UA97914C2 - Bistable electromagnet drive for switching device - Google Patents
Bistable electromagnet drive for switching device Download PDFInfo
- Publication number
- UA97914C2 UA97914C2 UAA201104815A UAA201104815A UA97914C2 UA 97914 C2 UA97914 C2 UA 97914C2 UA A201104815 A UAA201104815 A UA A201104815A UA A201104815 A UAA201104815 A UA A201104815A UA 97914 C2 UA97914 C2 UA 97914C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- current
- source
- windings
- coil
- coils
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 85
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 abstract 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 16
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 9
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
- H01H33/02—Details
- H01H33/28—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
- H01H33/38—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using electromagnet
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F7/00—Magnets
- H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
- H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
- H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
- H01F7/1607—Armatures entering the winding
- H01F7/1615—Armatures or stationary parts of magnetic circuit having permanent magnet
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
- H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
- H01H33/66—Vacuum switches
- H01H33/666—Operating arrangements
- H01H33/6662—Operating arrangements using bistable electromagnetic actuators, e.g. linear polarised electromagnetic actuators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F7/00—Magnets
- H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
- H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
- H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
- H01F2007/1669—Armatures actuated by current pulse, e.g. bistable actuators
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnets (AREA)
Abstract
Description
джерелом постійного або випрямленого струму безпосередньо, а обмотка котушки вмикання з'єднана із згаданим джерелом струму через елемент для формування заданого значення струму в обмотках котушок. Пристрій для керування бістабільним електромагнітом виконаний з можливістю одночасного підмикання обмоток котушок вмикання і вимикання до спільного або до окремих джерел постійного або випрямленого струму. ї Ж а 1 ї ТА филфкюктнкя і Шинsource of direct or rectified current directly, and the winding of the ignition coil is connected to the mentioned current source through an element for forming a given value of current in the windings of the coils. The device for controlling a bistable electromagnet is made with the possibility of simultaneously connecting the windings of the on and off coils to a common or to separate sources of direct or rectified current. th Zh a 1 th TA filfkyuktnkya and Shin
Ще : : о о ідMore : : o o id
С ШЕ В. о ннS SHE V. o nn
Ї КЕ: До жк : ща 5 ШИ «Фіг. 1Y KE: To housing: house 5 SHY "Fig. 1
Винахід належить до області електротехніки, а саме до бістабільних електромагнітних приводів високовольтних вимикачів, що використовуються для комутації силових енергетичних мереж.The invention belongs to the field of electrical engineering, namely to bistable electromagnetic drives of high-voltage switches used for switching power energy networks.
Відомий бістабільний електромагнітний привід комутаційного пристрою (див. Проспект. -The known bistable electromagnetic drive of the switching device (see Prospectus -
Вакуумньій вьіключатель с магнитньм приводом типа ММІ. АВВ Ромжег Оівігірбшйоп. - 12 с., додається), що містить бістабільний електромагніт, що складається з нерухомої частини магнітопроводу з розташованими в ній котушками вмикання і вимикання та двома постійними магнітами та рухомої частини магнітопроводу, виконаної з можливістю з'єднання з виконавчим механізмом комутаційного пристрою, та пристрій для керування бістабільним електромагнітом, виконаний з можливістю підмикання обмоток котушок вмикання і вимикання до одного джерела постійного струму. Рухома частина магнітопроводу виконана у вигляді якоря, розташованого усередині нерухомої частини магнітопроводу з можливістю поворотно-поступального переміщення уздовж осі котушок. Довжина якоря менше висоти нерухомої частини магнітопроводу на задану величину ходу. Бістабільний електромагніт виконаний з можливістю утворення одного немагнітного повітряного зазору в магнітних колах вмикання і вимикання в двох стабільних положеннях якоря. Фіксація якоря в зазначених положеннях забезпечується постійними магнітами, що створюють при знеструмлених котушках ефект "магнітної защіпки".Vacuum switch with magnetic drive type MMI. ABB Romzheg Oivigirbshyop. - 12 p., attached), containing a bistable electromagnet, consisting of a stationary part of the magnetic circuit with on and off coils located in it and two permanent magnets and a moving part of the magnetic circuit, made with the possibility of connection with the executive mechanism of the switching device, and a device for controlling a bistable electromagnet, made with the possibility of connecting the windings of the on and off coils to one direct current source. The moving part of the magnetic circuit is made in the form of an anchor located inside the stationary part of the magnetic circuit with the possibility of reciprocating movement along the axis of the coils. The length of the armature is less than the height of the stationary part of the magnetic circuit by a given stroke value. The bistable electromagnet is made with the possibility of forming one non-magnetic air gap in the magnetic circuits of switching on and off in two stable positions of the armature. Fixation of the armature in the specified positions is ensured by permanent magnets, which create the effect of a "magnetic catch" when the coils are de-energized.
Вмикання і вимикання електромагнітного приводу здійснюється при подачі струму, відповідно, в обмотку котушки вмикання або вимикання за рахунок створення ними в магнітному колі сил тяжіння якоря, що перевищують за значенням і протилежних за напрямом силам, які утримують його в стабільних положеннях. Після переміщення якоря із одного в протилежне стабільне положення обмотка відповідної котушки відключається від джерела постійного струму за допомогою пристрою для керування бістабільним електромагнітом. Пристрій для керування бістабільним електромагнітом містить електронні елементи для керування режимами роботи котушок вмикання і вимикання, для контролю стану комутаційного пристрою і для керування процесом акумуляції енергії в джерелі постійного струму, виконаному у вигляді конденсатора.Turning on and off the electromagnetic drive is carried out when the current is supplied, respectively, to the winding of the turn-on or turn-off coil due to their creation in the magnetic circuit of the armature's gravitational forces, exceeding in value and opposite in direction to the forces that keep it in stable positions. After moving the armature from one to the opposite stable position, the winding of the corresponding coil is disconnected from the source of direct current by means of a device for controlling a bistable electromagnet. The device for controlling the bistable electromagnet contains electronic elements for controlling the operating modes of the on and off coils, for controlling the state of the switching device and for controlling the process of energy accumulation in the direct current source, made in the form of a capacitor.
Згаданий пристрій виконаний з можливістю поперемінного підмикання обмоток котушок вмикання і вимикання до конденсатора. Відомий електромагнітний привід використовується в конструкції високовольтного вимикача УМ1 виробництва компанії АВВ.The mentioned device is made with the possibility of alternately connecting the windings of the on and off coils to the capacitor. The well-known electromagnetic drive is used in the design of the UM1 high-voltage switch manufactured by the ABB company.
Зо Недоліками відомого бістабільного електромагнітного приводу комутаційного пристрою є: - відносно невелике значення тягової сили в бістабільному електромагніті при переході з одного стабільного положення в інше, обумовлене поперемінним підмиканням обмоток котушок до джерела постійного струму, що викликає необхідність в подачі на них великого струму для створення тягової сили, достатньої для переміщення якоря з одного стабільного положення в інше; - відносно великий час спрацьовування бістабільного електромагніту при вмиканні і вимиканні комутаційного пристрою, обумовлений достатньо великою тривалістю наростання магнітного потоку, необхідного для створення необхідних тягових сил; - відносно велика ємність і вартість конденсатора, що використовується як джерело постійного струму.The disadvantages of the known bistable electromagnetic drive of the switching device are: - a relatively small value of the traction force in the bistable electromagnet when moving from one stable position to another, due to the alternating connection of the windings of the coils to a source of direct current, which causes the need to supply them with a large current to create a traction force sufficient to move the anchor from one stable position to another; - the relatively long time of operation of the bistable electromagnet when switching the switching device on and off is due to the sufficiently long duration of the increase of the magnetic flux necessary to create the necessary traction forces; - the relatively large capacity and cost of the capacitor used as a source of direct current.
Відомий бістабільний електромагнітний привід комутаційного пристрою (див. патент ОА Мо 72320, НО1НЗ33/66, дата публікації 15.02.2005), що містить бістабільний електромагніт, що складається з нерухомої частини магнітопроводу з розташованими в ній котушками вмикання і вимикання та двома постійними магнітами та рухомої частини магнітопроводу, виконаної з можливістю з'єднання з виконавчим механізмом комутаційного пристрою, та пристрій для керування бістабільним електромагнітом, виконаний з можливістю підмикання обмоток котушок вмикання і вимикання до джерела постійного струму. Рухома частина магнітопроводу виконана у вигляді якоря, розташованого усередині нерухомої частини магнітопроводу з можливістю поворотно-поступального переміщення уздовж осі котушок. Довжина якоря менше висоти нерухомої частини магнітопроводу на задану величину ходу. Бістабільний електромагніт виконаний з можливістю утворення одного немагнітного повітряного зазору в магнітних колах вмикання і вимикання в стабільних положеннях якоря. Фіксація якоря в цих положеннях забезпечується постійними магнітами, які створюють при знеструмлених котушках ефект "магнітної защіпки". Вмикання і вимикання електромагнітного приводу здійснюється при подачі струму, відповідно, в обмотку котушки вмикання або вимикання за рахунок створення ними в магнітному колі сил тяжіння якоря, що перевищують за значенням і протилежних за напрямом силам, що утримують його в стабільних положеннях. Після переміщення якоря з одного в протилежне стабільне положення обмотка відповідної котушки відмикається від джерела постійного струму за допомогою пристрою для керування бістабільним електромагнітом. бо Пристрій для керування бістабільним електромагнітом містить електромеханічні елементи для керування режимами роботи котушок вмикання і вимикання, для контролю стану комутаційного пристрою і для керування процесом акумуляції енергії в джерелі постійного струму, виконаному у вигляді конденсатора. Згаданий пристрій виконаний з можливістю поперемінного підмикання обмоток котушок вмикання і вимикання до основного джерела постійного або випрямленого струму, при цьому обмотка котушки вимикання з'єднана з додатковим джерелом постійного струму - конденсатором, що забезпечує безперебійність її живлення при аварійному відмиканні основного джерела.A bistable electromagnetic drive of a switching device is known (see patent OA Mo 72320, НО1НЗ33/66, publication date 02.15.2005), which contains a bistable electromagnet consisting of a stationary part of the magnetic circuit with on and off coils located in it and two permanent magnets and a movable part of the magnetic circuit, made with the possibility of connection with the executive mechanism of the switching device, and the device for controlling a bistable electromagnet, made with the possibility of connecting the windings of the on and off coils to a source of direct current. The moving part of the magnetic circuit is made in the form of an anchor located inside the stationary part of the magnetic circuit with the possibility of reciprocating movement along the axis of the coils. The length of the armature is less than the height of the stationary part of the magnetic circuit by a given stroke value. The bistable electromagnet is made with the possibility of forming one non-magnetic air gap in the magnetic circuits of switching on and off in stable positions of the armature. Fixation of the armature in these positions is ensured by permanent magnets, which create the effect of a "magnetic catch" when the coils are de-energized. Turning on and off the electromagnetic drive is carried out when the current is supplied, respectively, to the winding of the turn-on or turn-off coil due to their creation in the magnetic circuit of the anchor's gravitational forces, which exceed in value and are opposite in direction to the forces that keep it in stable positions. After moving the armature from one to the opposite stable position, the winding of the corresponding coil is disconnected from the source of direct current by means of a device for controlling a bistable electromagnet. because the device for controlling a bistable electromagnet contains electromechanical elements for controlling the modes of operation of the on and off coils, for controlling the state of the switching device and for controlling the process of energy accumulation in a direct current source made in the form of a capacitor. The mentioned device is made with the possibility of alternately connecting the windings of the switching on and off coils to the main source of direct or rectified current, while the winding of the switching off coil is connected to an additional source of direct current - a capacitor, which ensures uninterrupted power supply in case of emergency disconnection of the main source.
Удосконалення конструкції пристрою для керування бістабільним електромагнітом дозволило підвищити надійність і безпеку роботи приводу. Відомий бістабільний електромагнітний привід апробований в конструкції високовольтного вимикача серії ВР2 виробництва компанії Рівненський завод високовольтної апаратури.Improvement of the design of the device for controlling the bistable electromagnet made it possible to increase the reliability and safety of the drive. The well-known bistable electromagnetic drive was tested in the design of the high-voltage circuit breaker of the BP2 series manufactured by the Rivne High-Voltage Equipment Plant.
Недоліками відомого бістабільного електромагнітного приводу комутаційного пристрою є: - відносно невелике значення тягової сили в бістабільному електромагніті при переході з одного стабільного положення в інше, обумовлене поперемінним підмиканням обмоток котушок до джерела постійного струму, що викликає необхідність в подачі на них великого струму для створення тягової сили, достатньої для переміщення якоря з одного стабільного положення в інше; - відносно великий час спрацьовування бістабільного електромагніту при вмиканні і вимиканні комутаційного пристрою, обумовлене достатньо великою тривалістю наростання магнітного потоку, необхідного для створення необхідних тягових сил; - відносно велика ємність і вартість конденсатора, що використовується як додаткове джерело постійного струму.The disadvantages of the known bistable electromagnetic drive of the switching device are: - a relatively small value of the traction force in the bistable electromagnet when moving from one stable position to another, due to the alternating connection of the coil windings to a source of direct current, which causes the need to supply them with a large current to create a traction force , sufficient to move the anchor from one stable position to another; - relatively long activation time of the bistable electromagnet when turning on and off the switching device, due to the sufficiently long duration of the increase of the magnetic flux necessary to create the necessary traction forces; - the relatively large capacity and cost of the capacitor used as an additional source of direct current.
Вказані недоліки в сукупності знижують технічні характеристики бістабільного електромагнітного приводу комутаційного пристрою при одночасному його здороженні.The indicated shortcomings collectively reduce the technical characteristics of the bistable electromagnetic drive of the switching device while simultaneously increasing its cost.
В основу винаходу поставлена задача створення такої конструкції бістабільного електромагнітного приводу комутаційного пристрою, в якій за рахунок іншого взаємозв'язку обмоток котушок вмикання і вимикання з пристроєм для керування бістабільним електромагнітом і іншого конструктивного виконання згаданого пристрою забезпечується істотне підвищення величини тягової сили бістабільного електромагніту при меншому значенніThe invention is based on the task of creating such a design of a bistable electromagnetic drive of a switching device, in which due to a different interconnection of the windings of the on and off coils with the device for controlling the bistable electromagnet and another design of the mentioned device, a significant increase in the traction force of the bistable electromagnet is ensured at a lower value
Зо струму в його обмотках, що дозволяє підвищити швидкодію приводу при одночасному зниженні його вартості.From the current in its windings, which allows you to increase the speed of the drive while simultaneously reducing its cost.
Поставлена задача вирішується тим, що в бістабільному електромагнітному приводі комутаційного пристрою, який містить бістабільний електромагніт, що складається з нерухомої частини магнітопроводу з розташованими в ній котушками вмикання та вимикання та принаймні одним постійним магнітом та рухомої частини магнітопроводу, виконаної з можливістю з'єднання з виконавчим механізмом комутаційного пристрою, та пристрій для керування бістабільним електромагнітом, виконаний з можливістю підмикання обмоток котушок вмикання і вимикання принаймні до одного джерела постійного або випрямленого струму, згідно винаходу згаданий пристрій містить принаймні один елемент для формування заданого значення струму в обмотках котушок і виконаний з можливістю одночасного підмикання обмоток котушок вмикання та вимикання до джерела постійного або випрямленого струму при вмиканні і вимиканні електромагнітного приводу, при цьому при вмиканні електромагнітного приводу обмотка котушки вмикання з'єднана з джерелом постійного або випрямленого струму безпосередньо, а обмотка котушки вимикання з'єднана із згаданим джерелом струму через елемент для формування заданого значення струму в обмотках котушок, при вимиканні електромагнітного приводу обмотка котушки вимикання з'єднана з джерелом постійного або випрямленого струму безпосередньо, а обмотка котушки вмикання з'єднана із згаданим джерелом струму через елемент для формування заданого значення струму в обмотках котушок.The problem is solved by the fact that in a bistable electromagnetic drive of a switching device, which contains a bistable electromagnet, consisting of a stationary part of the magnetic circuit with on and off coils located in it and at least one permanent magnet, and a movable part of the magnetic circuit, made with the possibility of connection with the executive mechanism of the switching device, and a device for controlling a bistable electromagnet, made with the possibility of connecting the windings of the on and off coils to at least one source of direct or rectified current, according to the invention, the mentioned device contains at least one element for forming a given current value in the windings of the coils and is made with the possibility of simultaneous connecting the windings of the on and off coils to a direct or rectified current source when the electromagnetic drive is turned on and off, while when the electromagnetic drive is turned on, the winding of the on coil is connected to the DC source direct or rectified current, and the winding of the cut-off coil is connected to the mentioned current source through an element for forming a set current value in the coil windings, when the electromagnetic drive is turned off, the winding of the cut-off coil is connected to the source of direct or rectified current, and the winding of the cut-off coil connected to the mentioned current source through an element for forming a given value of current in the windings of the coils.
При цьому пристрій для керування бістабільним електромагнітом виконаний з можливістю одночасного підмикання обмоток котушок вмикання і вимикання до спільного або до окремих джерел постійного або випрямленого струму.At the same time, the device for controlling the bistable electromagnet is made with the possibility of simultaneously connecting the windings of the on and off coils to a common or to separate sources of direct or rectified current.
Сукупність загальних і відрізнювальних істотних ознак формули винаходу, що заявляється, дозволяє реалізувати в конструкції бістабільного електромагнітного приводу при його вмиканні та вимиканні істотне збільшення тягової сили бістабільного електромагніту при меншому значенні струму в обмотках котушок. Виконання пристрою для керування бістабільним електромагнітом принаймні з одним елементом для формування заданого значення струму дозволяє подавати в обмотки котушок постійний струм з певними параметрами, які вибираються, наприклад, з урахуванням конструктивного виконання і призначення бо комутаційного пристрою. Виконання згаданого пристрою з можливістю одночасного підмикання обмоток котушок вмикання і вимикання до джерела постійного або випрямленого струму при вмиканні і вимиканні електромагнітного приводу, а також з можливістю з'єднання при вмиканні електромагнітного приводу обмотки котушки вмикання безпосередньо з джерелом струму і обмотки котушки вимикання - через елемент для формування заданого значення струму і при вимиканні електромагнітного приводу обмотки котушки вимикання безпосередньо з джерелом струму і обмотки котушки вмикання - через згаданий елемент забезпечує створення в бістабільному електромагніті сумарні магнітні поля, які істотно підвищують його тягові сили, що впливають на рухому частину магнітопроводу при переході з одного стабільного положення в інше. Це дозволяє також істотно знизити значення струму в обмотках котушок при вмиканні і вимиканні електромагнітного приводу і скоротити тривалість процесу подолання магнітного поля, створюваного постійним магнітом для утримання рухомої частини магнітопроводу в його крайніх положеннях. Зниження значення струму в обмотках котушок при вмиканні і вимиканні електромагнітного приводу дозволяє, у свою чергу, використовувати в конструкції комутаційного пристрою інші джерела постійного або випрямленого струму, наприклад, конденсатори з меншою ємністю або оперативні джерела живлення комутаційного пристрою меншої потужності. За рахунок цього вказаний результат може бути досягнутий при одночасному зниженні вартості електромагнітного приводу комутаційного пристрою.The set of general and distinctive features of the claims of the claimed invention makes it possible to realize in the design of the bistable electromagnetic drive when it is turned on and off a significant increase in the traction force of the bistable electromagnet at a lower value of the current in the coil windings. The implementation of a device for controlling a bistable electromagnet with at least one element for forming a given current value allows supplying a direct current to the windings of the coils with certain parameters that are selected, for example, taking into account the design and purpose of the switching device. Execution of the mentioned device with the possibility of simultaneously connecting the windings of the on and off coils to a source of direct or rectified current when the electromagnetic drive is turned on and off, as well as with the possibility of connecting the winding of the on coil directly to the current source and the winding of the off coil - through an element when the electromagnetic drive is turned on for the formation of a set value of current and when the electromagnetic drive of the winding of the turn-off coil is turned off directly with the current source and the winding of the turn-on coil - through the mentioned element, it ensures the creation of total magnetic fields in the bistable electromagnet, which significantly increase its traction forces, which affect the moving part of the magnetic circuit when transitioning from from one stable position to another. It also makes it possible to significantly reduce the value of the current in the coil windings when the electromagnetic drive is turned on and off and to reduce the duration of the process of overcoming the magnetic field created by the permanent magnet to hold the moving part of the magnetic circuit in its extreme positions. Reducing the value of the current in the coil windings when the electromagnetic drive is turned on and off allows, in turn, to use other sources of direct or rectified current in the design of the switching device, for example, capacitors with a smaller capacity or operational power sources of the switching device of lower power. Due to this, the specified result can be achieved while simultaneously reducing the cost of the electromagnetic drive of the switching device.
Суть винаходу, що заявляється, пояснюється представленими фігурами креслень, де на фіг. 1 надана принципова схема бістабільного електромагнітного приводу; на фіг. 2 - принципова схема магнітного кола і напряму магнітних потоків при знеструмлених обмотках котушок (вимкнений стан); на фіг. З - те ж при вмиканні приводу; на фіг. 4 - принципова електрична схема виконання приводу із спільним джерелом постійного струму при вмиканні приводу; на фіг. 5 - те ж при вимиканні приводу; на фіг. 6 - принципова електрична схема виконання приводу з окремими джерелами постійного струму при вмиканні приводу; на фіг. 7 - теж при вимиканні приводу.The essence of the claimed invention is explained by the presented figures of the drawings, where in fig. 1 provides a schematic diagram of a bistable electromagnetic drive; in fig. 2 - the schematic diagram of the magnetic circuit and the direction of the magnetic fluxes when the windings of the coils are de-energized (off state); in fig. With - the same when turning on the drive; in fig. 4 - the basic electrical diagram of the drive with a common source of direct current when the drive is turned on; in fig. 5 - the same when turning off the drive; in fig. 6 - the basic electrical diagram of the drive with separate sources of direct current when the drive is turned on; in fig. 7 - also when turning off the drive.
Бістабільний електромагнітний привід комутаційного пристрою містить (фіг. 1) бістабільний електромагніт 1, що складається з нерухомої частини магнітопроводу 2 з розташованими в ній співвісно котушками вмикання 3 і вимикання 4 і двома постійними магнітами 5 і рухомої частини магнітопроводу б, і пристрій 7 для керування бістабільним електромагнітом, виконаний з можливістю підмикання обмоток згаданих котушок З і 4 до джерела постійного або випрямленого струму 8. Рухома частина магнітопроводу б виконана у вигляді якоря, розміщеного в згаданій нерухомій частині 2 3 можливістю поворотно-поступального переміщення уздовж осі котушок. Довжина якоря менше висоти нерухомої частини магнітопроводу 2 на задану величину його ходу. Якір за допомогою проміжного механічного пристрою з'єднаний з рухомими контактами комутаційного пристрою (не показані). Бістабільний електромагніт 1 виконаний з одним немагнітним повітряним зазором (не позначений), який утворюється між нерухомою частиною магнітопроводу 2 і торцем якоря в кожному із стабільних положень - вмикання або вимикання.The bistable electromagnetic drive of the switching device contains (Fig. 1) a bistable electromagnet 1, which consists of a stationary part of the magnetic circuit 2 with coaxially located coils on and off 3 and 4 and two permanent magnets 5 and a moving part of the magnetic circuit b, and a device 7 for controlling the bistable an electromagnet, made with the possibility of connecting the windings of the mentioned coils C and 4 to a source of direct or rectified current 8. The moving part of the magnetic circuit would be made in the form of an anchor placed in the mentioned stationary part 2 3 with the possibility of reciprocating movement along the axis of the coils. The length of the armature is less than the height of the fixed part of the magnetic conductor 2 by a given amount of its stroke. The armature is connected by means of an intermediate mechanical device to the moving contacts of the switching device (not shown). The bistable electromagnet 1 is made with one non-magnetic air gap (not marked), which is formed between the stationary part of the magnetic conductor 2 and the end of the armature in each of the stable positions - on or off.
Пристрій 7 для керування бістабільним електромагнітом містить принаймні один елемент для формування заданого значення струму 9 в обмотках котушок і виконаний з можливістю одночасного підмикання обмоток котушок вмикання З і вимикання 4 до джерела постійного або випрямленого струму 8 при вмиканні і вимиканні електромагнітного приводу. Постійні магніти 5 намагнічені зустрічно один одному, при цьому поверхні однієї пари однойменних полюсів М прилягають до якоря, а іншої пари однойменних полюсів 5 - до нерухомої частини 2 магнітопроводу бістабільного електромагніту 1 (фіг. 2). При знеструмлених обмотках котушок вмикання З і вимикання 4 і напрямах намагнічування постійних магнітів 5, що відповідають позначенням М ії 5, створювані ними магнітні потоки Фі і Фо направлені зустрічно (позначені стрілками). При вказаних напрямах намагнічування постійних магнітів 5 після з'єднання обмоток котушок вмикання З і вимикання 4 з джерелом постійного або випрямленого струму 8 (фіг. З) в згаданих обмотках проходять струми в зустрічному напрямі (позначені стрілками), внаслідок чого в магнітній системі одночасно з магнітними потоками Фі; і Фо створюються магнітні потокиThe device 7 for controlling a bistable electromagnet contains at least one element for forming a set current value 9 in the windings of the coils and is made with the possibility of simultaneously connecting the windings of the on and off coils 4 to the source of direct or rectified current 8 when the electromagnetic drive is turned on and off. The permanent magnets 5 are magnetized against each other, while the surfaces of one pair of identical poles M are adjacent to the anchor, and the other pair of identical poles 5 are attached to the fixed part 2 of the magnet wire of the bistable electromagnet 1 (Fig. 2). When the windings of the start-up and turn-off coils 3 and 4 are de-energized and the magnetization directions of the permanent magnets 5 correspond to the designations M and 5, the magnetic fluxes Fi and Fo created by them are directed in opposite directions (marked by arrows). With the specified directions of magnetization of permanent magnets 5, after connecting the windings of the on and off coils 3 and 4 with a source of direct or rectified current 8 (Fig. 3), currents pass in the opposite direction (indicated by arrows) in the mentioned windings, as a result of which in the magnetic system simultaneously with magnetic fluxes Phi; and Fo, magnetic fluxes are created
Фз і Фі, напрям яких співпадає з напрямом магнітного потоку Фо і протилежний до напряму магнітного потоку фі.Фз and Фи, the direction of which coincides with the direction of the magnetic flux Fo and is opposite to the direction of the magnetic flux фи.
В даних прикладах виконання бістабільного електромагнітного приводу пристрій 7 для керування бістабільним електромагнітом виконаний з утворенням замкненого контуру між елементом для формування заданого значення струму 9 та обмотками котушок вмикання 3 і вимикання 4. При цьому, у разі використовування для роботи бістабільного електромагнітного приводу одного джерела постійного або випрямленого струму 8 згаданий пристрій 7 виконано таким чином, що при вмиканні приводу обмотка котушки вмикання З з'єднана з джерелом бо постійного або випрямленого струму 8 безпосередньо, а обмотка котушки вимикання 4 з'єднана зі згаданим джерелом струму через елемент для формування заданого значення струму 9 (фіг. 4). При вимиканні приводу обмотка котушки вимикання 4 з'єднана з джерелом постійного або випрямленого струму 8 безпосередньо, а обмотка котушки вмикання 3 з'єднана зі згаданим джерелом струму через елемент для формування заданого значення струму 9 (фіг. 5). При використовуванні для роботи бістабільного електромагнітного приводу двох джерел постійного або випрямленого струму 10 і 11 згаданий пристрій 7 виконано таким чином, що при вмиканні приводу обмотка котушки вмикання З з'єднана з джерелом постійного або випрямленого струму безпосередньо, а обмотка котушки вимикання 4 - через елемент для формування значення струму 9 (фіг. 6), при вимиканні приводу обмотка котушки вимикання 4 з'єднана з джерелом 10 постійного або випрямленого струму 11 безпосередньо, а обмотка котушки вмикання З - через елемент для формування значення струму 9 (фіг. 7). В обох прикладах виконання елемент для формування заданого значення струму 9 може бути виконаний, наприклад, у вигляді резистора.In these examples of the implementation of the bistable electromagnetic drive, the device 7 for controlling the bistable electromagnet is made with the formation of a closed loop between the element for forming the specified current value 9 and the windings of the on-off coils 3 and 4. At the same time, in the case of using one source of constant or of rectified current 8, the mentioned device 7 is made in such a way that when the drive is turned on, the winding of the switching coil C is connected to the source of direct or rectified current 8 directly, and the winding of the switching coil 4 is connected to the mentioned current source through an element for forming a given current value 9 (Fig. 4). When the drive is turned off, the winding of the cut-off coil 4 is connected to the source of direct or rectified current 8 directly, and the winding of the turn-on coil 3 is connected to the mentioned current source through the element for forming the set value of the current 9 (Fig. 5). When using two DC or rectified current sources 10 and 11 for the operation of a bistable electromagnetic drive, the mentioned device 7 is made in such a way that when the drive is turned on, the winding of the start-up coil C is connected to the DC or rectified current source directly, and the turn-off coil winding 4 is connected through an element to form the current value 9 (Fig. 6), when the drive is turned off, the winding of the cut-off coil 4 is connected to the source 10 of direct or rectified current 11 directly, and the winding of the turn-on coil C is connected through the element for forming the current value 9 (Fig. 7). In both examples, the element for forming the specified current value 9 can be made, for example, in the form of a resistor.
Описане в прикладах і представлене на кресленнях технічне рішення може бути реалізовано в бістабільних електромагнітних приводах різного конструктивного виконання, які містять сукупність істотних ознак, включених у формулу винаходу. Наприклад, бістабільний електромагніт може бути виконаний з двома або більш немагнітними повітряними зазорами в магнітній системі. Наприклад, рухома частина магнітопроводу може бути виконана у вигляді штока з немагнітного матеріалу, розташованого усередині нерухомої частини магнітопроводу, і двох якорів, закріплених на протилежних кінцях штока із зовнішньої сторони згаданої нерухомої частини. Наприклад, котушки вмикання і/або вимикання можуть бути виконані з декількома обмотками. Наприклад, бістабільний електромагніт може бути виконаний не з поворотно- поступальним переміщенням його рухомої частини щодо нерухомої частини магнітопроводу, а з поворотно-обертальним переміщенням на заданий кут. Наприклад, нерухома частина магнітопроводу може бути виконана круглої або іншої форми. Наприклад, пристрій для керування бістабільним електромагнітом може містити елементи для формування заданого значення струму іншого конструктивного виконання, зокрема, у вигляді комбінацій пасивних (резистори, конденсатори, індуктори) і активних (транзистори, тиристори і ін.) елементів електричних кіл, що забезпечують отримання вищезгаданого технічного результату.The technical solution described in the examples and presented in the drawings can be implemented in bistable electromagnetic drives of various designs, which contain a set of essential features included in the claims. For example, a bistable electromagnet can be made with two or more non-magnetic air gaps in the magnetic system. For example, the moving part of the magnetic circuit can be made in the form of a rod made of non-magnetic material, located inside the stationary part of the magnetic circuit, and two anchors fixed on the opposite ends of the rod from the outside of the mentioned stationary part. For example, on and/or off coils can be made with several windings. For example, a bistable electromagnet can be made not with rotary-translational movement of its moving part relative to the stationary part of the magnetic circuit, but with rotary-rotational movement at a given angle. For example, the fixed part of the magnetic circuit can be round or of another shape. For example, a device for controlling a bistable electromagnet may contain elements for forming a given current value of a different design, in particular, in the form of combinations of passive (resistors, capacitors, inductors) and active (transistors, thyristors, etc.) elements of electric circuits that provide the above-mentioned technical result.
Робота бістабільного електромагнітного приводу, що заявляється, пояснюється на прикладі його виконання з бістабільним електромагнітом, виконаним з одним немагнітним повітряним зазором.The operation of the claimed bistable electromagnetic drive is explained on the example of its execution with a bistable electromagnet made with one non-magnetic air gap.
Робота бістабільного електромагнітного приводу здійснюється в такий спосіб.The bistable electromagnetic drive works as follows.
В початковому (вимкненому) положенні бістабільного електромагнітного приводу при знеструмлених обмотках котушок вмикання З і вимикання 4 (фіг. 2) зустрічно намагнічені постійні магніти 5 створюють в бістабільному електромагніті 1 магнітні потоки Ф: і Ф» і відповідні їм сили тяжіння якоря до верхньої і нижньої горизонтальних ділянок нерухомої частини магнітопроводу 2. Наявність немагнітного повітряного зазору між торцем якоря і нижньою горизонтальною ділянкою нерухомої частини магнітопроводу 2 істотно зменшує магнітний потікIn the initial (off) position of the bistable electromagnetic drive, when the windings of the on and off coils З and 4 are de-energized (Fig. 2), counter-magnetized permanent magnets 5 create in the bistable electromagnet 1 magnetic fluxes Ф: and Ф" and the corresponding forces of attraction of the armature to the upper and lower horizontal sections of the stationary part of the magnetic conductor 2. The presence of a non-magnetic air gap between the end of the armature and the lower horizontal section of the stationary part of the magnetic conductor 2 significantly reduces the magnetic flux
Фо у порівнянні з магнітним потоком Фі, внаслідок чого сила тяжіння якоря до верхньої горизонтальної ділянки значно перевищує силу його тяжіння до протилежної нижньої ділянки.Fo in comparison with the magnetic flux Fi, as a result of which the force of attraction of the anchor to the upper horizontal section significantly exceeds the force of its attraction to the opposite lower section.
За рахунок різниці вказаних сил якір знаходитиметься у верхньому стабільному положенні, яке відповідає вимкненому положенню бістабільного електромагнітного приводу.Due to the difference in the specified forces, the anchor will be in the upper stable position, which corresponds to the off position of the bistable electromagnetic drive.
Вмикання приводу здійснюють за допомогою пристрою 7 для керування бістабільним електромагнітом шляхом одночасного з'єднання обмоток котушок вмикання З і вимикання 4 з джерелом постійного або випрямленого струму 8 (фіг. 3, 4). При напрямах намагнічення постійних магнітів 5, що відповідають позначенням М і 5, і з'єднанні обмоток котушок вмикання З і вимикання 4 з джерелом постійного або випрямленого струму 8 в згаданих обмотках проходять струми в зустрічному напрямі. В цьому випадку обмотка котушки вмикання 3, яка підключена до джерела постійного або випрямленого струму 8 безпосередньо, створить магнітний потік Фз, направлений зустрічно до потоку Фі у верхній частині якоря і згідно з потоком Фо в нижній частині якоря, внаслідок чого сила тяжіння останнього до верхньої горизонтальної ділянки нерухомої частини магнітопроводу 2 зменшиться, а сила тяжіння якоря до нижньої горизонтальної ділянки нерухомої частини магнітопроводу 2 збільшиться. Для того, щоб сила тяжіння якоря до нижньої горизонтальної ділянки нерухомої частини магнітопроводу 2 перевищила силу його тяжіння до верхньої ділянки і якір почав переміщуватися в протилежне стабільне положення, через обмотку котушки вмикання З необхідно пропустити відносно великий струм. Проте, в результаті одночасного підмикання до джерела постійного або випрямленого струму 8 обмотки котушки вимикання 4 через елемент 9 для формування заданого значення струму при заданому напрями протікання в ній струму в магнітній системі бо створюється магнітний потік Фа, направлений зустрічно до потоку Фі у верхній частині якоря, що додатково зменшує силу його тяжіння до верхньої горизонтальної ділянки нерухомої частини магнітопроводу 2. При цьому сумарне значення струму в обмотках котушок вмикання 3 і вимикання 4, необхідне для початку переміщення якоря бістабільного електромагніту 1 з одного (вимкненого) стабільного положення в протилежне (увімкнене), виявляється істотно меншим, ніж струм при підмиканні однієї обмотки котушки вмикання 3, що працює без «допомоги» обмотки котушки вимикання 4. Після переміщення якоря в увімкнене стабільне положення обмотки обох котушок 3 і 4 знеструмлюють, а утримання якоря в цьому положенні забезпечується за рахунок сил, створюваних постійними магнітами 5.The drive is switched on using a device 7 for controlling a bistable electromagnet by simultaneously connecting the windings of the on and off coils 4 with a source of direct or rectified current 8 (Fig. 3, 4). When the magnetization directions of the permanent magnets 5 correspond to the designations M and 5, and the connection of the windings of the on and off coils 4 with a source of direct or rectified current 8, currents pass in the opposite direction in the mentioned windings. In this case, the winding of the switching coil 3, which is connected to the source of direct or rectified current 8 directly, will create a magnetic flux Fz directed opposite to the flux Fi in the upper part of the armature and according to the flux Fo in the lower part of the armature, as a result of which the force of attraction of the latter to the upper of the horizontal section of the fixed part of the magnetic conductor 2 will decrease, and the force of attraction of the anchor to the lower horizontal section of the fixed part of the magnetic conductor 2 will increase. In order for the force of attraction of the armature to the lower horizontal section of the stationary part of the magnetic conductor 2 to exceed the force of its attraction to the upper section and the armature begins to move to the opposite stable position, it is necessary to pass a relatively large current through the winding of the switching coil C. However, as a result of the simultaneous connection to the source of direct or rectified current 8 of the winding of the shutdown coil 4 through the element 9 for the formation of a given current value with a given direction of current flow in the magnetic system, a magnetic flux Fa is created, directed opposite to the flux Fi in the upper part of the armature , which additionally reduces the force of its attraction to the upper horizontal section of the stationary part of the magnetic conductor 2. At the same time, the total value of the current in the windings of the switching coils 3 and 4 is necessary to start moving the armature of the bistable electromagnet 1 from one (off) stable position to the opposite (on) , turns out to be significantly less than the current when one winding of the turn-on coil 3 is connected, which works without the "help" of the turn-off coil winding 4. After moving the armature to the switched-on stable position, the windings of both coils 3 and 4 are de-energized, and the armature is kept in this position by forces created by permanent magnets there 5.
Для вимикання бістабільного електромагнітного приводу в пристрої 7 для керування бістабільним електромагнітом котушка вимикання 4 з'єднується з джерелом постійного або випрямленого струму 8 безпосередньо, а обмотка котушки вмикання 3 з'єднується із згаданим джерелом через елемент 9 для формування заданого значення струму. В результаті сила тяжіння якоря до верхньої горизонтальної ділянки нерухомої частини магнітопроводу 2 стає більше сили його тяжіння до нижньої горизонтальної ділянки і починається рух якоря в протилежне - вимкнене стабільне положення. Після переміщення якоря у вимкнене стабільне положення пристрій 7 для керування бістабільним електромагнітом знеструмлює обмотки обох котушок З і 4, а утримання якоря в цьому положенні забезпечується за рахунок сил, створюваних постійними магнітами 5.To turn off the bistable electromagnetic drive in the device 7 for controlling the bistable electromagnet, the cut-off coil 4 is connected to the source of direct or rectified current 8 directly, and the winding of the turn-on coil 3 is connected to the mentioned source through the element 9 to form a set current value. As a result, the force of attraction of the armature to the upper horizontal section of the stationary part of the magnetic conductor 2 becomes greater than its force of attraction to the lower horizontal section and the movement of the armature begins in the opposite - off stable position. After moving the armature to the disabled stable position, the device 7 for controlling the bistable electromagnet de-energizes the windings of both coils C and 4, and the armature is held in this position by the forces created by the permanent magnets 5.
Результати експериментальних досліджень, виконаних на дослідних зразках, спроектованих і виготовлених на основі технічного рішення, що заявляється, підтвердили працездатність запропонованого бістабільного електромагнітного приводу у складі комутаційних пристроїв і отримання заданого технічного результату. Зокрема, використовування приводу конструкції, що заявляється, дозволяє забезпечити необхідну тягову силу електромагніту при зниженні на 20-30The results of experimental studies performed on prototypes designed and manufactured on the basis of the claimed technical solution confirmed the functionality of the proposed bistable electromagnetic drive as part of switching devices and obtaining the specified technical result. In particular, the use of the drive of the proposed design allows to ensure the necessary traction force of the electromagnet when reduced by 20-30
Фо сумарного струму в обмотках котушок вмикання та вимикання у порівнянні з електромагнітними приводами, виконаними з поперемінним підмиканням обмоток. Приблизно на стільки ж зменшується і час спрацьовування електромагнітного приводу при вмиканні і вимиканні комутаційного пристрою. Вказаний технічний результат досягається при одночасному забезпеченні надійності і безпеки експлуатації комутаційного пристрою.Fo of the total current in the windings of the turn-on and turn-off coils in comparison with electromagnetic drives made with alternating windings. The activation time of the electromagnetic drive when turning on and off the switching device is reduced by approximately the same amount. The specified technical result is achieved by simultaneously ensuring the reliability and safety of operation of the switching device.
Коо)Coo)
Claims (2)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA201104815A UA97914C2 (en) | 2011-04-19 | 2011-04-19 | Bistable electromagnet drive for switching device |
| PCT/UA2011/000053 WO2012144965A1 (en) | 2011-04-19 | 2011-07-11 | Bistable electromagnetic drive for a switching device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA201104815A UA97914C2 (en) | 2011-04-19 | 2011-04-19 | Bistable electromagnet drive for switching device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA97914C2 true UA97914C2 (en) | 2012-03-26 |
Family
ID=47041834
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UAA201104815A UA97914C2 (en) | 2011-04-19 | 2011-04-19 | Bistable electromagnet drive for switching device |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA97914C2 (en) |
| WO (1) | WO2012144965A1 (en) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2305560B (en) * | 1995-09-19 | 2000-01-19 | Gec Alsthom Ltd | Switch circuit for a bistable magnetic actuator |
| DE19726562A1 (en) * | 1997-06-23 | 1998-12-24 | Abb Research Ltd | Circuit arrangement for controlling a bistable magnetic actuator |
| CN201417683Y (en) * | 2009-06-19 | 2010-03-03 | 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 | Control circuit of bistable permanent magnetic actuator |
-
2011
- 2011-04-19 UA UAA201104815A patent/UA97914C2/en unknown
- 2011-07-11 WO PCT/UA2011/000053 patent/WO2012144965A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2012144965A1 (en) | 2012-10-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100968462B1 (en) | Electro magnetic actuator using permanent magnetics and driving apparatus with the same | |
| KR100899432B1 (en) | An economy in power consumption type electromagnetic contactor | |
| KR101103381B1 (en) | Electro magnetic actuator using a permanent magnet and a spring, and driving apparatus with the same | |
| KR101068155B1 (en) | Magnetic contactor with a driving device for controlling an actuator | |
| US9966215B2 (en) | Permanent magnet operating device | |
| KR101247121B1 (en) | electromagnetic contactor | |
| CN104303251A (en) | Line protection switch | |
| KR20090115950A (en) | Hybrid electromagnetic actuator | |
| RU112499U1 (en) | BISTABLE ELECTROMAGNETIC DRIVE OF SWITCHING DEVICE | |
| WO2009112877A1 (en) | Principles of the tran-energy machines | |
| CN112400209B (en) | Medium voltage circuit breaker with vacuum interrupter and drive device and method for operating a medium voltage circuit breaker | |
| JP2010092746A (en) | Driving circuit for solenoid operation mechanism | |
| KR20110012272A (en) | Electro magnetic actuator using permanent magnetics and driving apparatus with the same | |
| CN108550503A (en) | A kind of D.C. contactor | |
| UA97914C2 (en) | Bistable electromagnet drive for switching device | |
| CN112074924B (en) | Electromagnetic relay and control method thereof | |
| KR101288627B1 (en) | Magnetic contactor | |
| CN201274237Y (en) | Permanent magnet lock type circuit breaker operation mechanism without friction obstacle during switching on and switching off | |
| JP4158876B2 (en) | Power switchgear operating device | |
| CN105140065B (en) | Opening and closing device | |
| RU2310941C1 (en) | Electromagnetic operating mechanism for high-voltage vacuum circuit breaker | |
| CN108172470A (en) | A kind of bistable relay being simple and efficient and bistable contactor and control method | |
| CN104885179A (en) | Switch assembly | |
| JP4722601B2 (en) | Electromagnetic operation mechanism, power switch using the same, and power switch | |
| RU82929U1 (en) | ELECTROMAGNETIC VACUUM CIRCUIT BREAKER |