Устройство для коммутации цепей постоянного тока Советский патент 1989 года по МПК H01H9/30 

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам, обеспечивающим бездуговую коммутацию цепей постоянного тока.

Цель изобретения - повьшение коммутационной способности силовых контактов путем расширения интервала ступени малого тока в коммутируемой цепи.

На фиг. 1 представлена схема устройства при замкнутом положении си- ловых контактов; на фиг. 2 - то же, при разомкнутом положении силовых koHTaKTOB; на фиг. 3 - дроссель, общий вид; на фиг. 4 - фрагмент сердечника (сечение А-А на фиг. 3).

Устройство для коммутации цепей. постоянного тока содержит дрос-сель, магнитопровод которого выполнен в виде двух сердечников 1 и 2 в форме диска (иг.,. 1), содержащих на одной из торцовых поверхностей явно выраженные полюса, например 3 - 6 на сердечнике Г и полюса 7 - 10 на сердечнике 2. Магнитопровод может быть выполнен из ленточной электротехнической стали или из сплошного материала. На полюсах сердечников размещены секции маловитковой обмотки 11 и секции многовитковой обмотки 12, Причем на калдом полюсе между двумя последовательно соединенными секция сд

00

ми многовитковой обмотки 12 размещена одна секция маловитковой обмотки .11. Секции многовитковой обмотки, расположенные на полюсах 3-6, соединены между собой последовательно и образуют первую цепь, а секции на полюсах 7-10 соединены аналогично и образуют вторую цепь многовитковой обмотки. Соединение секций многовит- ковой обмотки обеспечивает разнрпо- лярное намагничивание двух рядом расположенных полюсов каждого из сердечников. Секции маловитковой обмотки соединены между собой последова- 5 тельно. Сердечники 1 и 2 обращены полюсами друг к другу и имеют минимальный воздушный зазор.

Устройство для коммутации цепей постоянного тока содержит также си- 20 ловые контакты 13, нагрузку 14, дополнительные контакты 15, два высо- коомных резистора 16 и 17, двухполюсный переключатель 18 и вьшоды 19 для подключения источника питания. 25 Маловитковая обмотка 11, силовые контакты 13, нагрузка 14 соединены последовательно и подкдючень к вьшо дам 19. Дополнительные контакты 15 и многовитковая обмотка 12 образуют ЗО вторую цепь,,подключенную к вьшо- дам 19. Высокоомные резисторы 16 и 17 шунтируют силовые 13 и дополнительные 15 контакты. Две цепи секций многовитковой обмотки 12 соединены между собой параллельно. В одну из цепей секций многовитковой обмотки 12 установлен двухполюсный переключатель 18. При изменении коммутационного положения переключателя 18 меняется направление тока в коммутируемой цепи.

Секции маловитковой и многовитковой обмоток выполнень в виде хорошо изолированных катушек (фиг. 3). Катушки изолированы от полюсов карка- сом и имеют форму, например, криволинейной трапеции (фиг, 4).

Сердечник 2 неподвижно закреплен в основании 20. В центральном отвер- 50 стии сердечника 2 закреплена йсь 21 ступенчатой;формы. На ступице оси 21 установлено два радиально-упорных подшипника 22, внутренние обоймы которых закреплены гайкой 23, а наруж- 55 ные обойиы подшипников закреплены в центральной втулке сердечника 1 гайкой 24. Таким обрааом радиально- упорные подшипники 22 исключают осе35

40

5

0 5 О

5

0

вое перемещение сердечника 1 и дают возможность ему для эращательного движения. Воздушный зазор между сердечниками 1 и 2 выполняется минимально возможным, исходя из технологических возможностей, обеспечивающих свободное, без затираний и заклиниваний перемещение сердечника 1 относительно сердечника 2.

На выступающем за сердечник I конце оси 21,закреплен фиксирующий механизм 25, который может быть выполнен в виде быстродействующей управляемой защелки,содержащей плоскую многовитковую катушку 26, установленную в корпусе 27, и плотно прилегающий к катушке якорь 28 в виде диска из хорошо электропроводящего материала. Якорь прижат к катушке 9.6 пружиной 29. К якорю 28 жестко присоединены штифты 30, свободные концы которых входят в углубление на корпусе сердечника 1. В исходном состоянии сердечник 1 зафиксирован так, что магнитные оси его полюсов совпадают с осями пазов сердечника 2. Управление фиксирующим механизмом осуществляется от накопителя энергии через ключевой элемент.

Устройство работает следующим об разом.

В исходном состоянии силовые контакты 13 и дополнительные контакты 15 замкнуты. Подвижные контакты переключателя 18 находятся в положении а (фиг. 1) . Параметры маловитко- вой II и многовитковой 12 обмоток подобраны так, что на каждом полюсе сердечников I и 2 выполняется равенство МДС

iiWci

iiw

.11 где. i.

I

2 И W

сг ч 2

W

С1

(О (2)

ia

i г

и - ток и число витков секции маловитковой обмотки;

ток и число витков первой ветви многовитковой обмотки; и ток и число витков второй ветви многовитковой обмотки, в результате этого по секциям обмоток протекают токи, обратно пропорциональные их числам витков. Направление намотки секций маловитковой обмотки 11 выбрано так, что при обтекании их током ., они создают че51

редующееся разнополярное намагничивание полюсов каждого из сердечников. Например, полюса 3 и 5 имеют одну полярность, а полюса 4 и 6 другую полярность на сердечнике 1, соответственно полюса 7, 9 и 8, 10 на сердечнике 2. На фиг. 1 направление потоков в полюсах от секций маловит- ковой обмотки показаны сплошными стрелками. Одновременно с этим токи i , , обтекая секции много- витковой обмотки 12, размещенные на тех же полюсах, что и секции мало- витковой обмотки I1, также разнопо- лярно намагничивают полюса каждого сердечника. Направление намотки секций обмотки 12 такое, что токи i и i в них создают в полюсах потоки, встречно направленные потокам секций маловитковой обмотки 11 с током ij . На фиг. 1 направление потоков многовитковой обмотки в полюсах показано пунктирными стрелками.

Поскольку на каждом похгюсе обоих сердечников имеет место равенство МДС расположенных на них секций обмоток II и 12, то результирующий поток в каждом полюсе будет равен нулю и между полюсами сердечников 1 и 2 не будет никаких сил взаимодействия. Так как число витков маловитковой обмотки мало, а площадь сечения провода большая, то омическое сопротивление ее весьма мало по сравнению с сопротивлением нагрузки.

В любой момент времени производится размьжание дополнительных контактов 15 и одновременно подается сигнал на ключевой элемент пусковой схемы фиксирующего механизма 25, который срабатьгоает и освобождает серечник 1. Так как цепи многовитковой обмотки соединены между собой параллельно и представляют собой безындуктивный контур, ток i быстро затухает, а поток, наведенный током 1, нарастает. Иод действием динаической индуктивности, обусловленной потокосцеплением маловитковой обмотки, ток i , скачком уменьшается о нуля и затем вновь нарастает. При этом 1 агнитные потоки в полюсах 3 и10, 4и9, 5и8,6и7 сердечниов 1 и 2 имеют согласное направлеие и между полюсами создается электромагнитная сила, которая стремится ритянуть их друг к другу, а между олюсами Аи 10, 5 и 9, 6 и 8, 3 и 7

675876

создается отталкивающая сила. Так как сердечник 1 свободно вращается на оси 21, то под действием этих сил

g он стремится повернуться до совпаде-- НИН магнитных осей противолежащих разнополярных полюсов на сердечниках 1 и 2. Однако штифты 30 ограничивают угол поворота сердечника 1

10 так, чтобы магнитные оси -его полюсов 3, 4, 5, 6 быпи смещены относительно магнитных осей полюсов 10, 9, В, 7 соответственно сердечника 2 на небольшую величину против направ15 ления вращения. Во время движения сердечника 1 относительно сердечника 2 увеличивается площадь перекрытия полюсов ЗиЮ, 4и9, 5и8, 6 и 7. В результате этого увеличи20 вается магнитная проводимость G потока маловитковой обмотки

G Мо § .(3)

где магнитная проницаемость 25 воздуха,- .

S - Площадь взаимного перекрытия полюсов; о - величина воздушного зазора

между полюсами. 0

Потокосцепление маловитковой обмотки является функцией двух переменных: мгновенного значения тока ij в обмотке и магнитной проводимости G 25 воздушного зазора. Последняя, как видно из (3), зависит от зазора и от площади S перекрытия полюсов. Так как в данном устройстве const, а площадь перекрытия зависит от угла 0 поворота If сердечника 1 относительно сердечника 2, то очевидно, что

V f(i,, I/).(4)

Тогда ЭДС, возникающую в секциях jg маловитковой обмотки в результате перемещения сердечника 1 можно пред- С1;авить так:

i: Iiij. Eifiiji i

ditdi dt

0 d(ii,..tfl dV(5)

d V dt.

Первое слагаемое правой части определяет ЭДС самоиндукции, обусловленную динамической индуктивностью. Второе слагаемое выражения (5) определяет ЭДС движения, которая зависит от скорости движения сердечника 1. В результате действия этих ЭДС

ток 1 в маловитковой обмотке йновь будет уменьшаться.

Таким образом, в силовой цепи устройства, содержащей маловитковую обмотку 11, нагрузку 14 и силовые контакты 13, создается ступень малого тока, в течение которой контакты 13 могут быть разомкнуты без электрической дуги. Интервал с туп elin малого то-.,, ка определяется влиянием вихревых то- ков в сердечниках и скоростью вращения сердечника 1.

15

20

30

35

После размыкания дополнительных контактов 15 вследствие изменения магнитного потока полюсов в секциях многовитковой обмотки индуцируются ЭДС самоиндукции. Поскольку секции каждого сердечника соединены между собой в две идентичные цепи, то ЭДС каждой цепи равна, сумме ЭДС секций, расположенных на одном сердечнике. Так как ветви многовитковой обмотки соединены между собой параллельно

(фиг. 1) и образуют замкнутый контур, 25 „отаны две обмотки в котором действующие ЭДС каждой ветви равны и направлены встречно друг другу, то замкнутый контур бу- дет безындуктивным и никакого влияния на переходньтй процесс в дросселе оказьшать не будет. Возникающее напряжение на разомкнутых дополнительных контактах определяется суммой напряжения источника и ЭДС самоиндукции параллельного контура, равной ЭДС одной ветви многовитконой обмотки. Это напряжение гасится высокоом- ным резистором 17.

Возврат сердечника 1 в |исходное состояние производится следующим образом. После размыкания силовых контактов 13 тока в маловитковой обмотке 1 1 нет , а сердечник 1 зафиксирован так, что полюсы 3, 4, 5, 6 расположены против полюсов соответственно 10, 9, 8 и 7 с небольшим смещением в направлении, противоположном предшествующему вращению. Подвижные контакты переключателя 18 переводятся В положение б (фиг, 2) и-одновременно производится расфиксация сердечника 1 механизмом 25, При помощи переключателя 18 в секциях многовитковой обмотки, размещенных на сердечнике 2, направление меняется на противоположное. При этом, дополнительный контакт 15 должен быть замкнут...В результате этого оказываются противолежащие полюсы 3

и 10, 4и9, 5и8 но намагниченными, вые электромагнитн щие на полюсы в пр роны. Эти осевые с ются реакциями опо ные оси полюсов см действуют тенгенци щие электромагнитн вием этих сил серд пов-орачивается в и и фиксируется в по полюса 3, 4, 5, 6 против пазов между 8 и 7 сердечника 2 реключатель 18 вно положение а, и уст лено к следующему

Формула из

Устройство для к постоянного тока, с сель, на магнитопро

40

45

50

55

витков, силовые и д контакты, два высок нагрузку и вьюоды д источника питания, и дополнительные ко рованы указанными в зисторами, многовит разделена на секции подключения источни единены две паралле из которых сострит тактов, маловитково рузки, другая - из контак тов и многови отличающее с целью повышения к способности силовых снабжено двухполюсн лем, магнитопровод лен.из сердечников, рых выполнен в форм ми на одной из торц дисков, маловиткова лена на секции, сер провода расположены ми навстречу друг д стью поворота одног относительно общей полюсов обоих серде жено по две секции обмотки и по одной вой обмотки, распол секциями многовитко ции маловитковой об

,,

5

0

5 „отаны две обмотки

и 10, 4и9, 5и8, 6и7 одноименно намагниченными, что создает осевые электромагнитные силы, действующие на полюсы в противоположные стороны. Эти осевые силы уравновешиваются реакциями опор. Так как магнитные оси полюсов смещены, то на них действуют тенгенциальные составляющие электромагнитных сил. Под действием этих сил сердечник 1 скачком пов-орачивается в исходное состояние и фиксируется в положении, когда полюса 3, 4, 5, 6 устанавливаются против пазов между полюсами 10, 9, 8 и 7 сердечника 2, После этого переключатель 18 вновь переводится в положение а, и устройство подготовлено к следующему циклу коммутации.

Формула изо. бретения

Устройство для коммутации цепей постоянного тока, содержащее дроссель, на магнитопроводе которого нас разным числом

0

5

5 „отаны две обмотки

0

5

0

5

витков, силовые и дополнительные контакты, два высокоомных резистора, нагрузку и вьюоды для подключения источника питания, причем силовые и дополнительные контакты зашунти- рованы указанными высокоомными резисторами, многовитковая обмотку разделена на секции, а к вьшодам для подключения источника питания присоединены две параллельные цепи, одна из которых сострит из силовых контактов, маловитковой обмотки и нагрузки, другая - из дополнительных контак тов и многовитковой обмотки, отличающееся тем, что, с целью повышения коммутационной способности силовых контактов, оно снабжено двухполюсным переключателем, магнитопровод дросселя составлен.из сердечников, каждый из которых выполнен в форме диска с полюсами на одной из торцовыл поверхностей дисков, маловитковая обмотка разделена на секции, сердечники магнито- провода расположены соосно, полюсами навстречу друг другу с возможностью поворота одного из сердечников относительно общей оси, на каждом из полюсов обоих сердечников расположено по две секции многовитковой обмотки и по одной секции маловитковой обмотки, расположенной между секциями многовитковой обмотки, секции маловитковой обмотки соединены

146758710

последовательно, секции многовитко-гу, в одну из цепей секций многовит-вой обмотки на каждом из сердечниковковой обмотки установлен указанный

соединены последовательно, а две двухполюсный переключатель так, что

последовательные цепи секций много- Он имеет возможность изменять напвитковой обмотки каждого из сердеч- равление тока в указанной многовитников соединены параллельно друг дру-ковой обмотке.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам, обеспечивающим бездуговую коммутацию цепей постоянного тока. Цель изобретения - повышение коммутационной способности силовых кор- тактов путем расширения интервала ступени малого тока в коммутируемой цепи. Устройство содержит дроссель, силовые контакты 13, дополнительные контакты 15, нагрузку 14, высокоомные резисторы 16, 17, переключатель 18. Дроссель состоит из сердечников 1 и 2 многовитковой 12 и маловитко- вой 11 обмоток. При отключении .дополнительных контактов ток в многовитковой обмотке быстро затухает, что в-ызывает уменьшение тока в мало- витковой обмотке до нуля и затем вновь нарастает. При нарастании тока в маловитково.й обмотке возникают силы притяжения полюсов сердечников, что приводит к повороту сердечников относительно друг друга и замедлению: нарастания тока в маловитковой обмотке. Во время протекания малого тока в маловитковой обмотке происходит отключение силовых контактов. Переключатель предназначен для изменения направления тока в одной из цепей многовитковой обмотки, что обеспечивает воз-врат сердечников .в исходное состояние. 4 ил. § (Л

Фиг. 2

27 26 28

30 - V19

to

Фив. у