САМОКОММУТИРУЮЩИЙСЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД Российский патент 1997 года по МПК H01F7/18 H01H47/04 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для клапанов, механизмов сцепления, запорных устройств, а также в электромагнитных коммутационных аппаратах и в других устройствах, работающих в режиме длительного включения, в том числе, в устройствах с автономным питанием.

Электромагнитный привод широко используется для привода различных исполнительных механизмов и в электромагнитных коммутационных аппаратах, где требуется перемещение на расстояния, как правило, до 20.25 мм и усилия в несколько десятков ньютонов. Однако у электромагнитов при притянутом положении якоря имеется большой запас тягового усилия над противодействующим, что необходимо только в процессе притяжения якоря. При работе в режиме длительного включения (более 10 с) из-за этого непроизводительно расходуется до 30% энергии у однообмоточных электромагнитов с форсировкой и выше 90% у электромагнитов без форсировки. Это затрудняет использование электромагнитов в системах с автономным питанием, а кроме того, выделяющееся тепло препятствует их использованию для непосредственного привода в устройствах, где затруднено охлаждение (например, в вакуумных камерах) и вынуждает увеличивать габариты и массу электромагнитов.

Известны электромагниты с фиксацией якоря, как, например, двухстабильный электромагнитный привод, описанный в [1] и выбранный за прототип. Данный привод содержит тяговый электромагнит, механическую защелку и электромагнит защелки, замыкающий и размыкающий контакты привода, диоды, тиристоры и две кнопки управления приводом. Этот привод потребляет электроэнергию лишь во время притяжения якоря тягового электромагнита или якоря электромагнита защелки и автоматически отключается по окончании срабатывания соответствующего электромагнита. Якорь тягового электромагнита фиксируется защелкой в его крайнем притянутом положении; при срабатывании электромагнита защелки якорь тягового электромагнита отпускается и возвращается в крайнее отжатое положение. Это сводит к минимуму потребление энергии в режиме длительного включения и практически полностью исключает нагрев электромагнитов, что дает возможность расширения применения таких устройств.

Недостатком данного устройства является то, что кнопки управления приводом включены непосредственно в силовую цепь обмоток электромагнитов. В случае использования мощного привода такого типа это вынудит использовать кнопки, рассчитанные на большие токи, что снизит надежность устройства. Кроме того, такое включение кнопок управления затрудняет адаптацию данного привода к управлению от систем автоматики. Другим, менее существенным недостатком, является использование для управления двух кнопок отдельно для тягового электромагнита и электромагнита защелки, что также затрудняет управление таким приводом от систем автоматики. Кроме того, данный привод рассчитан на работу в сети переменного тока, что сильно затрудняет его использование в системах с автономным электропитанием.

Задачей изобретения является создание электромагнитного привода с фиксацией якоря тягового электромагнита, предназначенного для работы в режиме длительного включения в системах привода различных механических исполнительных устройств и электромагнитных коммутационных аппаратах, с возможностью работы в устройствах с автономным питанием и как ручным, так и автоматическим управлением потребляющего энергию только во время притяжения якоря тягового электромагнита или электромагнита защелки.

Поставленная задача решается тем, что обмотки тягового электромагнита и электромагнита защелки подключены к цепи питания через концевые переключатели привода, один из которых механически связан с якорем тягового электромагнита, а другой с защелкой, а управляющие электроды тиристоров, соединенных последовательно с обмотками электромагнитов, соединены через те же переключатели с выводом управления приводом. Для подачи управляющего импульса на управляющие электроды тиристоров служит конденсатор, подключенный одним выводом к выводу ручного управления приводом, а вторым выводом к общему проводу.

На фиг. 1, 2 представлены варианты самокоммутирующегося электромагнитного привода:
На фиг. 1 схема электрического для привода со скольжением защелки по якорю тягового электромагнита вне точки фиксации якоря; на фиг. 2 схема электрическая для привода с фиксацией якоря тягового электромагнита в двух крайних положениях.

Самокоммутирующийся электромагнитный привод со скольжением защелки (фиг. 1) содержит тяговый электромагнит 1, электромагнит защелки 2, механическую защелку, два тиристора 3 и 4, конденсатор 5, четыре резистора 6, 7, 8, 9, концевые переключатели 10 и 11, вывода 12 и 13 для подключения к источнику питания, вывод управления приводом 14 и вывод ручного управления приводом 15. Положительный полюс источника питания подключается в выводу 12, соединенному через контакты переключателя 10 с электромагнитом защелки 2, а через контакты переключателя 11 с обмоткой тяговых электромагнита 1. Вывод управления приводом 14 через вторые контакты переключателя 10 и резистор 6 соединен с управляющим электродом тиристора 3, а через вторые контакты переключателя 11 и резистор 8 с управляющим электродом тиристора 4. Второй вывод обмотки тягового электромагнита 1 соединен с анодом тиристора 3, второй вывод обмотки электромагнита защелки 2 с анодом тиристора 4. Вывод ручного управления приводом 15 соединен с первым выводом конденсатора 5, второй вывод которого соединен с общим проводом, соединенным с выводом 13 для подключения отрицательного полюса источника питания, катодами тиристоров 3 и 4 и вторыми выводами резисторов 7 и 9, первые выводы которых соединены с управляющими электродами тиристоров соответственно 3 и 4. Для ручного управления приводом используется кнопка с переключающими контактами 16, подвижный контакт которой подключается к выводу ручного управления приводом 15, размыкающий контакт к положительному полюсу источника питания, а замыкающий контакт к выводу управления приводом 14. Для автоматического управления используется блок управления 17, выход которого подключается к выводу управления 14, выдающий управляющий сигнал в виде одиночного импульса требуемых амплитуды и длительности. Кнопка 16 и блок управления 17 не является компонентами привода и конструктивно в него не входят.

В исходном положении якорь тягового электромагнита находится в крайнем отжатом положении, защелка отжата этим якорем и не фиксирует его; при этом напряжение от положительного полюса источника питания через вывод 12 и замкнутые контакты переключателя 11 подается на обмотку тягового электромагнита 1, а вывод 14 управления приводом через контакты переключателя 10 и резистор 6 соединен с управляющим электродом тиристора 3; при этом через резисторы 7 и 9 на управляющие электроды тиристоров 3 и 4 соответственно подано напряжение смещения для предотвращения случайного отпирания тиристоров. При ручном управлении приводом конденсатор 5 при этом заряжен через замкнутые размыкающие контакты кнопки 16.

При нажатии кнопки 16 с конденсатора 5 через вывод ручного управления 15, кнопку 16, вывод управления 14 замкнутые контакты переключателя 10 и резистор 6 на управляющий электрод тиристора 3 поступает отпирающий импульс; при автоматическом управлении такой импульс поступает с блока управления на вывод управления 14. Тиристор 3 отпирается, срабатывает тяговый электромагнит 1, причем при выходе его якоря из крайнего отжатого положения срабатывает переключатель 10, разрывая цепь управляющего электрода тиристора 3 и замыкая цепь питания обмотки электромагнита защелки 2, а по достижении якорем тягового электромагнита крайнего притянутого положения он фиксируется защелкой; защелка, фиксируя якорь тягового электромагнита, воздействует при этом на переключатель 11, который разрывает цепь питания обмотки тягового электромагнита 1 и замыкает цепь управляющего электрода тиристора 4. При поступлении на вывод управления 14 следующего импульса от блока управления или с конденсатора 5 через кнопку 16, этот импульс через контакты переключателя 11 и резистор 8 приходит на управляющий электрод тиристора 4; тиристор 4 открывается, электромагнит защелки 2 срабатывает и притягивает защелку, освобождая якорь тягового электромагнита и переключатель 11, который при этом разрывает цепь управляющего электрода тиристора 4 и замыкает цепь питания обмотки тягового электромагнита 1. Якорь тягового электромагнита 1 при возврате в свое отжатое положение воздействует на переключатель 10, который при этом разрывает цепь питания обмотки электромагнита защелки 2 и замыкает цепь управляющего электрода тиристора 3. Во время движения якоря тягового электромагнита как прямого, так и возвратного механическая защелка скользит по нему вне точки фиксации. Это вполне допустимо при небольшой возвращающей силе, действующей на якорь тягового электромагнита в крайнем притянутом положении, когда не требуется большое усилие фиксации.

На фиг. 2 приведена схема электрическая самокоммутирующегося электромагнитного привода с большим фиксирующим усилием защелки, сравнимым по величине с тяговым и возвращающим усилиями тягового электромагнита. Данный привод содержит дополнительно конденсаторы 18 и 19, а вместо концевых переключателей 10 и 11 концевые выключатели 20, 21, 22, 23 и 24. Вывод 12, подключаемый к положительному полюсу источника питания, соединен здесь с первым выводом обмотки электромагнита защелки 2, размыкающим контактом выключателя 20, контактом выключателя 21 и размыкающим контактом выключателя 24, вывод управления приводом 14 через резистор 8 соединен с управляющим электродом тиристора 4, анод которого соединен с первым выводом конденсатора 19, второй которого соединен с подвижным контактом выключателя 23, а размыкающий контакт этого выключателя соединен с подвижным контактом выключателя 24, замыкающие контакты выключателей 23 и 24 соединены с общим проводом; второй контакт выключателя 21 соединен с первым выводом обмотки тягового электромагнита 1, подвижный контакт выключателя 20 соединен с первым выводом конденсатора 18, второй вывод которого соединен с общим проводом, а замыкающий контакт выключателя 20 соединен с подвижным контактом выключателя 22, у которого размыкающий контакт соединен с общим проводом, а замыкающий - через резистор 6 с управляющим электродом тиристора 3. Выключатели 22, 23 и 24 механически связаны с якорем тягового электромагнита, а выключатели 20 и 21 - с защелкой. Остальные соединения, а также подключение управления аналогичны схемы на фиг. 1.

В исходном положении якорь тягового электромагнита находится в крайнем отжатом положении и зафиксирован защелкой; при этом замкнуты замыкающие контакты выключателей 22 и 23 и размыкающие контакты выключателей 20 и 24, выключатель 21 разомкнут. При подачи защелки 2 срабатывает и притягивает защелку, которая освобождает якорь тягового электромагнита и при этом воздействует на выключатели 20 и 21. Выключатель 21, замыкаясь, подает напряжение питания на обмотку тягового электромагнита 1, а выключатель 20 подключает заряженный конденсатор 18 через замыкающий контакт выключателя 22 и резистор 6 к управляющему электроду тиристора 3. Тиристор 3 отпирается, срабатывает тяговый электромагнит 1 и при выходе его якоря из крайнего отжатого положения у выключателей 22 и 23 замыкаются размыкающие контакты, при этом конденсатор 19 подключается через размыкающий контакт выключателя 24 к положительному полюсу источника питания и заряжается. По достижении якорем тягового электромагнита крайнего притянутого положения срабатывает выключатель 24, замыкая положительно заряженную обкладку конденсатора 19 на катод тиристора 4. Тиристор 4 запирается, ток через обмотку электромагнита защелки 2 прекращается, и защелка фиксирует якорь тягового электромагнита, отпуская выключатели 20 и 21, при этом выключатель 20 подключает конденсатор 18 к положительному полюсу источника питания, а выключатель 21 разрывает питание обмотки тягового электромагнита 1. При подаче следующего управляющего импульса тиристор 4 снова отпирается, срабатывает электромагнит защелки 2, защелка отпускает якорь тягового электромагнита 1 и воздействует на выключатели 20 и 21; выключатель 21 замыкает цепь питания тягового электромагнита 1, выключатель 20 подключает заряженную положительно обкладку конденсатора 18 к выключателю 22, у которого в этом положении замкнут размыкающий контакт, и заряд с конденсатора 18 стекает на общий провод. Тиристор 3 не отпирается, ток через обмотку тягового электромагнита 1 не идет, и его якорь возвращается в крайнее отжатое положение, по достижении которого воздействует на выключатели 22 и 23. Выключатель 22 замыкает цепь управляющего электрода тиристора 3, а выключатель 23 коммутирует на катод тиристора 4 обкладку конденсатора 19, которая приобрела положительный заряд после того, как якорь тягового электромагнита, выйдя из крайнего притянутого положения, отпустил выключатель 24 и последний скоммутировал эту обкладку конденсатора 19 на положительной полюс источника питания. Тиристор 4 выключается, выключая ток через обмотку электромагнита защелки 2, и защелка фиксирует якорь тягового электромагнита, отпуская выключатели 20 и 21, первый из которых при этом подключает обкладку конденсатора 18 к положительному полюсу источника питания, а второй разрывает цепь питания тягового электромагнита 1.

Использование самокоммутирующегося электромагнитного привода позволит размещать привод непосредственно у исполнительных устройств и механизмов, что упростит передачу движения, повысит надежность и долговечность этих устройств, а кроме того, существенно снизит расход электроэнергии, что даст возможность использовать привод данного типа с большим тяговым усилием в устройствах с автономным питанием.

Использование: для привода клапанов, механизмов сцепления, запорных устройств, а также в электромагнитных коммутационных аппаратах и в других устройствах работающих в режиме длительного включения, в том числе, в устройствах с автономным питанием. Сущность: обмотки тягового электромагнита и электромагнита защелки подключены к цепи питания через концевые переключатели привода, один из которых механически связан с якорем тягового электромагнита, а другой - с защелкой, а управляющие электроды тиристоров соединены последовательно с обмотками электромагнитов, соединены через те же переключатели с выводом управления приводом. Для подачи управляющего импульса на управляющие электроды тиристоров служит конденсатор, подключенный одним выводом к выводу ручного управления приводом, а вторым выводом к общему приводу. 2 ил.

Самокоммутирующийся электромагнитный привод, содержащий тяговый электромагнит, механическую защелку, электромагнит защелки, два тиристора, два вывода для подключения к источнику питания постоянного тока, переключатели, отличающийся тем, что дополнительно содержит конденсатор, один вывод которого соединен с выводом ручного управления, а второй вывод с отрицательным полюсом источника питания, вывод управления соединен с первыми входными контактами переключателей независимых цепей, причем первый выходной контакт первого переключателя соединен с первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с управляющим электродом первого тиристора и первым выводом второго резистора, анод первого тиристора соединен с вторым выводом обмотки тягового электромагнита, а первый ее вывод соединен с вторым выходным контактом второго переключателя, у которого второй входной контакт соединен с положительным полюсом источника питания и с вторым входным контактом первого переключателя, у которого второй выходной контакт соединен с первым выводом обмотки электромагнита защелки, второй вывод которой соединен с анодом второго тиристора, а управляющий электрод второго тиристора соединен с первым выводом четвертого резистора и вторым выводом третьего резистора, первый вывод третьего резистора соединен с первым выходным контактом второго переключателя, вторые выводы второго и четвертого резисторов и катоды тиристоров соединены с отрицательным полюсом источника питания.