 становится больше силы его притяжения к нижнему горизонтальному участку и начинается движение якоря в противоположное - выключенное стабильное положение. После перемещения якоря в выключенное стабильное положение устройство 7 для управления бистабильным электромагнитом обесточивает обмотки обеих катушек 3 и 4, а удержание якоря в этом положении обеспечивается за счет сил, создаваемых постоянными магнитами 5.To turn off the bistable electromagnetic drive in the device 7 for controlling the bistable electromagnet, the coil of the switch-off coil 4 is connected directly to the DC source 8, and the winding of the switch-on coil 3 is connected to the said source through the element 9 to form a given current value. As a result, the force of attraction of the anchor to the upper horizontal section of the fixed part of the magnetic circuit 2 becomes greater than the force of its attraction to the lower horizontal section and the movement of the armature in the opposite - off stable position begins. After moving the armature to the off stable position, the device 7 for controlling the bistable electromagnet de-energizes the windings of both coils 3 and 4, and the armature is held in this position due to the forces created by the permanent magnets 5.
Результаты экспериментальных исследований, выполненных на опытных образцах, спроектированных и изготовленных на основе заявляемого технического решения, подтвердили работоспособность предложенного бистабильного электромагнитного привода в составе коммутационных устройств и получение заданного технического результата. В частности, использование привода заявляемой конструкции позволяет обеспечить необходимую тяговую силу электромагнита при снижении на 20-30% суммарного тока в обмотках катушек включения и выключения по сравнению с электромагнитными приводами, выполненным с попеременным подключением обмоток. Примерно на столько же уменьшается и время срабатывания электромагнитного привода при включении и выключении коммутационного устройства. Указанный технический результат достигается при одновременном обеспечении надежности и безопасности эксплуатации коммутационного устройства.The results of experimental studies performed on prototypes designed and manufactured on the basis of the claimed technical solution, confirmed the operability of the proposed bistable electromagnetic drive as part of switching devices and obtaining the desired technical result. In particular, the use of a drive of the claimed design allows you to provide the necessary traction force of the electromagnet while reducing the total current in the windings of the on and off coils by 20-30% compared to electromagnetic drives made with alternating connection of the windings. The response time of the electromagnetic drive decreases by approximately the same amount when switching on and off the switching device. The specified technical result is achieved while ensuring the reliability and safety of operation of the switching device.
Claims (2)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAU201104818U UA64554U (en) | 2011-04-19 | 2011-04-19 | Bistable magnetic actuator for a switching device |
| UAU201104818 | 2011-04-19 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU112499U1 true RU112499U1 (en) | 2012-01-10 |
Family
ID=45784944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011127588/07U RU112499U1 (en) | 2011-04-19 | 2011-07-05 | BISTABLE ELECTROMAGNETIC DRIVE OF SWITCHING DEVICE |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU112499U1 (en) |
| UA (1) | UA64554U (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2681403C2 (en) * | 2014-07-18 | 2019-03-06 | Сафран Эркрафт Энджинз | Method for controlling bistable valve for turning off aircraft engine |
| RU2708377C1 (en) * | 2018-10-23 | 2019-12-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации Российской академии наук (СПИИРАН) | Magnetic-mechanical device for connection of modular structures |
| US20210352400A1 (en) * | 2017-05-08 | 2021-11-11 | Chuandong Magnetic Electronics Co., Ltd. | Linear movement bistable electromagnetic switch |
-
2011
- 2011-04-19 UA UAU201104818U patent/UA64554U/en unknown
- 2011-07-05 RU RU2011127588/07U patent/RU112499U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2681403C2 (en) * | 2014-07-18 | 2019-03-06 | Сафран Эркрафт Энджинз | Method for controlling bistable valve for turning off aircraft engine |
| US20210352400A1 (en) * | 2017-05-08 | 2021-11-11 | Chuandong Magnetic Electronics Co., Ltd. | Linear movement bistable electromagnetic switch |
| US11979708B2 (en) * | 2017-05-08 | 2024-05-07 | Chuandong Magnetic Electronics Co., Ltd. | Linear movement bistable electromagnetic switch |
| RU2708377C1 (en) * | 2018-10-23 | 2019-12-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации Российской академии наук (СПИИРАН) | Magnetic-mechanical device for connection of modular structures |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| UA64554U (en) | 2011-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9576714B2 (en) | Magnetic actuator | |
| KR100968462B1 (en) | Electro magnetic actuator using permanent magnetics and driving apparatus with the same | |
| JP5295858B2 (en) | Electromagnetic actuator, electromagnetically operated switchgear using the same, and control method thereof | |
| CN102110546A (en) | Anti-hopping vacuum contactor of high-speed frame-type repulsion mechanism | |
| CN202839195U (en) | Novel electromagnetic driving mechanism | |
| RU112499U1 (en) | BISTABLE ELECTROMAGNETIC DRIVE OF SWITCHING DEVICE | |
| WO2009112877A1 (en) | Principles of the tran-energy machines | |
| JP2010092746A (en) | Driving circuit for solenoid operation mechanism | |
| CN102024630A (en) | Electromagnetic release | |
| CN108550503A (en) | A kind of D.C. contactor | |
| CN103180928B (en) | For the circuit of electromagnetic switchgear | |
| KR20110012272A (en) | Electro magnetic actuator using permanent magnetics and driving apparatus with the same | |
| CN201503828U (en) | Electromagnetic trip | |
| CN201274237Y (en) | Permanent magnet lock type circuit breaker operation mechanism without friction obstacle during switching on and switching off | |
| RU2310941C1 (en) | Electromagnetic operating mechanism for high-voltage vacuum circuit breaker | |
| KR101288627B1 (en) | Magnetic contactor | |
| CN102339686A (en) | Low-consumption and high-efficiency electromagnetic system | |
| WO2012144965A1 (en) | Bistable electromagnetic drive for a switching device | |
| JP6252448B2 (en) | Switch and power converter | |
| JP4722601B2 (en) | Electromagnetic operation mechanism, power switch using the same, and power switch | |
| WO2005004312A1 (en) | A micro-power consuming reciprocating device | |
| CN104885179A (en) | Switch assembly | |
| RU82929U1 (en) | ELECTROMAGNETIC VACUUM CIRCUIT BREAKER | |
| RU196563U1 (en) | Arcless Electromechanical Contactor | |
| CN106935438B (en) | Control method and control device for magnetic operating mechanism |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20160706 |