Двухобмоточный электромагнит со встроенными выпрямителями Советский патент 1983 года по МПК H01H47/00 

(54) ДВУХОБМОТОЧНЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТ СО ВСТРОЕННЫМИ

ВЫПРЯМИТЕЛЯМИ

Изобретение относится к электромагнитной технике и может быть использовано в качестве привода переменного тока для различных электромагнитных механизмов, например реле, контакторов и вибрато.ров .

Известен электромагнит, состоящий из магнитопровода с расположенной на нем обмоткой, подключаемой непосредственно к источнику переменного напряжения. Сила электромагнитного притяжения пульсирует от нуля до максимума с удвоенной частотой по отношению к частоте питающего тока. На якорь действует постоянная составляющая переменной силы, притягивающая его к полюсам. Переменная составляющая сила приводит к вибрации якоря электромагнита. В зависимости от типа электромагнита и его характеристики его можно использовать в качестве тягового или вибрационного 1.

Однако малые значения КПД, коэффициента мощности и тяговой силы, значительная величина потребляемой реактивной энергии, а также малая эффективность использования активных материалов ограничивает применение известного устройства для тяговых и вибрационных электромагнитов.

Известно также устройство для управления двухобмоточным ; лектромагнитом, в котором обмотки подсоединены к источнику переменного напряжения через два встречно-параллельно включенных выпрямительHbix диода. В зависимости от того, как включены обмотки, устройство может быть применено в

10 качестве тягового электромагнита с согласно включенными обмотками и как вибратор со встречно включенными обмотками 2.

Однако данное устройство характе ризуется малыми значениями КПД, коэффициента мощности и тяговой силы, значительной величиной обратного напряжения источника питания и загрузкой сети значительной реактивной мощностью.

Наиболее близким по технической

20 сущности к изобретению является устройство для питания однотактного электромагнитного вибратора, содержащее две питаемые переменньв током

2с двухсекционные Токонесущие обмотки, в которых каждая секция первой обмотки включена последовательно С соответствуккцей секцией второй обмотки, и полупроводниковые выпрямители, подключенные к секциям обмоток, причем

30 выпрямители секций одной и той же обмотки включены встречно, а каждая секция первой обмотки включена после довательно с соответствующей секцией второй обмотки через регулировочный резистор 3. Недостатками известного устройств являются небольшие значения КПД, коэф фициента мощности и силы тяги вследствие значительных потоков рассеивания и потерь энергии на регулировочном резисторе. Недостатки обусловлевы так же тем, что постоянная времени контура, по которому замыкается дополнительный подмагничивающий ток, значительно меньше периода ЭДС источ ника переменного напряжения, поэтому импульс тока кратковременен по сравН€;нию с полупериодом колебания якорЯ и большая часть накопленной в контуре магнитной энергии идет на джоулев кие потери, а также тем, что в кажды полупериод ЭДС источника переменного напряжения рабочий ток проходит через два .диода, а в распределении дополнительных подмагничивающих токов участвуют все четыре диода. Цель изобретения - увеличение КПД и улучшение тяговых характеристик устройства, Поставленная цель достигается тем что в двухобмоточном электромагните со встроенными выпрямителями, каждая из обмоток которого выполнена двухсекционной, содержащем четыре полупроводниковых выпрямителя, причем одна из секций первой обмотки соедине ;а последовательно с другой секцией второй обмотки и одним из диодов, о.пна секция второй обмотки соединена последовательно с другой секцией первой обмотки и вторым диодом, причем указанные последовательные цепи соединены с выводами для подключения источника питания, а диоды в указанных цепях включены встречно, секции первой обмотки соединены между собой через третий диод, а секции второй обмотки - через четвертый диод, причем первый и третий, диоды и второй и четвертый диоды соответственно включены между собой встречно. На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - схема включения секций обмоток в режиме тягового электромагнита; на фиг.З- то же, в режиме вибратора. Двухобмоточный электромагнит со встроенными выпрямителями содержит две с paBHfciM количеством витков обмотки, размещенных на одном П-образном магнитопроводе. Каждая обмотка состоит из двух секций, имеющих различное число витков. Первая обмотка имеет секции 1 и 2, вторая обмотка - секции .3 и 4. Секция 4 с меньшим числом витков одним вьшодом подключена к первому зажиму источника 5 переменного. напряжения, а другим-через последовательно соединенные секции 1 и выпрямительный диод 6 - к второму зажиму источника 5 напряжения, и соответственно секция 2 с меньшим числом витков одним выводом подключена к первому зажиму источника 5 питания, а другим через последовательно соединенные секцию 3 и выпрямительный диод 7 - к второму зажиму источника 5 напряжения, причем диоды 6 и 7 включены встречно-параллельно. Одни выводы секций 1 и 2 соединены через секцию 4, а другие выводы соединены .диодом 8, включенным встречно выпря-, мительному диоду б, и аналогично одни выводы секций 3 и 4 соединены через секцию 2, а другие выводы соединены диодом 9, включенным встречно вьтрямительному диоду 7. Обе обмотки расположены на одном магнитопроводе 10, который установлен с зазором относительно якоря 11 посредством упругой связи 12. Устройство работает следующим образом . В полупериод проводимости выпрямительного диода 6 под током находятся секции 1 и 4, а ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции секций 2 и 3 создают дополнительный импульс тока в секции 4 Аналогично в полупериод проводимости диода 7 под током находятся секции 2 и 3, а ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции секций 1 и 4 создают дополнительный импульс тока в секции 2. Импульсы тока, проходящие через секции обмоток электромагнита, наводят пульсирукмее магнитное поле, вызьшающее притяжение якоря 11 к магнитопроводу 10. Величина силы упругой связи 12 относительно электромагнитной силы и согласное или встречное включение обмоток определяют работу устройства в одном из двух режимов: в режиме тягового электромагнита (фиг. 2) или в режиме вибратора . {фиг. 3). В режиме вибратора восстанавливающая сила, развиваемая резонансной упругой связью 12, больше электромагнитной силы возмущения. Последовательное согласное включение секций 1 с 4 и 2 с 3 в магнитном отношении, учитьшая направление прюходящего тока по ним, создает встречное включение обмоток (фиг. 3), Отношение количества витков в секциях 1 и 4 или 2 и 3 такое, что действия намагничивакадих сил их равны. Это обусловлено тем, что в секции с большим числом витков тбчет меньший, ток, а в секции с меньшим числом витков - больший ток за счет дополнительных токов. Оптимизацию отношения количества витков в секциях определяют также глубина пульсации и разность минимального и максимального значений намагничивающей силы, что наиболее благоприятно скаsfcjBaeiCH на механических параметрах вибратора, т.е. получение наибольшей амплитуды при меньшей потребляемой мощности. Постоянная времени контура (секции 1,4 и 2 и диод 8 или секции 4,2 и 3 и диод 9) близка по величине периоду ЭДС источника напряжения, что позволяет рационально использовать накопленную в контуре магнитную энергию, которая дает дополнительную силу притяжения якоря к магнитопрово ду в то-время, когда якорь развивает наибольшую скорость. Вследствие нали чия значительного подмагничивания при больших значениях магнитного потока якорь 11 совершает движение к магнитопроводу 10, а при малых значениях под действием упругой связи 12, превышающем усилие, развиваемое электромагнитном, якорь совершает Обратное движение. В режиме тягового электромагнита работа устройства заключается, напри мер, в удержании якоря 11 в притянутом положении, когда электромагнитная сила притяжения якоря 11 больше восстанавливающей силы упругой связи 12. Последовательное встречное включение секций 1с4и2сЗв маг нитном отношении, учитывая направле ния проходящего тока по ним, создает согласное включение обмоток (фиг. 2) Секции 1-4 могут быть и полуобмотками. Магнитный поток в магнитопроводе 10 Электромагнита не изменяет направ ления. Благодаря ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции ток в каждой секции не снижается до нуля в момент проход питакхцего напряжения через нуль. ТОк в секциях 1 и 4 или 2 и 3, которые в данный полупериод отключены от источника питания запирающим диодом б или 7, поддерживается благодаря ЭДС самоиндукции, а в конце полупернода благодаря ЭДС взаимоиндукции, Значительное самоподмагничивание, присутствие тока в каждой секции в течение всего периода ЭДС источника переменного напряжения, значительное снижение пульсации и уменьшение переменной составляющей намагничивающей силы, позволяют характеризовать электр магнит высокими энергетическими показателями. Наличие намагничивающей силы от тока самоподмагничивания преимущественно в одной обмотке сниж ет потоки рассеивания. Согласное включение обмоток рационально использовать для работы электромагнита в режиме вибрато ра для получения небольших амплитуд колебания якоря. Предлагаемое устройство создает положительный эффект, обусловленный увеличением КПД, коэффициента мощнос ти и силы тяги (или амплитуд колебания якоря) благодаря рациональным условиям рекуперации энергии во внутренней цепи электромагнита. По сравнению с прототипом в предлагаемом устройстве уменьшаются потоки рассеивания вследствие того, что ток самоподмагничивания проходит через обмотку и меньшую секцию другой обмотки, постоянная времени контура, по которому замыкается подмагничивающий ток, по величине близка к периоду ЭДС источника переменного напряжения, что увеличивает перекрытие магнитных потоков, создаваемых в оба полупериода, и кроме того, увеличение самоподмагничивания (увеличение перекрытия магнитных потоков) уменьшает индуктив ность, что в свою очередь увеличивает рабочий ток, а значит и электромагнитное усилие. Предлагаемый электромагнит характеризуется также тем, что в нем отсутствует регулировочный резистор, а оптимальный угол перекрытия магнитных потоков устанавливается определенным отношением (в пределах 1,65-1,80) количества витков в секциях каждой обмотки; в каждый полупериод ЭДС источника переменного напряжения рабочий ток проходит через один диод, а подмагничивающий ток тоже через один (но другой) диод. Изготовленный образец показывает, что при прочих равных условиях (один и тот же магнитопровод с тем же общим количеством витков в каждой из обеих обмоток, при одном и том же зазоре между якорем и магнитопроводом и тех же четырех диодах) потребляемая мощность на единицу развиваемого усилия (или амплитуды) в 1,7-2,0 раза меньше, чем у прототипа. При согласном включении обмоток образец имеет коэффициент мощности 0,85-0,98, а при встречном - 0,81-0,87, а прототип - соответственно 0,65 и 0,8. Предлагаемое устройство предназначено для внедрения на вибротранспортирующих и ориентирующих устройства;, работающих в околорезонансном режиме при собственной частоте 100 Гц. Формула изобретения Двухобмоточный Электромагнит со встроенными выпрямителями, каждая из обмоток которого выполнена двухсекционной, содержащей четыре полупроводниковых выпрямителя, причем одна из секций первой обмотки соединена последовательно с другой секцией второй обмотки и одним из диодов, одна секция второй обмотки соединена последовательно с другой секцией первой обмотки и вторым диодом, причем