RU65285U1

RU65285U1 - FAST ELECTROMAGNET

Info

Publication number: RU65285U1
Application number: RU2007105262/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Витальевич Мизинцев; Александр Леонидович Худояров; Константин Петрович Токарев
Original assignee: Александр Витальевич Мизинцев; Александр Леонидович Худояров
Priority date: 2007-02-12
Filing date: 2007-02-12
Publication date: 2007-07-27

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к защитной коммутационной аппаратуре, и может применяться для защиты от перегрузок и коротких замыканий электроустановок и линий постоянного и переменного тока. Сущность полезной модели заключается в быстродействующем электромагните, содержащем П-образный магнитопровод, в окно которого пропущена токоведущая шина, якорь и магнитный шунт, соединенный со стержнями магнитопровода и образующий магнитную цепь параллельно магнитной цепи якоря. В этом электромагните, согласно полезной модели, в магнитном шунте выполнен зазор, в который встроен постоянный магнит, намагниченный вдоль магнитного шунта. В частном случае реализации полезной модели П-образный магнитопровод, якорь и магнитный шунт выполнены шихтованными из тонколистовой ферромагнитной стали, а зазор в магнитном шунте, в который встроен постоянный магнит, зашунтирован дополнительным магнитным шунтом, выполненным из нешихтованной ферромагнитной стали. Дополнительный магнитный шунт при этом может быть установлен с возможностью изменения его положения относительно постоянного магнита. Дополнительный магнитный шунт также может быть выполнен составным из более чем одного элемента с возможностью изменения количества составляющих элементов и изменения, тем самым, размеров дополнительного магнитного шунта в любых его сечениях. Технический результат, достигаемый при использовании полезной модели, заключается в возможности уменьшения или увеличения магнитного сопротивления магнитопровода электромагнита при изменении направления тока в токоведущей шине и достижения, тем самым, способности срабатывания при прямом и обратном направлении тока при существенно отличающихся величинах этого тока. 4 п. формулы, 2 фиг. чертежей.The utility model relates to electrical engineering, in particular to protective switching equipment, and can be used to protect against overloads and short circuits of electrical installations and direct and alternating current lines. The essence of the utility model is a high-speed electromagnet containing a U-shaped magnetic circuit, through the window of which a current-carrying bus, an armature and a magnetic shunt are connected, connected to the cores of the magnetic circuit and forming a magnetic circuit parallel to the magnetic circuit of the armature. In this electromagnet, according to the utility model, a gap is made in the magnetic shunt, in which a permanent magnet magnetized along the magnetic shunt is integrated. In the particular case of the implementation of the utility model, the U-shaped magnetic circuit, the armature and the magnetic shunt are made of sheared from sheet ferromagnetic steel, and the gap in the magnetic shunt, in which the permanent magnet is integrated, is shunted by an additional magnetic shunt made of unshielded ferromagnetic steel. An additional magnetic shunt can be installed with the possibility of changing its position relative to the permanent magnet. An additional magnetic shunt can also be made composite of more than one element with the ability to change the number of constituent elements and thereby change the size of the additional magnetic shunt in any of its sections. The technical result achieved by using the utility model consists in the possibility of decreasing or increasing the magnetic resistance of the magnetic circuit of an electromagnet when changing the direction of the current in the current-carrying bus and, thus, achieving the response capability for the forward and reverse directions of the current with significantly different values of this current. 4 p. Of the formula, 2 FIG. drawings.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к защитной коммутационной аппаратуре, и может применяться для защиты от перегрузок и коротких замыканий электроустановок и линий постоянного и переменного тока.The utility model relates to electrical engineering, in particular to protective switching equipment, and can be used to protect against overloads and short circuits of electrical installations and direct and alternating current lines.

Известна конструкция притягивающего электромагнита, пригодного для использования в быстродействующих автоматических выключателях, содержащего П-образный магнитопровод, в окно которого пропущена токоведущая шина, и якорь [Голубев А.И., Быстродействующие автоматические выключатели, М.-Л., Энергия, 1964, с.88-89, Рис.36].A known design of an attractive electromagnet suitable for use in high-speed circuit breakers, containing a U-shaped magnetic circuit, through the window of which a current-carrying bus is passed, and an anchor [Golubev A.I., High-speed circuit breakers, M.-L., Energy, 1964, p. .88-89, Fig. 36].

Этот электромагнит способен выполнить работу отключения в короткий отрезок времени, однако в такой конструкции направление тока в токоведущей шине не влияет на значение тока, при котором якорь притянется к магнитопроводу.This electromagnet is able to perform shutdown work in a short period of time, however, in this design, the direction of the current in the current-carrying bus does not affect the current value at which the armature is attracted to the magnetic circuit.

Известен быстродействующий электромагнит, содержащий П-образный магнитопровод, в окно которого пропущена токоведущая шина, якорь и магнитный шунт, охваченный короткозамкнутым витком. Магнитный шунт соединен со стержнями магнитопровода и образует магнитную цепь, параллельную магнитной цепи якоря [А.С. СССР №262269 H01F 7/13, опубл. 26.01.1970, бюл. №6]. Магнитный шунт служит для уменьшения тока динамической уставки по сравнению со значением статической уставки при большой крутизне нарастания тока в защищаемой цепи, что увеличивает A high-speed electromagnet is known, containing a U-shaped magnetic circuit, through the window of which a current-carrying bus, an armature and a magnetic shunt, enclosed by a short-circuited coil, are passed. A magnetic shunt is connected to the rods of the magnetic circuit and forms a magnetic circuit parallel to the magnetic circuit of the armature [A.S. USSR No. 262269 H01F 7/13, publ. 01/26/1970, bull. No. 6]. The magnetic shunt serves to reduce the current of the dynamic setpoint compared with the value of the static setpoint with a large steepness of the current rise in the protected circuit, which increases

быстродействие электромагнита.speed of the electromagnet.

В этой конструкции также, как и в вышеприведенном аналоге, величина тока притягивания якоря не зависит от направления тока в токоведущей шине, что сужает область применения таких электромагнитов. В то же время на постах секционирования железных дорог или при защите выпрямителей от обратных токов имеется необходимость, чтобы значения токов, при которых якорь притянется к магнитопроводу, для прямого и обратного направлений токов в токоведущей шине были различны.In this design, as well as in the above analogue, the magnitude of the current attracting the armature does not depend on the direction of the current in the current-carrying bus, which narrows the scope of such electromagnets. At the same time, at railroad sectioning posts or when protecting rectifiers from reverse currents, there is a need for the current values at which the armature is drawn to the magnetic circuit to be different for the forward and reverse directions of currents in the busbar.

Полезная модель решает задачу создания быстродействующего электромагнита, способного срабатывать при прямом и обратном направлении тока в токоведущей шине при существенно отличающихся величинах этого тока.The utility model solves the problem of creating a high-speed electromagnet capable of operating in the forward and reverse direction of the current in the current-carrying bus with significantly different values of this current.

Технический результат, достигаемый полезной моделью, заключается в возможности уменьшения или увеличения магнитного сопротивления магнитопровода электромагнита при изменении направления тока в токоведущей шине.The technical result achieved by the utility model consists in the possibility of reducing or increasing the magnetic resistance of the magnetic circuit of an electromagnet when changing the direction of the current in the busbar.

Сущность полезной модели заключается в быстродействующем электромагните, содержащем П-образный магнитопровод, в окно которого пропущена токоведущая шина, якорь и магнитный шунт, соединенный со стержнями магнитопровода и образующий магнитную цепь параллельно магнитной цепи якоря. В этом электромагните, согласно полезной модели, в магнитном шунте выполнен зазор, в который встроен постоянный магнит, намагниченный вдоль магнитного шунта.The essence of the utility model is a high-speed electromagnet containing a U-shaped magnetic circuit, through the window of which a current-carrying bus, an armature and a magnetic shunt are connected, connected to the cores of the magnetic circuit and forming a magnetic circuit parallel to the magnetic circuit of the armature. In this electromagnet, according to the utility model, a gap is made in the magnetic shunt, in which a permanent magnet magnetized along the magnetic shunt is integrated.

В частном случае реализации полезной модели П-образный магнитопровод, якорь и магнитный шунт могут быть выполнены шихтованными из In the particular case of the implementation of the utility model, the U-shaped magnetic circuit, the armature and the magnetic shunt can be made of

тонколистовой ферромагнитной стали, а зазор в магнитном шунте, в который встроен постоянный магнит, зашунтирован дополнительным магнитным шунтом, выполненным из нешихтованной ферромагнитной стали. Дополнительный магнитный шунт при этом может быть установлен с возможностью изменения его положения относительно постоянного магнита. Дополнительный магнитный шунт также может быть выполнен составным из более чем одного элемента с возможностью изменения количества составляющих элементов и изменения, тем самым, размеров дополнительного магнитного шунта в любых его сечениях. В таких случаях исполнения при повышении быстродействия электромагнита достигается возможность изменения соотношения между значениями токов в прямом и обратном направлениях через токоведущую шину, при которых якорь притянется к П-образному магнитопроводу.sheet ferromagnetic steel, and the gap in the magnetic shunt, in which a permanent magnet is integrated, is shunted by an additional magnetic shunt made of unmounted ferromagnetic steel. An additional magnetic shunt can be installed with the possibility of changing its position relative to the permanent magnet. An additional magnetic shunt can also be made composite of more than one element with the ability to change the number of constituent elements and thereby change the size of the additional magnetic shunt in any of its sections. In such cases, when increasing the speed of the electromagnet, it is possible to change the ratio between the values of the currents in the forward and reverse directions through the current-carrying bus, in which the armature is attracted to the U-shaped magnetic circuit.

Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 схематично изображен патентуемый быстродействующий электромагнит. На фиг.2 изображен частный случай реализации полезной модели с дополнительным магнитным шунтом.The utility model is illustrated by the drawing, where Fig. 1 schematically shows a patented high-speed electromagnet. Figure 2 shows a special case of the implementation of the utility model with an additional magnetic shunt.

Быстродействующий электромагнит (фиг.1) содержит П-образный магнитопровод 1, в окно которого пропущена токоведущая шина 2, якорь 3, магнитный шунт 4. Магнитный шунт 4 соединен со стержнями магнитопровода 1 и содержит встроенный в его зазор постоянный магнит 5, намагниченный вдоль магнитного шунта. В быстродействующем электромагните (фиг.2) на постоянном магните 5 установлен дополнительный магнитный шунт 6, выполненный из нешихтованной ферромагнитной стали, при этом П-образный магнитопровод 1, якорь 3 и магнитный шунт 4 выполнены шихтованными из A high-speed electromagnet (Fig. 1) contains a U-shaped magnetic circuit 1, through the window of which a current-carrying bus 2, an armature 3, and a magnetic shunt 4. A magnetic shunt 4 is connected to the rods of the magnetic circuit 1 and contains a permanent magnet 5 magnetized along its magnetic shunt. In a high-speed electromagnet (Fig. 2), a permanent magnetic shunt 6 is installed on the permanent magnet 5, made of unhipped ferromagnetic steel, while the U-shaped magnetic core 1, armature 3 and magnetic shunt 4 are made of

тонколистовой ферромагнитной стали. В приведенных примерах (фиг.1, фиг.2) использован якорь трапецеидальной формы, что дает возможность снизить массу якоря при тех же электромагнитных силах, действующих на него. Более проста для изготовления прямоугольная форма якоря.sheet ferromagnetic steel. In the above examples (Fig. 1, Fig. 2), a trapezoidal anchor is used, which makes it possible to reduce the mass of the anchor with the same electromagnetic forces acting on it. The rectangular shape of the anchor is simpler for manufacturing.

Быстродействующий электромагнит работает следующим образом.High-speed electromagnet operates as follows.

Магнитный поток Ф2 (фиг.1) постоянного магнита 5 протекает в основном через магнитный шунт 4 и П-образный магнитопровод 1, и практически не протекает через якорь 3, так как между П-образым магнитопроводом и якорем имеется зазор, являющийся для этого магнитного потока достаточно большим сопротивлением. Магнитный поток Ф1, создаваемый током токоведущей шины 2, протекает в основном через П-образный магнитопровод 1 и якорь 3 и почти не протекает через магнитный шунт 4, так как для этого потока постоянный магнит 5 представляет собой значительно большее сопротивление, чем магнитное сопротивление зазора между П-образым магнитопроводом и якорем.The magnetic flux F2 (Fig. 1) of the permanent magnet 5 flows mainly through the magnetic shunt 4 and the U-shaped magnetic circuit 1, and practically does not flow through the armature 3, since there is a gap between the U-shaped magnetic circuit and the anchor, which is for this magnetic flux sufficiently large resistance. The magnetic flux F1, created by the current of the busbar 2, flows mainly through the U-shaped magnetic circuit 1 and the armature 3 and almost does not flow through the magnetic shunt 4, since for this flux the permanent magnet 5 represents a much greater resistance than the magnetic resistance of the gap between U-shaped magnetic core and anchor.

При определенном направлении тока, протекающего через токоведущую шину 2, магнитные потоки Ф1 и Ф2 протекают так, как показано на фиг.1 стрелками. В этом случае в П-образном магнитопроводе 1 эти потоки складываются, что приводит к насыщению материала П-образного магнитопровода. Насыщение материала магнитопровода приводит к значительному увеличению магнитного сопротивления П-образного магнитопровода 1, и, следовательно, к значительному ослаблению потока Ф1. В этом случае для притяжения якоря 3 к П-образному магнитопроводу 1 требуется значительная величина тока через токоведущую шину 2.With a certain direction of the current flowing through the current-carrying bus 2, the magnetic fluxes F1 and F2 flow as shown in Fig. 1 by arrows. In this case, in the U-shaped magnetic circuit 1, these flows are added, which leads to saturation of the material of the U-shaped magnetic circuit. The saturation of the material of the magnetic circuit leads to a significant increase in the magnetic resistance of the U-shaped magnetic circuit 1, and, consequently, to a significant weakening of the flux F1. In this case, to attract the armature 3 to the U-shaped magnetic circuit 1, a significant amount of current through the current-carrying bus 2 is required.

Если направление тока через токоведущую шину 2 изменится на противоположное, то поток Ф1 изменит свое направление, а направление потока Ф2 постоянного магнита 5 останется неизменным. Тогда в П-образном магнитопроводе 1 потоки Ф1 и Ф2 будут протекать в разных направлениях, что уменьшит суммарный поток, и, следовательно, уменьшит магнитное сопротивление П-образного магнитопровода. В этом случае якорь 3 притянется к П-образному магнитопроводу 1 при значительно меньшей величине тока, чем в первом случае.If the direction of the current through the current-carrying bus 2 changes to the opposite, then the flux F1 changes its direction, and the direction of the flux F2 of the permanent magnet 5 remains unchanged. Then, in the U-shaped magnetic circuit 1, the flows F1 and F2 will flow in different directions, which will reduce the total flux, and, therefore, reduce the magnetic resistance of the U-shaped magnetic circuit. In this case, the armature 3 will be attracted to the U-shaped magnetic circuit 1 at a significantly lower current value than in the first case.

Быстродействующий электромагнит, изображенный на фиг.2, содержит дополнительный магнитный шунт 6 из нешихтованной ферромагнитной стали, при этом П-образный магнитопровод 1, якорь 3 и магнитный шунт 4 выполнены шихтованными из тонколистовой ферромагнитной стали. Дополнительный магнитный шунт 6 шунтирует зазор в магнитном шунте 4, где расположен постоянный магнит 5. Такой быстродействующий электромагнит работает следующим образом.The high-speed electromagnet shown in figure 2, contains an additional magnetic shunt 6 of unmanned ferromagnetic steel, while the U-shaped magnetic circuit 1, the armature 3 and the magnetic shunt 4 are made of lined from sheet ferromagnetic steel. An additional magnetic shunt 6 shunts the gap in the magnetic shunt 4, where the permanent magnet 5 is located. Such a high-speed electromagnet operates as follows.

Магнитный поток Ф2 постоянного магнита 5 делится на два потока Ф5 и Ф6. Поток Ф5 протекает в основном через магнитный шунт 4 и П-образный магнитопровод 1, а поток Ф6 протекает через дополнительный магнитный шунт 6. Магнитный поток Ф1, создаваемый током токоведущей шины 2, делится на потоки Ф3 и Ф4. Поток Ф3 протекает через П-образный магнитопровод 1 и якорь 3, а поток Ф4 протекает через П-образный магнитопровод 1, магнитный шунт 4 и дополнительный магнитный шунт 6. Увеличение быстродействия достигается за счет того, что при большой скорости нарастания тока магнитный поток Ф4 не может нарастать с большой скоростью, так как дополнительный магнитный шунт выполнен из нешихтованной The magnetic flux F2 of the permanent magnet 5 is divided into two fluxes F5 and F6. The flux F5 flows mainly through the magnetic shunt 4 and the U-shaped magnetic circuit 1, and the flux F6 flows through the additional magnetic shunt 6. The magnetic flux F1 created by the current of the current-carrying bus 2 is divided into fluxes F3 and F4. The flux F3 flows through the U-shaped magnetic circuit 1 and the armature 3, and the flux F4 flows through the U-shaped magnetic circuit 1, magnetic shunt 4 and additional magnetic shunt 6. The increase in speed is achieved due to the fact that at a high slew rate the magnetic flux F4 does not can grow at high speed, since the additional magnetic shunt is made of unhipped

ферромагнитной стали, что приводит к увеличению потока Ф3. При этом якорь 3 начинает притягиваться к П-образному магнитопроводу 1 раньше, чем ток в токоведущей шине 2 достигнет величины, при которой он притягивался при плавном нарастании тока. Этот эффект проявляется как при прямом, так и при обратном направлении протекания тока в токоведущей шине 2.ferromagnetic steel, which leads to an increase in flux Ф3. In this case, the armature 3 begins to be attracted to the U-shaped magnetic circuit 1 earlier than the current in the current-carrying bus 2 reaches the value at which it was attracted with a smooth increase in current. This effect is manifested both in the forward and reverse directions of the current flow in the current-carrying bus 2.

Наличие дополнительного магнитного шунта 6 позволяет изменять соотношение между значениями токов в прямом и обратном направлениях через токоведущую шину 2, при которых якорь 3 притянется к П-образному магнитопроводу 1. Для этого можно смещать дополнительный магнитный шунт 6 относительно постоянного магнита 5, изменяя размер а, показанный на фиг.2. Это приводит к изменению потока Ф6 и, соответственно, потока Ф5, и за счет этого можно уменьшать или увеличивать разницу между токами прямого и обратного направлении, при которых якорь 3 притянется к П-образному магнитопроводу 1. При выполнении дополнительного магнитного шунта 6 составным этого же можно достичь изменением количества составляющих элементов в любых сечениях дополнительного магнитного шунта 6.The presence of an additional magnetic shunt 6 allows you to change the ratio between the values of the currents in the forward and reverse directions through the current-carrying bus 2, in which the armature 3 is attracted to the U-shaped magnetic circuit 1. To do this, you can shift the additional magnetic shunt 6 relative to the permanent magnet 5, changing the size a, shown in figure 2. This leads to a change in the flux Ф6 and, accordingly, the flux Ф5, and due to this, it is possible to reduce or increase the difference between the currents of the forward and reverse directions, at which the armature 3 is attracted to the U-shaped magnetic circuit 1. When performing additional magnetic shunt 6 composite of the same can be achieved by changing the number of constituent elements in any sections of the additional magnetic shunt 6.

Claims

1. A high-speed electromagnet containing a U-shaped magnetic circuit, through the window of which a current-carrying bus, an armature and a magnetic shunt are connected, connected to the cores of the magnetic circuit and forming a magnetic circuit parallel to the magnetic circuit of the armature, characterized in that a gap is made in the magnetic shunt, into which a constant magnet magnetized along a magnetic shunt.

2. The high-speed electromagnet according to claim 1, characterized in that the U-shaped magnetic circuit, the armature and the magnetic shunt are made of sheared from sheet ferromagnetic steel, and the gap in the magnetic shunt, in which the permanent magnet is integrated, is shunted by an additional magnetic shunt made of unshielded ferromagnetic become.

3. The high-speed electromagnet according to claim 2, characterized in that the additional magnetic shunt is mounted with the possibility of changing its position relative to the permanent magnet.

4. The high-speed electromagnet according to claim 2, characterized in that the second magnetic shunt is made up of more than one element with the possibility of changing the number of constituent elements and thereby changing the size of the additional magnetic shunt in any of its sections.