БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к защитной коммутационной аппаратуре, и может применяться для защиты от перегрузок и коротких замыканий электроустановок и линий постоянного и переменного тока.
Известна конструкция притягивающего электромагнита, пригодного для использования в быстродействующих автоматических выключателях, содержащего П-образный магнитопровод, в окно которого пропущена токоведущая шина, и якорь [Голубев А.И., Быстродействующие автоматические выключатели, М.-Л., Энергия, 1964, с.88-89, Рис.36].
Этот электромагнит способен выполнить работу отключения в короткий отрезок времени, однако в такой конструкции направление тока в токоведущей шине не влияет на значение тока, при котором якорь притянется к магнитопроводу.
Известен быстродействующий электромагнит, содержащий П-образный магнитопровод, в окно которого пропущена токоведущая шина, якорь и магнитный шунт, охваченный короткозамкнутым витком. Магнитный шунт соединен со стержнями магнитопровода и образует магнитную цепь, параллельную магнитной цепи якоря [А.С. СССР №262269 H01F 7/13, опубл. 26.01.1970, бюл. №6]. Магнитный шунт служит для уменьшения тока динамической уставки по сравнению со значением статической уставки при большой крутизне нарастания тока в защищаемой цепи, что увеличивает
быстродействие электромагнита.
В этой конструкции также, как и в вышеприведенном аналоге, величина тока притягивания якоря не зависит от направления тока в токоведущей шине, что сужает область применения таких электромагнитов. В то же время на постах секционирования железных дорог или при защите выпрямителей от обратных токов имеется необходимость, чтобы значения токов, при которых якорь притянется к магнитопроводу, для прямого и обратного направлений токов в токоведущей шине были различны.
Полезная модель решает задачу создания быстродействующего электромагнита, способного срабатывать при прямом и обратном направлении тока в токоведущей шине при существенно отличающихся величинах этого тока.
Технический результат, достигаемый полезной моделью, заключается в возможности уменьшения или увеличения магнитного сопротивления магнитопровода электромагнита при изменении направления тока в токоведущей шине.
Сущность полезной модели заключается в быстродействующем электромагните, содержащем П-образный магнитопровод, в окно которого пропущена токоведущая шина, якорь и магнитный шунт, соединенный со стержнями магнитопровода и образующий магнитную цепь параллельно магнитной цепи якоря. В этом электромагните, согласно полезной модели, в магнитном шунте выполнен зазор, в который встроен постоянный магнит, намагниченный вдоль магнитного шунта.
В частном случае реализации полезной модели П-образный магнитопровод, якорь и магнитный шунт могут быть выполнены шихтованными из
тонколистовой ферромагнитной стали, а зазор в магнитном шунте, в который встроен постоянный магнит, зашунтирован дополнительным магнитным шунтом, выполненным из нешихтованной ферромагнитной стали. Дополнительный магнитный шунт при этом может быть установлен с возможностью изменения его положения относительно постоянного магнита. Дополнительный магнитный шунт также может быть выполнен составным из более чем одного элемента с возможностью изменения количества составляющих элементов и изменения, тем самым, размеров дополнительного магнитного шунта в любых его сечениях. В таких случаях исполнения при повышении быстродействия электромагнита достигается возможность изменения соотношения между значениями токов в прямом и обратном направлениях через токоведущую шину, при которых якорь притянется к П-образному магнитопроводу.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 схематично изображен патентуемый быстродействующий электромагнит. На фиг.2 изображен частный случай реализации полезной модели с дополнительным магнитным шунтом.
Быстродействующий электромагнит (фиг.1) содержит П-образный магнитопровод 1, в окно которого пропущена токоведущая шина 2, якорь 3, магнитный шунт 4. Магнитный шунт 4 соединен со стержнями магнитопровода 1 и содержит встроенный в его зазор постоянный магнит 5, намагниченный вдоль магнитного шунта. В быстродействующем электромагните (фиг.2) на постоянном магните 5 установлен дополнительный магнитный шунт 6, выполненный из нешихтованной ферромагнитной стали, при этом П-образный магнитопровод 1, якорь 3 и магнитный шунт 4 выполнены шихтованными из
тонколистовой ферромагнитной стали. В приведенных примерах (фиг.1, фиг.2) использован якорь трапецеидальной формы, что дает возможность снизить массу якоря при тех же электромагнитных силах, действующих на него. Более проста для изготовления прямоугольная форма якоря.
Быстродействующий электромагнит работает следующим образом.
Магнитный поток Ф2 (фиг.1) постоянного магнита 5 протекает в основном через магнитный шунт 4 и П-образный магнитопровод 1, и практически не протекает через якорь 3, так как между П-образым магнитопроводом и якорем имеется зазор, являющийся для этого магнитного потока достаточно большим сопротивлением. Магнитный поток Ф1, создаваемый током токоведущей шины 2, протекает в основном через П-образный магнитопровод 1 и якорь 3 и почти не протекает через магнитный шунт 4, так как для этого потока постоянный магнит 5 представляет собой значительно большее сопротивление, чем магнитное сопротивление зазора между П-образым магнитопроводом и якорем.
При определенном направлении тока, протекающего через токоведущую шину 2, магнитные потоки Ф1 и Ф2 протекают так, как показано на фиг.1 стрелками. В этом случае в П-образном магнитопроводе 1 эти потоки складываются, что приводит к насыщению материала П-образного магнитопровода. Насыщение материала магнитопровода приводит к значительному увеличению магнитного сопротивления П-образного магнитопровода 1, и, следовательно, к значительному ослаблению потока Ф1. В этом случае для притяжения якоря 3 к П-образному магнитопроводу 1 требуется значительная величина тока через токоведущую шину 2.
Если направление тока через токоведущую шину 2 изменится на противоположное, то поток Ф1 изменит свое направление, а направление потока Ф2 постоянного магнита 5 останется неизменным. Тогда в П-образном магнитопроводе 1 потоки Ф1 и Ф2 будут протекать в разных направлениях, что уменьшит суммарный поток, и, следовательно, уменьшит магнитное сопротивление П-образного магнитопровода. В этом случае якорь 3 притянется к П-образному магнитопроводу 1 при значительно меньшей величине тока, чем в первом случае.
Быстродействующий электромагнит, изображенный на фиг.2, содержит дополнительный магнитный шунт 6 из нешихтованной ферромагнитной стали, при этом П-образный магнитопровод 1, якорь 3 и магнитный шунт 4 выполнены шихтованными из тонколистовой ферромагнитной стали. Дополнительный магнитный шунт 6 шунтирует зазор в магнитном шунте 4, где расположен постоянный магнит 5. Такой быстродействующий электромагнит работает следующим образом.
Магнитный поток Ф2 постоянного магнита 5 делится на два потока Ф5 и Ф6. Поток Ф5 протекает в основном через магнитный шунт 4 и П-образный магнитопровод 1, а поток Ф6 протекает через дополнительный магнитный шунт 6. Магнитный поток Ф1, создаваемый током токоведущей шины 2, делится на потоки Ф3 и Ф4. Поток Ф3 протекает через П-образный магнитопровод 1 и якорь 3, а поток Ф4 протекает через П-образный магнитопровод 1, магнитный шунт 4 и дополнительный магнитный шунт 6. Увеличение быстродействия достигается за счет того, что при большой скорости нарастания тока магнитный поток Ф4 не может нарастать с большой скоростью, так как дополнительный магнитный шунт выполнен из нешихтованной
ферромагнитной стали, что приводит к увеличению потока Ф3. При этом якорь 3 начинает притягиваться к П-образному магнитопроводу 1 раньше, чем ток в токоведущей шине 2 достигнет величины, при которой он притягивался при плавном нарастании тока. Этот эффект проявляется как при прямом, так и при обратном направлении протекания тока в токоведущей шине 2.
Наличие дополнительного магнитного шунта 6 позволяет изменять соотношение между значениями токов в прямом и обратном направлениях через токоведущую шину 2, при которых якорь 3 притянется к П-образному магнитопроводу 1. Для этого можно смещать дополнительный магнитный шунт 6 относительно постоянного магнита 5, изменяя размер а, показанный на фиг.2. Это приводит к изменению потока Ф6 и, соответственно, потока Ф5, и за счет этого можно уменьшать или увеличивать разницу между токами прямого и обратного направлении, при которых якорь 3 притянется к П-образному магнитопроводу 1. При выполнении дополнительного магнитного шунта 6 составным этого же можно достичь изменением количества составляющих элементов в любых сечениях дополнительного магнитного шунта 6.