WO2012144965A1 - Бистабильный электромагнитный привод коммутационного устройства - Google Patents

Бистабильный электромагнитный привод коммутационного устройства Download PDF

Info

Publication number
WO2012144965A1
WO2012144965A1 PCT/UA2011/000053 UA2011000053W WO2012144965A1 WO 2012144965 A1 WO2012144965 A1 WO 2012144965A1 UA 2011000053 W UA2011000053 W UA 2011000053W WO 2012144965 A1 WO2012144965 A1 WO 2012144965A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
windings
coils
coil
bistable
electromagnetic drive
Prior art date
Application number
PCT/UA2011/000053
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Виктор Мыхайловыч БУГАЙЧУК
Борыс Володымыровыч КПЫМЕНКО
Original Assignee
Bugaychuk Viktor Mychaylovych
Klymenko Borys Volodymyrovych
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bugaychuk Viktor Mychaylovych, Klymenko Borys Volodymyrovych filed Critical Bugaychuk Viktor Mychaylovych
Publication of WO2012144965A1 publication Critical patent/WO2012144965A1/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/28—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H33/38—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using electromagnet
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
    • H01F7/1607—Armatures entering the winding
    • H01F7/1615—Armatures or stationary parts of magnetic circuit having permanent magnet
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/666—Operating arrangements
    • H01H33/6662—Operating arrangements using bistable electromagnetic actuators, e.g. linear polarised electromagnetic actuators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
    • H01F2007/1669—Armatures actuated by current pulse, e.g. bistable actuators

Definitions

  • the invention relates to the field of electrical engineering, namely, to bistable electromagnetic drives of high voltage switches used for switching power energy networks.
  • a bistable electromagnetic drive of a switching device is known (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 on and off coils and two permanent magnets and the 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, nennoe with the possibility of connecting the winding coils and switching off a single DC power supply.
  • 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.
  • the electromagnetic drive is turned on and off when current is applied, respectively, to the winding of the on or off coil due to the creation of forces in the magnetic circuit attraction of the anchor, exceeding in value and opposite in direction to the forces that hold it in stable positions.
  • 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.
  • bistable electromagnetic drive switching device (see patent UA _CH ° 72320, N01NZZ / 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 of the magnetic circuit configured to connect to the actuator of the switching device, and a device for controlling a bistable electromagnet made with the ability to connect the windings of the on and off coils to a constant current 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.
  • 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. Said device is configured to 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.
  • bistable electromagnet 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.
  • the basis of the invention is the task of creating such a design of a bistable electromagnetic drive switching device, in which due to a different relationship of the windings of the switching coils and switching off with a device for controlling a bistable electromagnet and other constructive execution of the said device provides a significant increase in the traction force of a bistable electromagnet with a lower current value in its windings, which allows to increase the speed of the drive while reducing its cost.
  • 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 source of direct or rectified current
  • said device comprises at least one element for generating a predetermined current value in coil windings and is configured to simultaneously connect the windings of on and off coils to a constant or rectified current source turning on and off the electromagnetic drive, while turning on the electromagnetic drive, the winding of the inclusion coil is connected to a constant source current or rectified current directly, and the winding of the shutdown coil is connected to said current source through an element for generating a predetermined current value in the coil windings, when the electromagnetic drive is turned off, the winding of the shutdown coil is connected to a constant or
  • the combination of general and distinctive essential features of the claims 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 electromagnet 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 coil winding, directly with the current source and the coil winding, through an element for the formation of the set current value and when the electromagnetic drive of the winding of the coil is turned off, directly from the source com of the current and windings of the switching coil - through the aforementioned element ensures the creation of total magnetic fields in the bistable electromagnet, which significantly increase its traction forces acting on the moving part of the magnetic circuit when moving from one stable position to another.
  • This also allows 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 for holding 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.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a bistable electromagnetic drive
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the magnetic circuit and the direction of magnetic flux when the windings of the coils are de-energized (off state)
  • FIG. 3 - the same when turning on the drive
  • FIG. 4 is a circuit diagram of a drive with a common DC source when the drive is turned on
  • FIG. 5 - the same when turning off the drive
  • FIG. 6 is a circuit diagram of a drive with individual DC sources when the drive is turned on
  • FIG. 7 the same when turning off the drive.
  • the bistable electromagnetic drive of the switching device contains (Fig. 1) a bistable electromagnet 1, consisting of a fixed part of the magnetic circuit 2 with coaxial on and off coils 3 and two permanent magnets 5 and a movable part of the magnetic circuit 6 located therein, 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 o in said stationary part 2 with the possibility of reciprocating movement along the axis of the coils 3, 4. Length the anchors are less than the height of the fixed part of the magnetic circuit 2 by a predetermined value 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.
  • 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).
  • the device 7 for controlling the bistable the electromagnet is made with the formation of a closed loop between the element for forming the set value of the current 9 and the windings of the on and off coils 4.
  • said device 7 is designed so that turning on the drive, the winding of the inclusion coil 3 is connected directly to the source of direct or rectified current 8, and the winding of the turning off coil 4 is connected to the aforementioned with a current point through an element for generating a predetermined current value 9 (Fig.
  • 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.
  • the winding of the shutdown coil 4 is connected directly to the source of direct or rectified current 1 1, and the coil winding inclusion 3 - through the element to form the value of current 9 (Fig. 7).
  • the element for forming a given value of current 9 can be performed, for example, in the form of a resistor.
  • a bistable electromagnet can be made with two or more non-magnetic air gaps in the magnetic system.
  • 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.
  • on and / or off coils can be made with multiple windings.
  • 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.
  • the fixed part of the magnetic circuit can be made round or other shape.
  • 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.
  • 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.
  • the drive is switched on by means of a device 7 for controlling a bistable electromagnet by simultaneously connecting the windings of the on-coil 3 and off-4 coils with a constant or rectified current source 8 (Fig. 3, 4).
  • a device 7 for controlling a bistable electromagnet by simultaneously connecting the windings of the on-coil 3 and off-4 coils with a constant or rectified current source 8 (Fig. 3, 4).
  • the winding of the inclusion coil 3, connected directly to the source of direct or rectified current 8, will create a magnetic flux ⁇ 3 directed counter-current to the flux ⁇ ⁇ in the upper part of the armature and in accordance with the flux ⁇ g in the lower part of the armature, resulting in an attractive force the latter to the upper horizontal portion of the fixed part of the magnetic circuit 2 will decrease, and the force of attraction of the armature to the lower horizontal portion of the fixed part of the magnetic circuit 2 will increase.
  • the total current value in the windings of the on and off coils 4 is necessary to start moving the armature of the bistable electromagnet 1 from one (off) stable position to the opposite (on ), it turns out to be significantly less than when connecting one winding of the turn-on coil 3, working without the “help” of the winding of the turn-off coil 4.
  • After moving the armature to the included stable The winding position of both coils 3 and 4 is de-energized, and the armature is held in this position due to the forces created by the permanent magnets 5.
  • the winding of the shutdown coil 4 is connected directly to a direct or direct current source 8, and the winding of the inclusion coil 3 is connected to the said source through element 9 to form a predetermined current value.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the use of the drive of the claimed design allows to provide the necessary traction force of the electromagnet with a 20-30% reduction in the total current in the windings of the on and off coils compared to electromagnetic drives made with alternately connecting 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.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnets (AREA)

Abstract

Бистабильный электромагнитный привод коммутационного устройства. Изобретение касается электротехники и обеспечивает тяговую силу привода при снижении на 20-30% суммарного тока в обмотках катушек и обеспечении надежности и безопасности эксплуатации. Привод содержит бистабильный электромагнит (1), состоящий из неподвижной части (2) магнитопровода с расположенными в ней катушками включения (3) и выключения (4) и по меньшей мере одним постоянным магнитом (5) и подвижной части (6) магнитопровода, выполненной с возможностью соединения с исполнительным механизмом, и устройство для управления бистабильным электромагнитом, выполненное с возможностью одновременного подключения обмоток катушек (3), (4) по меньшей мере к одному источнику тока. Устройство содержит по меньшей мере один элемент (9) для формирования заданного значения тока в обмотках катушек и выполнено с возможностью одновременного подключения обмоток катушек к источнику тока при включении и выключении электромагнитного привода. При включении/выключении электромагнитного привода обмотка катушки включения (3)/выключения (4) соединена с источником тока непосредственно, а обмотка катушки выключения (4)/включения (3) соединена с источником тока через элемент (9).

Description

Бистабильный электромагнитный привод коммутационного устройства
Изобретение относится к области электротехники, а именно, к бистабильным электромагнитным приводам высоковольтных выключателей, используемых для коммутации силовых энергетических сетей.
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.
Недостатками известного бистабильного электромагнитного привода коммутационного устройства являются:
- 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;
относительно большое время срабатывания бистабильного электромагнита при включении и выключении коммутационного устройства, обусловленное достаточно большой длительностью нарастания магнитного потока, необходимого для создания требуемых тяговых сил;
относительно большая емкость и стоимость конденсатора, используемого в качестве источника постоянного тока.
Известен бистабильный электромагнитный привод коммутационного устройства (см. патент UA _Ч° 72320, Н01НЗЗ/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.
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.
Недостатками известного бистабильного электромагнитного привода коммутационного устройства являются:
- 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;
относительно большое время срабатывания бистабильного электромагнита при включении и выключении коммутационного устройства, обусловленное достаточно большой длительностью нарастания магнитного потока, необходимого для создания требуемых тяговых сил;
относительно большая емкость и стоимость конденсатора, используемого в качестве дополнительного источника постоянного тока.
Указанные недостатки в совокупности снижают технические характеристики бистабильного электромагнитного привода коммутационного устройства при одновременном его удорожании.
В основу изобретения поставлена 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.
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 изобретению 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. 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.
Совокупность общих и отличительных существенных признаков формулы изобретения 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 суммарных магнитных полей, существенно повышающих его тяговые силы, воздействующие на подвижную часть магнитопровода при переходе из одного стабильного положения в другое. Это позволяет также 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.
Сущность заявляемого изобретения поясняется представленными фигурами чертежей, где на фиг. 1 показана 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.
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.
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 Ф\ 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 или выпрямленного тока 8 (фиг. 3) в упомянутых обмотках проходят токи во встречном направлении (обозначены стрелками), в результате чего в магнитной системе одновременно с магнитными потоками Ф\ и Ф2 создаются магнитные потоки Ф3 и Ф4, направление которых совпадает с направлением магнитного потока Ф2 и противоположно к направлению магнитного потока Ф\.
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 1 1 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.
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 изобретения. 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.
Работа заявляемого бистабильного электромагнитного привода поясняется на примере его исполнения с бистабильным электромагнитом, выполненным с одним немагнитным воздушным зазором. Привод работает следующим образом.
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 Ф\ и Фг 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 Ф\, в результате чего сила притяжения якоря к верхнему горизонтальному участку значительно превышает силу его притяжения к противоположному нижнему участку. За счет разницы указанных сил якорь будет находиться в верхнем стабильном положении, соответствующем выключенному положению бистабильного электромагнитного привода.
Включение привода осуществляют посредством устройства 7 для управления бистабильным электромагнитом путем одновременного соединения обмоток катушек включения 3 и выключения 4 с источником постоянного или выпрямленного 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 или выпрямленного тока 8 в упомянутых обмотках проходят токи во встречном направлении. В этом случае обмотка катушки включения 3, подключенная к источнику постоянного или выпрямленного тока 8 непосредственно, создаст магнитный поток Ф3, направленный встречно к потоку Ф\ в верхней части якоря и согласно с потоком Фг 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 или выпрямленного 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 Φί 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.
Для выключения бистабильного электромагнитного привода в устройстве 7 для управления бистабильным электромагнитом обмотка катушки выключения 4 соединяется с источником постоянного или выпрямленного 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.
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.

Claims

Формула изобретения
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, отл ича ющи й ся 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 бистабильным электромагнитом выполнено с возможностью одновременного подключения обмоток катушек включения и выключения к общему или к отдельным источникам постоянного или выпрямленного тока.
PCT/UA2011/000053 2011-04-19 2011-07-11 Бистабильный электромагнитный привод коммутационного устройства WO2012144965A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA201104815A UA97914C2 (ru) 2011-04-19 2011-04-19 Бистабильный электромагнитный привод коммутационного устройства
UAA201104815 2011-04-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012144965A1 true WO2012144965A1 (ru) 2012-10-26

Family

ID=47041834

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2011/000053 WO2012144965A1 (ru) 2011-04-19 2011-07-11 Бистабильный электромагнитный привод коммутационного устройства

Country Status (2)

Country Link
UA (1) UA97914C2 (ru)
WO (1) WO2012144965A1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2305560A (en) * 1995-09-19 1997-04-09 Gec Alsthom Ltd Switching circuit for a bistable magnetic actuator
EP0887814A2 (de) * 1997-06-23 1998-12-30 ABB Research Ltd. Schaltungsanordnung zur Steuerung eines bistabilen magnetischen Aktuators
CN201417683Y (zh) * 2009-06-19 2010-03-03 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 一种双稳态永磁操动机构控制电路

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2305560A (en) * 1995-09-19 1997-04-09 Gec Alsthom Ltd Switching circuit for a bistable magnetic actuator
EP0887814A2 (de) * 1997-06-23 1998-12-30 ABB Research Ltd. Schaltungsanordnung zur Steuerung eines bistabilen magnetischen Aktuators
CN201417683Y (zh) * 2009-06-19 2010-03-03 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 一种双稳态永磁操动机构控制电路

Also Published As

Publication number Publication date
UA97914C2 (ru) 2012-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100968462B1 (ko) 영구자석을 이용한 조작기 및 그것을 구비하는 구동 장치
RU2410783C2 (ru) Электромагнитный исполнительный элемент управления, в частности, для выключателя среднего напряжения
US9576714B2 (en) Magnetic actuator
JP5295858B2 (ja) 電磁アクチュエータおよびこれを用いた電磁操作式の開閉装置およびその制御方法
EP3183406A1 (en) Magnetically latching flux-shifting electromechanical actuator
RU2012119507A (ru) Электромагнитный привод с двумя устойчивыми состояниями для средневольтного автоматического выключателя
CA2569339A1 (en) Electromagnetic actuator
WO2008119785A1 (en) A bistable magnetic actuator for circuit breakers with electronic drive circuit and method for operating said actuator
RU112499U1 (ru) Бистабильный электромагнитный привод коммутационного устройства
US10320276B2 (en) Scalable, highly dynamic electromagnetic linear drive with limited travel and low transverse forces
JP2010092746A (ja) 電磁操作機構の駆動回路
KR20110012272A (ko) 영구자석을 사용한 전자석 조작기 및 그것을 구비하는 구동 장치
US20040027775A1 (en) Electromagnet arragement for a switch
WO2012144965A1 (ru) Бистабильный электромагнитный привод коммутационного устройства
JP4722601B2 (ja) 電磁操作機構およびこれを使用する電力用開閉器、電力用開閉装置
RU2310941C1 (ru) Электромагнитный привод вакуумного высоковольтного выключателя
JP4158876B2 (ja) 電力用開閉装置の操作装置
WO2005004312A1 (fr) Dispositif a mouvement de va-et-vient consommant une micropuissance
RU82929U1 (ru) Электромагнитный привод вакуумного выключателя
RU121642U1 (ru) Бистабильный электромагнит привода коммутационного устройства
RU196563U1 (ru) Бездуговой электронно-механический контактор
JP2009199978A (ja) 回路遮断器のリモート操作装置
KR20000056768A (ko) 영구자석 여자 횡자속형 선형 액츄에이터
JP2016025169A (ja) 操作器または電力用開閉機器
RU2742722C1 (ru) Поляризованное однообмоточное электромагнитное реле

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11864045

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 21.03.2014)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11864045

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1