ПОЛЯРИЗОВАННЫЙ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТ
POLARIZED HIGH-SPEED ELECTROMAGNET

Изобретение относится к электротехнике, в частности к защитной коммутационной аппаратуре, и может применяться для защиты от перегрузок и коротких замыканий электроустановок и линий постоянного тока.
Для защиты цепей и оборудования постоянного тока большой мощности часто используются автоматические быстродействующие выключатели, время срабатывания которых на отключение составляет единицы миллисекунд с момента возникновения аварийной ситуации, например, когда ток нарастает до недопустимо большой величины. Автоматический быстродействующий выключатель имеет устройство, которое настраивается на определенный ток - так называемый ток срабатывания выключателя, и при достижении током в цепи этой величины выключатель отключается. Это устройство может быть расцепителем - в этом случае оно механически размыкает механизм выключателя, или работать как реле тока - то есть при срабатывании переключается слаботочный контакт, который, в свою очередь, дает команду на отключение выключателя - как правило, обрывает держащий ток быстродействующего выключателя. В некоторых случаях, как, например, при защите выпрямителей от обратных токов, требуется, чтобы ток срабатывания зависел от направления протекания тока - величина тока срабатывания при протекании тока одного направления отличалась от тока срабатывания при протекании тока другого направления, то есть расцепитель или реле тока должны быть поляризованными.
Такую функцию выполняет быстродействующий электромагнит по патенту РФ на изобретение 2322720. Этот электромагнит содержит 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 магнитном шунте выполнен зазор, в который встроен постоянный магнит, намагниченный вдоль магнитного шунта. Этот электромагнит может быть использован и в качестве расцепителя, и в качестве электромагнита для реле тока. Однако наличие магнитного шунта значительно увеличивает конструкцию электромагнита и его массу.
Наиболее близким к патентуемому электромагниту является конструкция расцепляющего механизма по патенту ЕР 2431991 А1.
Этот механизм содержит магнитопровод, в окно которого пропущена токоведущая шина, якорь и по меньшей мере два постоянных магнита, установленных на магнитопроводе так, что якорь в крайнем положении касается обоих магнитов и замыкает магнитную цепь постоянных магнитов.
Данный механизм также имеет свои недостатки. После срабатывания якоря механизма ток в главной цепи прерывается выключателем, который содержит этот расцепляющий механизм, и якорь под действием пружины возвращается в начальное положение, а поскольку это движение происходит уже без сил сопротивления, то под действием пружины якорь может набрать достаточно большую скорость. В итоге якорь ударяется о магниты после каждого срабатывания, а, как известно, от прямых ударов характеристики постоянных магнитов ухудшаются, что негативно скажется на стабильности токов срабатывания. Кроме того, якорь во избежание перекосов должен всегда касаться одновременно двух магнитов, то есть должна быть выполнена механическая обработка с повышенной точностью, что технологически сложно выполнимо для узла, собранного из набора тонких листов электротехнической стали.
Изобретение решает задачу создания поляризованного быстродействующего электромагнита уменьшенных размеров, технологически простого в изготовлении и устойчивого к ударным нагрузкам.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение прочности к ударным нагрузкам.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Поляризованный быстродействующий электромагнит содержит магнитопровод, в окно которого пропущена токоведущая шина, якорь, пружина и постоянный магнит. Постоянный магнит установлен в магнитную цепь магнитопровода параллельно якорю и намагничен вдоль магнитных линий магнитопровода. Пружина создает усилие, противодействующее электромагнитной силе притяжения якоря. Для обеспечения быстродействия магнитопровод и якорь выполняются шихтованными из тонколистовой электротехнической стали. Якорь может совершать прямолинейное по направляющим или может быть прикреплен к рычагам, установленным на оси, в этом случае движение будет по части окружности. Конструктивно якорь выполняется таким, чтобы при срабатывании в конце хода он не касался постоянного магнита. Соотношение сечений магнитопровода, якоря и постоянного магнита рассчитываются исходя из необходимых характеристик - в зависимости от того, какая должна быть разница между токами срабатываний разных направлений.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 схематично изображен заявляемый поляризованный быстродействующий электромагнит в начальном положении (якорь не притянут), где
1 - магнитопровод;
2 - токоведущая шина;
3 - якорь;
4 - пружина;
5 - постоянный магнит;
6 - воздушные зазоры.
Быстродействующий электромагнит (фиг. 1) содержит магнитопровод 1, в окно которого пропущена токоведущая шина 2, якорь 3, пружину 4. Параллельно якорю 3 установлен постоянный магнит 5, намагниченный вдоль магнитных линий магнитопровода. В начальном положении между якорем и магнитопроводом имеются воздушные зазоры 6.
Поляризованный быстродействующий электромагнит работает следующим образом.
Магнитный поток Фп (фиг. 1) постоянного магнита 5 протекает в основном через магнитопровод 1, и практически не протекает через якорь 3, так как между магнитопроводом и якорем имеются воздушные зазоры 6, являющиеся для этого магнитного потока достаточно большим сопротивлением. Магнитный поток Ф1, создаваемый током токоведущей шины 2, протекает в основном через магнитопровод 1 и якорь 3 и почти не протекает через магнит, так как для этого потока постоянный магнит 5 представляет собой значительно большее сопротивление, чем магнитное сопротивление воздушных зазоров 6.
При определенном направлении тока, протекающего через токоведущую шину 2, магнитные потоки Φ1 и Фп протекают так, как показано на фиг. 1 стрелками. В этом случае в магнитопроводе 1 эти потоки складываются, что приводит к насыщению материала магнитопровода. Насыщение материала магнитопровода приводит к значительному увеличению магнитного сопротивления магнитопровода 1, и, следовательно, к значительному ослаблению потока Ф1. В этом случае для притяжения якоря 3 к 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 магнитопроводе 1 потоки Ф1 и Фп будут протекать в разных направлениях, что уменьшит суммарный поток, и, следовательно, уменьшит магнитное сопротивление магнитопровода 1. В этом случае якорь 3 притянется к магнитопроводу 1 при значительно меньшей величине тока, чем в первом случае.
Данная конструкция более проста в изготовлении, чем прототип, так как не требует точной обработки наклонных плоскостей для обеспечения симметрии. Кроме того, в патентуемой конструкции якорь ни в начальном, ни в конечном положении не касается постоянного магнита, что защищает постоянный магнит от ударных воздействий.
Таким образом создан простой в изготовлении, устойчивый к ударным нагрузкам и уменьшенный в габаритах поляризованный быстродействующий электромагнит.