БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ С ДАТЧИКОМ СКОРОСТИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ЯКОРЯ И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ТОКОМ КАТУШКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТА
FAST-ACTING CIRCUIT BREAKER WITH SENSOR OF ANCHOR MOTION SPEED AND DEVICE FOR CONTROL OF ELECTROMAGNET COIL CURRENT

Изобретение относится к электротехнике, в частности к быстродействующим выключателям.
Быстродействующие выключатели (БВ) известны из следующих источников:
1. А.И.Голубев. Быстродействующие автоматические выключатели. - М. - Л.: Энергия, 1964, стр.23-29;
2. Патент на изобретение RU №2239253, 2003 г.
В первом источнике на стр.25 представлен БВ с механической защелкой. Недостатком этого устройства является увеличение времени отключения БВ за счет дополнительного времени, затраченного на последовательное перемещение элементов защелки.
На стр.27 того же источника изображен выключатель с удерживающей электромагнитной защелкой. Недостатком этого устройства является замедление быстродействия при отключении выключателя за счет дополнительных кинематических связей.
Наиболее близким аналогом к патентуемому изобретению является устройство по второму источнику. Управление током электромагнита в этом БВ осуществляется с помощью механизма свободного расцепления, в состав которого входят: якорь свободного расцепления, пружина свободного расцепления. И в этом случае основным недостатком БВ является излишняя сложность механической части и необходимость ее настройки квалифицированным персоналом. Исключение механизма свободного расцепления из конструкции влечет за собой значительное увеличение времени отключения БВ при коммутации на короткозамкнутую нагрузку, так как в процессе включения ток катушки электромагнита остается высоким вплоть до момента замыкания силовых контактов.
В существующих БВ управление током катушки электромагнита обычно осуществляется за счет установки микропереключателя, который в процессе включения БВ срабатывает при достижении определенного положения якорем магнитной системы и обеспечивает переключение с максимального управляющего тока на пониженный ток удержания. Механизм свободного расцепления предотвращает замыкание силовых контактов БВ, пока величина тока катушки электромагнита не уменьшится до величины тока удержания.
Изобретением решается задача постоянного ограничения тока на уровне, при котором скорость перемещения якоря БВ не превышает установленной максимальной величины. Следствием ограничения скорости перемещения якоря является обеспечение автоматического уменьшения величины тока катушки электромагнита БВ до уровня величины тока удержания к моменту замыкания силовых контактов БВ.
Технический результат, который достигается изобретением, состоит в том, что за счет управления током катушки электромагнита в течение всего процесса включения из конструкции БВ представляется возможным исключить механизм свободного расцепления при сохранении приемлемой величины времени отключения, вследствие чего увеличивается механический ресурс, надежность и упрощается обслуживание БВ.
Изобретение поясняется чертежом. БВ содержит микропроцессорное устройство (МПУ) А1, блок силовых ключей (БСК) А2, датчик скорости перемещения якоря (ДС) A3, датчик включенного состояния выключателя (ДВС) А4, электромагнитную систему П- образного типа.
Применение указанных устройств позволяет осуществлять постоянный контроль за величиной скорости перемещения якоря БВ и в зависимости от величины скорости изменять величину тока катушки электромагнита в процессе включения.
Устройство работает следующим образом.
При подаче управляющего сигнала Uвкл на включение БВ МПУ формирует соответствующие управляющие напряжения для БСК. БСК формирует нарастающий ток катушки электромагнита, который через некоторое время достигает величины, при которой начинается ускоренное перемещение якоря. На выходе ДС начинает формироваться прямо пропорциональное скорости перемещения якоря напряжение, которое поступает на МПУ. В составе МПУ имеется пороговое устройство, которое срабатывает, если скорость перемещения якоря начинает превышать некоторую максимально допустимую величину. МПУ начинает формировать широтно-модулированные импульсы напряжения для управления БСК. Величина формируемого БСК тока электромагнита зависит от ширины управляющего импульса МПУ. Ширина импульса постоянно уменьшается, пока скорость перемещения якоря не станет меньше установленной максимально допустимой величины, после чего ширина управляющего импульса вновь начинает увеличиваться. Если время превышения максимально допустимой скорости оказывается слишком большим, то МПУ передает на БСК соответствующий управляющий сигнал, что приводит к ускоренному снижению тока катушки электромагнита за счет рассеивания энергии магнитного поля на внутренних элементах БСК. В зависимости от конкретных особенностей магнитной системы алгоритм формирования МПУ управляющих импульсов напряжения для БСК может изменяться. Величина максимальной скорости перемещения якоря подбирается таким образом, чтобы к моменту замыкания силовых контактов БВ ток катушки электромагнита успевал уменьшиться до величины тока удержания. При срабатывании датчика включенного состояния МПУ прекращает контролировать сигнал датчика скорости и начинает выдавать на БСК широтно-модулированные импульсы с постоянными временными параметрами. Параметры широтно-модулированных импульсов подбираются так, чтобы обеспечить величину выходного тока БСК равной величине тока удержания.
После снятия управляющего сигнала Uвкл внутренние силовые ключи БСК размыкаются, энергия магнитного поля катушки рассеивается на внутренних элементах БСК, БВ отключается.
Таким образом, предложено устройство управления током, позволяющее автоматически поддерживать ток катушки электромагнита БВ на уровне, при котором скорость перемещения якоря БВ не превышает установленного максимального значения, что обеспечивает автоматическое уменьшение величины тока катушки электромагнита до величины тока удержания в процессе включения БВ без использования дополнительных механических конструкций.