УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОАППАРАТАМИ Российский патент 1995 года по МПК H02P1/00 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для управления электроаппаратами, электроустановками, в частности электродвигателями, электроосвещением, и может быть использовано в цепях автоматики.

Известно устройство для управления электродвигателем [1] содержащее контактор, кнопки "Пуск", "Стоп", реле времени, диоды.

Основным недостатком данного устройства является потребление электроэнергии электромагнитом для удержания контактов во включенном состоянии электродвигателя.

Известно устройство для управления электродвигателем [2] взятое за прототип, котоpое содержит контактор с контактами, катушку, кнопки "Пуск", "Стоп" и реле.

Основным недостатком устройства является потребление электроэнеpгии из сети во включенном состоянии катушки контактора во время работы электродвигателя.

Целью изобретения является экономия электроэнергии.

Цель достигается тем, что в устройство для управления электроаппаратами, содержащее электромагнит с контактами, кнопку с замыкающим контактом, два входных вывода для подключения к источнику оперативного питания и входные и выходные силовые выводы для включения устройства в цепь электроаппарата, причем первый и второй входные выводы соединены через управляющую цепь, включающую в себя последовательно соединенные катушку электромагнита и замыкающий контакт кнопки, а входные силовые выводы соединены каждый с соответствующим выходным силовым выводом через коммутирующую цепь, включающую в себя контакт электромагнита, введены диод, конденсатор, размыкающий контакт кнопки и резистор, причем последовательно соединенные диод и конденсатор включены в упомянутую цепь управления последовательно катушке электромагнита и замыкающему контакту кнопки, параллельно конденсатору подсоединена дополнительная цепь, включающая в себя последовательно соединенные резистор и размыкающий контакт кнопки, электромагнит выполнен бистабильным с кольцевым ротором, фиксатором и толкателем, соединенным с силовыми контактами электромагнита, при этом кольцевой ротор установлен на валу с возможностью поворота ротора в двух противоположных направлениях вокруг его оси симметрии, перпендикулярной плоскости окружности наибольшего диаметра ротора, и имеет по длине кольца якорный участок, выполненный из магнитного материала, и немагнитный участок, взаимодействующий с фиксатором и толкателем, катушка электромагнита выполнена в виде соленоида, охватывающего с зазором якорный участок кольцевого ротора, а фиксатор выполнен в виде ограничителя углов поворота кольцевого ротора в двух противоположных направлениях от плоскости среднего поперечного сечения этого соленоида с обеспечением фиксации ротора в крайних положениях при протекании в катушке электромагнита тока, величина которого меньше заданного порогового значения, и самовыведения ротора из фиксированного крайнего положения под действием силы тяги электромагнита при протекании в катушке электромагнита тока, величина которого больше заданного порогового значения.

Сечение кольцевого ротора плоскостью, включающей в себя упомянутую ось симметрии, имеет форму многоугольника.

Фиксатор выполнен в виде подпружиненного кривошипно-ползунного механизма, кривошипом которого является кольцевой ротор электромагнита.

С целью повышения надежности путем обеспечения защиты электроаппаратов от перегрузки в устройство введено тепловое реле с катушкой и замыкающим контактом, причем катушка теплового реле включена последовательно контакту электромагнита в коммутирующую цепь между входным и выходным силовыми выводами устройства, а замыкающий контакт теплового реле подключен параллельно замыкающему контакту кнопки.

Введение в устройство диода, конденсатора, резистора, электромагнита, выполненного в виде соленоида с кольцевым ротором и фиксатора, позволяет экономить электроэнергию за счет того, что катушка электромагнита потребляет ее из сети в момент нажатия кнопки по экспоненциальному закону во время зарядки конденсатора. Энергия пропускается в катушку электромагнита ровно столько, сколько необходимо для надежного втягивания якоря и включения электроаппарата в работу. Длительное удержание кнопки во включенном состоянии не создает условий для дополнительного расхода электроэнергии, так как заряженный конденсатор ее практически не пропускает.

Резистор, подключаемый параллельно конденсатору через переключающий контакт кнопки, позволяет быстро разрядить его и подготовить схему для повторного включения-отключения электроаппарата.

В данном устройстве предусмотрена защита электроаппаратов от тепловой перегрузки.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 представлен разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 показано устройство с кривошипно-ползунным механизмом.

Устройство для управления электроаппаратами содержит соленоид, состоящий из катушки 1 и якоря 2, встроенного в немагнитный кольцевой ротор 3, насаженный на наружное кольцо подшипника 4, а внутренним кольцом на неподвижную ось 5, фиксатор 6 с пружиной 7, толкатель 8 с пружиной 9, соединенный с силовыми контактами 10 и блокировочными контактами 11 тепловые реле 12 с контактами 13, кнопку 14, конденсатор 15, резистор 16, диод 17. Вместо фиксатора можно применить кривошипно-ползунный механизм (фиг.3), состоящий из шатуна 18, ползуна 19, пружины 20, упоров 21. Кривошипом является кольцевой ротор 3.

В немагнитный кольцевой ротор 3 встроен магнитный якорный участок 2, который охватывает катушка 1 соленоида. Кольцевой ротор через переходник насажен на подшипник 4. На внешней поверхности кольцевого ротора имеются выемки две для фиксатора и одна для толкателя 8, который прижат пружиной 9 к поверхности ротора. Толкатель соединен с подвижными контактами 10, 11. Параллельно кнопке 14 включены контакты 13 теплового реле. Катушка 1 соленоида, замыкающий контакт кнопки 14, конденсатор 15 и диод 17 соединены последовательно и подключены к шинам питающей сети. Резистор 16 подсоединен параллельно конденсатору 15 через замыкающий контакт кнопки 14.

Устройство работает следующим образом.

Электродвигатель 22 в исходном состоянии отключен от сети, конденсатор 15 разряжен. При нажатии на кнопку 14 через катушку 1 соленоида начинает протекать электрический ток, который замыкается по следующей цепи: шина А питания, диод 17, конденсатор 15, кнопка 14, катушка 1, шина N. Конденсатор начинает заряжаться, и якорь 2 втягивается в катушку 1 соленоида, вращая кольцевой ротор 3. В середине движения якоря 2 фиксатор 6 перескакивает в соседнюю выемку, а толкатель 8 попадает соответственно в свою выемку кольцевого ротора 3 и замыкает силовые 10 и блокировочные 11 контакты. Двигатель 22 включается в работу. К этому моменту конденсатор 15 заряжен. Далее отпускается кнопка 14, которая при самовозврате замыкающим контактом соединяет обкладки конденсатора через разрядный резистор 16. Конденсатор быстро разряжается и цепь готова для повторного включения. Во время работы электродвигателя в случае тепловой перегрузки замыкается один из контактов 13 тепловых реле и включает соленоид, который втягивает якорь, вращая кольцевой ротор в противоположную сторону. Толкатель 8 выводится из углубления ротора, разрываются силовые контакты и электродвигатель отключается от сети, фиксатор 6 возвращается в исходное состояние и фиксирует ротор в первоначальном состоянии. Подобным образом происходит отключение электродвигателя при повторном нажатии кнопки. Таким образом, с помощью одной кнопки можно осуществлять включение и отключение электроаппаратов.

Экономический эффект от применения данного устройства по сравнению с прототипом и аналогом складываются из нескольких факторов: из экономии электроэнергии, что исходит из того, что при включении электроустановки на длительный режим работы (например, уличное или цеховое освещение на ночь, а в полярных широтах на месяцы) устройство потребляет электроэнергию только в момент пуска и остановки данной электроустановки, т.е. во время, когда нажата кнопка (от 1 до 2-5 с), а если точнее во время зарядки конденсатора (0,01-0,8 с), из экономии обмоточного провода соленоида, связанного с импульсным режимом работы устройства, увеличив ток, соответственно уменьшив количество витков в катушке.

Использование: для управления электроаппаратами и электроустановками, в частности электродвигателями, электроосвещением, а также в цепях автоматики. Сущность: устройство для управления электроаппаратами содержит электромагнит с контактами, кнопку 14 с размыкающим и замыкающим контактами и последовательно соединенные конденсатор 15 и диод 17, причем электромагнит имеет кольцевой ротор 3, фиксатор 6 и толкатель 8. Это обеспечивает экономию электроэнергии. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОАППАРАТАМИ, содержащее электромагнит с контактами, кнопку с замыкающим контактом, два входных вывода для подключения к источнику оперативного питания и входные и выходные силовые выводы для включения устройства в цепь электроаппарата, причем первый и второй входные выводы соединены через управляющую цепь, включающую в себя последовательно соединенные катушку электромагнита и замыкающий контакт кнопки, а входные силовые выводы соединены каждый с соответствующим выходным силовым выводом через коммутирующую цепь, включающую в себя контакт электромагнита, отличающееся тем, что, с целью экономии электроэнергии, в устройство введены диод, конденсатор, размыкающий контакт кнопки и резистор, причем последовательно соединенные диод и конденсатор включены в упомянутую цепь управления последовательно с катушкой электромагнита и замыкающим контактом кнопки, параллельно конденсатору подсоединена дополнительная цепь, включающая в себя последовательно соединенные резистор и размыкающий контакт кнопки, электромагнит выполнен бистабильным с кольцевым ротором, фиксатором и толкателем, соединенным с силовыми контактами электромагнита, при этом кольцевой ротор установлен на валу с возможностью поворота в двух противоположных направлениях вокруг своей оси симметрии, перпендикулярной плоскости окружности наибольшего диаметра ротора, и имеет по длине кольца якорный участок, выполненный из магнитного материала, и немагнитный участок, взаимодействующий с фиксатором и толкателем, катушка электромагнита выполнена в виде соленоида, охватывающего с зазором якорный участок кольцевого ротора, а фиксатор в виде ограничителя углов поворота кольцевого ротора в двух противоположных направлениях от плоскости среднего поперечного сечения этого соленоида с обеспечением фиксации ротора в крайних положениях при протекании в катушке электромагнита тока, величина которого меньше заданного порогового значения, и самовыведения ротора из фиксированного крайнего положения под действием силы тяги электромагнита при протекании в катушке электромагнита тока, величина которого больше заданного порогового значения. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сечение кольцевого ротора плоскостью, включающей в себя его ось симметрии, имеет форму многоугольника. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что фиксатор выполнен в виде подпружиненного кривошипно-ползунного механизма, кривошипом которого является кольцевой ротор электромагнита. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности путем обеспечения защиты электроаппаратов от перегрузки, в него введено тепловое реле с катушкой и замыкающим контактом, причем катушка теплового реле включена последовательно с контактом электромагнита в коммутирующую цепь между входными и выходными силовыми выводами устройства, а замыкающий контакт теплового реле подключен параллельно замыкающему контакту кнопки.