УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРСИРОВКИ НАЧАЛЬНОЙ ТЯГОВОЙ СИЛЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТА ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 1997 года по МПК H01F7/18 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для форсировки начальной тягловой силы, повышения надежности срабатывания и быстродействия электромагнитных механизмов, а также для их кратковременного питания при исчезновении питающего напряжения.

Известны устройства для форсировки начальной тягловой силы электромагнита постоянного тока, содержащие основной источник питания постоянного тока, используемый в режиме удержания, и дополнительный источник питания постоянного тока с выходным напряжением, большим, чем у основного источника, используемый в режиме форсированного включения.

Например, известно устройство, содержащее основной и дополнительный источники питания, которые с помощью двух коммутаторов и автоматического блока управления по определенному алгоритму подключаются к катушке электромагнита. [1]
Известно также устройство, в котором к одному из выводов катушки электромагнита основной источник питания подключен через разделительный диод, дополнительный источник питания подключен через разделительный конденсатор. Другим своим выводом катушка подключена к обоим источникам питания через коммутатор. При включении коммутатора через разделительный конденсатор начинает протекать максимальный пусковой ток, т.к. для постоянного тока незаряженный конденсатор имеет нулевое внутреннее сопротивление. По мере заряда конденсатора его внутреннее сопротивление увеличивается, а пусковой ток уменьшается. Когда конденсатор зарядится, его внутреннее сопротивление станет бесконечно большим, а пусковой ток станет равным нулю, после чего разделительный диод откроется и катушка получит питание от основного источника. После выключения коммутатора конденсатор разряжается подключенным к нему тиристором, и устройство вновь готово к работе [2]
Известно также устройство, содержащее катушку электромагнита, коммутатор для включения электромагнита на предварительно заряжаемый конденсатор, которые через разделительный диод подключены к основному источнику питания, и дополнительный источник питания, в качестве которого использован управляемый умножитель напряжения, питаемый от основного источника. При включении основного источника питания происходит заряд конденсатора от основного, а затем от дополнительного источников питания. При включении коммутатора происходит разряд конденсатора через катушку электромагнита, при этом управляемый дополнительный источник выключается. После разряда конденсатора до напряжения основного источника разделительный диод открывается и катушка получает питание от основного источника. После выключения коммутатора управляемый дополнительный источник включается и заряжает конденсатор, после чего устройство вновь готово к работе [3]
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее выводы для подключения источника переменного напряжения, катушку электромагнита, коммутатор и умножитель напряжения, образованный двумя диодами и двумя конденсаторами, причем катушка и коммутатор соединены последовательно, указанная последовательная цепь включена между катодом первого и анодом второго диодов, первый конденсатор включен между катодом первого диода и одним из выводов для подключения источника переменного напряжения, второй конденсатор включен между анодом второго диода и тем же выводом для подключения источника переменного напряжения, а анод первого и катод второго диодов объединены и соединены с другим выводом для подключения источника переменного напряжения [4]
Особенностью данного устройства является то, что содержащийся в нем умножитель напряжения в режиме форсировки служит как дополнительный источник с повышенным напряжением, а в режиме удержания служит как основной источник питания с рабочим напряжением.

В исходном положении конденсаторы заряжены через диоды до амплитудного значения источника переменного напряжения. При срабатывании коммутатора катушка электромагнита оказывается под суммарным напряжением от обоих конденсаторов, и через катушку протекает большой ток, достаточный для форсированного включения электромагнитного механизма. После разряда конденсаторов катушка питается двухполупериодным выпрямленным током от источника переменного напряжения через диоды и конденсаторы. Величина этого тока удержания и напряжение на катушке определяются соотношением реактивных сопротивлений конденсаторов и катушки электромагнита, что накладывает ограничение на использование стандартных катушек, рассчитанных на стандартное напряжение питания. Кроме того, в режиме удержания ток, проходящий через открытый диод, разветвляется на две ветви, одна из которых, проходящая через катушку и конденсатор, является полезной, т.е. рабочей, а другая, проходящая напрямую через конденсатор, является бесполезной, т.е. паразитной, причем паразитный ток намного больше рабочего. Другим недостатком является то, что предварительно заряжаемые конденсаторы включены последовательно, что уменьшает их общую емкость. А подключение дополнительного конденсатора параллельно им, увеличивая общую емкость, приносит пользу в режиме форсировки, но в режиме удержания создает дополнительную паразитную ветвь тока в обход катушки.

Устранение этих недостатков и является технической задачей, на решение которой направлено изобретение. Кроме того, желательно, чтобы устройство позволяло наряду с несколькими форсируемыми электромагнитами питать стандартным напряжением и другие электрические аппараты постоянного тока, не требующие форсировки.

Решение указанной технической задачи достигается тем, что указанное устройство, содержащее выводы для подключения источника переменного напряжения, катушку электромагнита, коммутатор, два диода и два конденсатора, причем катушка и коммутатор соединены последовательно, указанная последовательная цепь включена между катодом первого и анодом второго диодов, первый конденсатор включен между катодом первого диода и одним из выводов для подключения источника переменного напряжения, второй конденсатор включен между анодом второго диода и тем же выводом для подключения источника переменного напряжения, дополнительно содержит мостовой выпрямитель, служащий основным источником питания постоянного тока со стандартным напряжением, причем анод первого диода соединен с положительным выводом, а катод второго диода соединен с отрицательным выводом мостового выпрямителя.

В этом случае диоды, включенные между конденсаторами и выпрямителем, являются разделительными, а конструктивными элементами умножителя являются диоды выпрямителя. Умножитель напряжения, образованный диодами и конденсаторами, является дополнительным источником питания постоянного тока с выходным напряжением, большим, чем у основного источника. При этом необходимо, чтобы отношение величины внутреннего сопротивления дополнительного источника к величине сопротивления катушки электромагнита было не меньшим, чем отношение величины выходного напряжения дополнительного источника к величине выходного напряжения основного источника. При этом условии падение напряжения на катушке от тока умножителя в режиме удержания не превысит падения напряжения от тока основного источника.

Таким же образом к одному и тому же мостовому выпрямителю может быть подключено несколько электромагнитов. Между катодом первого и анодом второго диодов может быть включен дополнительный конденсатор. К выходу выпрямительного моста может быть подключена иная нагрузка, не требующая форсировки.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства.

Устройство содержит выводы 1, 2 для подключения источника переменного напряжения, катушку электромагнита 3, коммутатор 4, два диода 5, 6 и два конденсатора 7, 8, причем катушка 3 и коммутатор 4 соединены последовательно, указанная последовательная цепь включена между катодом первого диода 5 и анодом второго диода 6, первый конденсатор 7 включен между катодом первого диода 5 и одним из выводов 1 для подключения источника переменного напряжения, второй конденсатор 8 включен между анодом второго диода 6 и тем же выводом 1 для подключения источника переменного напряжения, а также мостовой выпрямитель, образованный диодами 9, 10, 11, 12, причем анод первого диода 5 соединен с положительным выводом, а катод второго диода 6 соединен с отрицательным выводом мостового выпрямителя.

Таким же образом к мостовому выпрямителю может быть подключено несколько электромагнитов. Например, катушка электромагнита 13 подключена к мостовому выпрямителю через коммутатор 14, два диода 15 и 16, два конденсатора 17 и 18, причем катушка 13 и коммутатор 14 соединены последовательно, указанная последовательная цепь включена между катодом диода 15 и анодом диода 16, конденсатор 17 включен между катодом диода 15 и одним из выводов 1 для подключения источника переменного напряжения, конденсатор 18 включен между анодом диода 16 и тем же выводом 1 для подключения источника переменного напряжения, анод диода 15 соединен с положительным выводом, а катод 16 соединен с отрицательным выводом мостового выпрямителя.

Соединение выпрямителя с диодами и конденсаторами может осуществляться через шины 19, 20 и 21, имеющие маркировки: "+", "-", "≈". Между катодом диода 15 и анодом диода 16 может быть включен дополнительный конденсатор 22. К выводу выпрямительного моста через шины 19 и 20 может быть подключена не требующая форсировки нагрузка 23.

Устройство работает следующим образом.

При подаче питания происходит заряд конденсаторов. Конденсатор 7 заряжается до амплитудного значения источника переменного напряжения через диод выпрямителя 9 и разделительный диод 5, которые открываются в положительный полупериод. Конденсатор 8 заряжается аналогичным образом в отрицательный полупериод через диод выпрямителя 10 и разделительный диод 6. Напряжения на конденсаторах 7 и 8 суммируются до двойного значения, а разделительные диоды 5 и 6 закрываются этим напряжением.

При срабатывании коммутатора 4 катушка 3 подключается к конденсаторам 7 и 8. При этом происходит разряд конденсаторов 7 и 8 через катушку 3. Двойное значение напряжения на предварительно заряжаемых конденсаторах 7 и 8 обеспечивает форсировку тока в катушке электромагнита 3. Разряд конденсаторов 7 и 8 происходит до тех пор, пока суммарное напряжение на них не станет равным стандартному выходному напряжению от мостового выпрямителя. При этом разделительные диоды 5 и 6 открываются и катушка 3 получает питание от выпрямителя.

Часть схемы, образованная катушкой 13, коммутатором 14, разделительными диодами 15 и 16, конденсаторами 17, 18 и 22, работает аналогично. Конденсатор 22 заряжается от суммарного напряжения на конденсаторах 17 и 18, а разряжается на катушку 13.

Нагрузка 23 питается от выпрямителя независимо от работы других частей схемы.

При аварийном исчезновении переменного напряжения предварительно заряжаемые конденсаторы обеспечивают кратковременное форсированное срабатывание электромагнитов независимо друг от друга.

Использование: в электромагнитных механизмах. Сущность: устройство содержит катушку электромагнита, коммутатор, выводы для подключения переменного напряжения, мостовой выпрямитель, в режиме удержания служащий основным источником питания со стандартным напряжением, умножитель напряжения, включающий в себя два разделительных диода и два конденсатора и в режиме форсировки служащий дополнительным источником питания с повышенным напряжением, причем анод первого диода соединен с положительным выводом, катод второго диода соединен с отрицательным выводом мостового выпрямителя, первый конденсатор включен между катодом первого диода и одним из выводов для подключения источника переменного напряжения, второй конденсатор включен между анодом второго диода и тем же выводом для подключения источника переменного напряжения, катушка и коммутатор соединены последовательно, указанная последовательная цепь включена между катодом первого и анодом второго диодов. К одному и тому же мостовому выпрямителю может быть подключено несколько электромагнитов. Между катодом первого и анодом второго диодов может быть включен дополнительный конденсатор. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для форсировки начальной тяговой силы электромагнита постоянного тока, содержащее выводы для подключения источника переменного напряжения, катушку электромагнита, коммутатор, два диода и два конденсатора, причем катушка и коммутатор соединены последовательно, указанная последовательная цепь включена между катодом первого и анодом второго диодов, первый конденсатор включен между катодом первого диода и одним из выводов для подключения источника переменного напряжения, второй конденсатор включен между анодом второго диода и тем же выводом для подключения источника переменного напряжения, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит мостовой выпрямитель, причем анод первого диода соединен с положительным выводом, а катод второго диода соединен с отрицательным выводом мостового выпрямителя. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что таким же образом к одному и тому же мостовому выпрямителю может быть подключено несколько электромагнитов. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что между катодом первого и анодом второго диодов может быть включен дополнительный конденсатор.