Устройство для защиты электромагнитных реле от магнитных помех Советский патент 1992 года по МПК H01H45/10 G12B17/02 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к области защиты от воздействия внешних магнитных полей, возникающих при работе силового энергетического оборудования. Защиту релейных элементов, в частности электромагнитных реле, осуществляют с помощью экранирующих устройств, которые компенсируют поле помех.

Известен магнитный экран, выполненный в виде ферромагнитного корпуса. Такой сплошной экран затрудняет обслуживание и контроль работы релейной аппаратуры. Кроме того, для эффективного экранирования толщина стенки экрана должна быть 5-10 мм, что существенно увеличивает размеры и вес всего устройства.

Известно экранирующее устройство, содержащее компенсирующие обмотки, расположенные на магнитопроводе защищаемого аппарата и электрически соединенные с обмотками О-образного индуктора. Такое устройство эффективно защищает от магнитных помех всех направлений, кроме перпендикулярного плоскости магнитопроводов защищаемого аппарата и индуктора. Влияние магнитного поля такого направления приводит к изменению магнитной проницаемости магнитопровода электромагнитного реле. Кроме того, при экранировании слабых магнитных полей начальное значение магнитной проницаемости мало.

Цель изобретения - повышение эффективности защиты от магнитных полей любого направления и напряженности.

Цель достигается тем, что известное устройство снабжено дополнительным источником тока. П-образный дополнительный магнитопровод и индуктор снабжены доVJ

V 00 00 О Ю

полнительными обмотками, соединенными между собой последовательно-встречно, причем первый вывод дополнительной обмотки индуктора соединен с первым выводом источника постоянного тока, второй вывод дополнительной обмотки индуктора соединен с первым выводом дополнительной обмотки дополнительного магнитопро- вода П-образной формы, второй вывод которой соединен с вторым выводом источника постоянного тока.

Данное устройство позволяет повысить эффективность за счет того, что часть внешнего магнитного потока отводится от защищаемого релеD-образным магнитопроводом индуктора и перпендикулярным ему П-образным магнитопроводом (направление внешнего магнитного поля ОХ, фиг. 1) или по отдельности каждым из них (направление OY и OZ), осуществляется первичное экранирование; увеличивается начальное значение магнитной проницаемости материала индуктора и П-образного магнитопровода за счет подмагничивания постоянным током.

Предложенное устройство позволяет эффективно защищать от магнитных полей любого направления и напряженности,

На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 и 3 - схема распределения магнитных потоков при направлении внешнего магнитного поля перпендикулярно стержням магнитопроводов (фиг. 2) и шихтовке магнитопровода (фиг. 3).

Устройство содержит о-образный индуктор 1, на котором по крайней мере размещена одна обмотка 2, компенсирующие обмотки 3, размещенные по одной на каждом стержне магнитопровода защищаемого электромагнитного реле 4. Компенсирующие обмотки 3 и обмотки индуктора 2 соединены последовательно таким образом, что ЭДС, создаваемые магнитным полем, в компенсируюа их обмотках 3 были направлены согласно между собой и встречно ЭДС в обмотках индуктора 2. Защищаемое электромагнитное реле 4 располагается внутри магнитопровода 0-образной формы. Магнитные оси обмоток 2 и 3 параллельны, Перпендикулярно плоскости индуктора 1 и магнитопровода реле 4 расположен П-об- разный магнитопровод 5 с обмоткой б, кото- рая соединена последовательно с дополнительной обмоткой 7, размещенной на индукторе 1, и с источником постоянного тока 8.

Индукция, наводимая внешним магнитным полем в индукторе, пропорциональна индукции, наводимой внешним магнитным

полем в магнитопроводе защищаемого реле.

Число компенсирующих обмоток 3 определяется количеством стержней магнитопровода защищаемого реле 4. Компенсирующие обмотки 3 включены между собой встречно-последовательно.

На магнитопроводе защищаемого реле расположена рабочая обмотка 9. Поддействием тока, протекающего в этой обмотке, происходит срабатывание электромагнитного аппарата.

К катушке индуктора последовательно подключены компенсирующие катушки 3.

Число витков каждой компенсирующей катушки 3 выбирается в 2-5 раз меньше числа витков катушки индуктора 2 с целью компенсации ЭДС, наводимой внешним магнитным полем в компенсирующих катушках, и создания магнитного поля, компенсирующего влияния внешнего магнитного поля.

Устройство работает следующим образом.

Часть внешнего магнитного потока отводится от защищаемого аппарата магнитопроводом индуктора (фиг. 1). Поэтому напряженность поля внутри индуктора в месте расположения магнитопровода защищаемого аппарата меньше напряженности

внешнего магнитного поля в 5-10 раз. Индуктор 1 и П-образный магнитопровод б шунтируют магнитный поток, происходит защита от статических и переменных полей, направленных как вдоль магнитной оси

(фиг. 1), так и перпендикулярно ей (фиг. 2, 3). Внешнее магнитное поле наводит в катушке индуктора ЭДС 12, которая может быть вычислена по формуле

,44 -f -Вт -S ,

где f - частота внешнего магнитного поля, Гц;

Вт- индукция в магнитопроводе индуктора, наведенная внешним магнитным полем, Тл;

S - площадь сечения магнитопровода индуктора, м .

Магнитное поле в компенсирующих обмотках 3 наводит ЭДС, направленную встречно 2. Под действием разницы ЭДС:

ДН2-14 п,

где п - число компенсирующих обмоток 3, в них протекают токи, создающие магнитные потоки Фк, равные по величине магнитным потокам, наводимым внешним магнитным

полем в стержнях магнитопровода защищаемого аппарата, но имеющие противоположное направление и компенсирующее влияние внешнего магнитного поля.

Точность компенсации зависит от выполнения фазовых и амплитудных соотношений между полем помех и компенсирующими полями. Учитывая, что речь идет о низких частотах, фазовыми сдвигами компенсирующих обмоток и обмотки индуктора можно пренебречь, а амплитудные соотношения легко получаются подбором сечения магнитопровода индуктора и числа витков компенсирующих обмоток.

Под действием рабочего магнитного потока Фр (фиг. 1). создаваемого рабочей обмоткой в реле, в обмотках 3 наводятся ЭДС, равные по величине и направленные встречно. Поэтому рабочий магнитный поток реле не оказывает влияния на работу устройства.

С изменением напряженности внешнего поля в п раз изменяется в п раз и ЭДС катушки индуктора, соответственно изменяется разница ЭДС и компенсирующие потоки Фк. В итоге в магнитопроводе защищаемого электромагнитного аппарата сумма магнитных потоков, наводимых внешним магнитным полем ФмП и создаваемых компенсирующими катушками Фк, будет равно 0. Влияние внешнего магнитного поля нейтрализуется.

Наличие подмагничивающих обмоток 7 и 6, питающихся от источника постоянного тока, дает возможность увеличить начальное значение магнитной проницаемости материалов магнитопроводов при экранировании слабых магнитных полей (до 100 А/м, фиг. 4). Это позволяет уменьшить сечения магнитопроводов 1 и 5.

Изобретение позволяет расширить функциональные возможности реле и других электроаппаратов с магнитными сердечниками благодаря применению их при наличии низкочастотных и статических помех с высоким уровнем полей.

Степень ослабления внешнего поля индуктором и П-образным магнитопроводом зависит от их размеров. Чем больше площадь поперечного сечения и длина магнитопроводов 1 и 5, вдоль которых направлено внешнее магнитное поле, тем выше степень ослабления поля внутри индуктора.

Эффективность действия предложенного устройства подтверждена при защите широко распространенного реле серии РТ40, Устройство содержало индуктор с площадью поперечного сечения 3.0 м2, обмотку индуктора со 28. компенсирующие обмотки УК 14, магнитопровод сечением 5 1,.

Без устройства относительная погрешность реле в магнитном поле, направленном перпендикулярно шихтовке магнитопровода, при напряженности внешнего магнитного поля А/м составила 9-10%. При использовании устройства относительная погрешность уменьшилась до 1-2%. Формула изобретения Устройство для защиты электромагнит5 ных реле от магнитных помех, содержащее индуктор, компенсирующие обмотки и дополнительный П-образный магнитопровод, индуктор включает в себя П-образный магнитопровод и по крайней мере одну обмот0 ку, размещенную на указанном магнитопроводе, компенсирующие обмотки предназначены для размещения по одной на каждом из стержней магнитопровода защищаемого реле, внутренняя полость П-об5 разного магнитопровода предназначена для размещения в ней защищаемого реле, компенсирующие обмотки и обмотки индуктора соединены между собой последовательно так, что ЭДС, создаваемые

0 магнитным полем в компенсирующих обмотках, направлены согласно между собой и встречно ЭДС в обмотках индуктора и расположены так, что их оси параллельны одна другой, дополнительный магнитопро5 вод П-образной формы расположен так, что его стержни параллельны осям компенсирующих обмоток и обмотке индуктора, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности защиты от магнитных полей

0 любого направления и напряженности, устройство снабжено дополнительным источником тока, П-образный дополнительный магнитопровод и индуктор снабжены дополнительными обмотками, причем первый

5 вывод дополнительной обмотки индуктора соединен с первым выводом источника постоянного тока, второй вывод дополнительной обмотки индуктора соединен с первым выводом дополнительной обмотки дополни0 тельного магнитопровода П-образной формы, второй вывод которой соединен с вторым выводом источника постоянного тока.

Использование: область электротехники, защита от воздействия внешних магнит- ных полей. Сущность изобретения заключается в том, что повышение эффективности защиты достигается за счет отвода от защищаемого аппарата внешнего магнитного потока индуктором и П-образным магнитопроводом и увеличения начального значения магнитной проницаемости материалов магнитопроводов. Таким образом, обеспечивается защита от магнитных полей любого направления и напряженности. 4 ил.

/

7

ft

мл

Физ.1

/

-8

VL

оjr

ог

Фиг. 2

И

НП0у

Фиг.З

./VA

W