ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ АППАРАТ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована для исключения ложного срабатывания электромагнитных устройств, в частности реле, находящихся под воздействием внешних магнитных полей, возникающих при работе силового энергетического оборудования.
Известно «Экранирующее устройство» (см. Авт. св-во СССР №1691989, Н 05 К 9/00, G 12 В 17/02, опубл.15.11.91. Бюл.42), содержащее на параллельных стержнях П-образного магнитопровода компенсирующие обмотки, соединенные между собой последовательно, и незамкнутый индуктор с намотанной на нем обмоткой, которая соединена последовательно с компенсирующими обмотками и противофазно с ними.
При протекании по рабочей обмотке реле рабочего тока в его магнитопроводе создается рабочий магнитный поток, который в параллельных стержнях магнитопровода имеет встречное направление. В результате при изменении рабочего тока в компенсирующих обмотках наводятся встречно-направленные э.д.с., которые нейтрализуют друг друга.
При наличии внешнего магнитного поля и изменении его напряженности в компенсирующих обмотках, с одной стороны, и в обмотке индуктора, с другой стороны, наводятся э.д.с., равные по амплитуде, но противоположные по фазе. В результате происходит их взаимная компенсация, а значит нейтрализация действия внешнего магнитного поля в стержнях магнитопровода реле, что ликвидирует возможность ложного срабатывания реле.
Однако такое устройство эффективно защищает электромагнитное реле только от переменного магнитного поля и направленного только по оси, параллельной стержням П-образного магнитопровода реле, что ограничивает функциональные возможности этого устройства.
Известно другое, наиболее близкое к заявляемому, «Устройство для защиты электромагнитных реле от магнитных помех» (см. Авт. св-во СССР №1781722,
H 01 H 45/10, G 12 В 17/02, опубл.15.12.92. Бюл. №46), в котором защищаемое электромагнитное реле с компенсирующими обмотками на стержнях его магнитопровода расположено во внутренней полости замкнутого индуктора. Компенсирующие обмотки соединены между собой и с обмоткой индуктора таким же образом, как и в предыдущем случае. При этом оси всех указанных обмоток также взаимно-параллельны. Кроме того, устройство дополнительно содержит магнитопровод П-образной формы, расположенный таким образом, что его стержни параллельны осям компенсирующих обмоток и обмотки индуктора, а перекладина магнитопровода перпендикулярна перекладине сердечника защищаемого реле.
Это позволяет повысить эффективность защиты от воздействия внешнего магнитного поля за счет того, что часть внешнего магнитного потока отводится от защищаемого реле прямоугольнообразным магнитопроводом замкнутого индуктора и перпендикулярным ему П-образным магнитопроводом, имеющими меньшее магнитное сопротивление, чем воздушное пространство, в которое помещено защищаемое реле. Поэтому напряженность магнитного поля внутри индуктора меньше напряженности внешнего магнитного поля.
Таким образом, данное устройство обеспечивает надежную защиту электромагнитных аппаратов от воздействия внешних низкочастотных переменных и статических магнитных полей высокого уровня. При этом степень ослабления внешнего поля индуктором и П-образным магнитопроводом зависит от их размеров. Чем больше площадь поперечного сечения и длина указанных магнитопроводов, вдоль которых направлено внешнее магнитное поле, тем выше степень ослабления поля внутри индуктора.
Однако при больших напряженностях внешнего статического магнитного поля применение ферромагнитных экранов приводит к существенному увеличению массы аппаратуры и ее габаритов. Этот факт становится существенной проблемой в связи с повышением мощности и энерговооруженности перспективных транспортных средств, что связано с увеличением электромагнитных нагрузок силового сверхпроводникового электрооборудования, характеризующегося сильными магнитными полями вокруг него.
В силу ограниченности габаритов подвижного состава силовое сверхпроводниковое оборудование и электрооборудование традиционного исполнения, в том числе и контактные электромагнитные аппараты систем управления электропривода, располагаются в непосредственной близости друг от друга.
В связи с этим особенно актуальным является не только вопрос надежности экранирования этих аппаратов, но и вопрос минимизации массы и габаритов используемых экранов.
Техническая задача состоит в уменьшении массо-габаритных показателей электромагнитного аппарата путем усовершенствования его конструкции.
Указанная задача решается тем, что электромагнитный аппарат, содержащий основное электромагнитное реле, включающее в себя П-образный ферромагнитный сердечник, обмотку втягивающей катушки, намотанную на один из элементов сердечника, и ферромагнитный якорь, содержит дополнительное электромагнитное реле и Г-образное основание, на взаимно-перпендикулярных сторонах которого закреплены оба реле, каждое поперечиной своего сердечника, а на одном конце ферромагнитного якоря дополнительного реле жестко закреплен неферромагнитный наконечник, который размещен в зазоре между одним их стержней сердечника и якорем основного электромагнитного реле, причем выводы обмоток втягивающих катушек предназначены для подключения к источнику питания.
Новым по сравнению с прототипом в предлагаемом устройстве является следующее.
Во-первых, в него введено дополнительное электромагнитное реле и Г-образное основание, на взаимно-перпендикулярных сторонах которого закреплены оба реле, каждое поперечиной своего сердечника.
Во-вторых, на одном конце ферромагнитного якоря дополнительного реле жестко закреплен неферромагнитный наконечник, который размещен в зазоре между одним из стержней сердечника и якорем основного электромагнитного реле.
В-третьих, выводы обмоток втягивающих катушек предназначены для подключения к источнику питания.
Это позволяет, во-первых, обеспечить надежную защиту от ложного срабатывания обесточенного электромагнитного реле, находящегося в зоне действия мощного внешнего статического магнитного поля, градиент которого параллелен стержням магнитопровода реле. И во-вторых, увеличение массо-габаритных показателей всего электромагнитного аппарата определяется массой и габаритами дополнительного реле, аналогичного защищаемому, и является незначительным по сравнению с аналогичными параметрами прототипа, особенно в условиях магнитных полей высокой напряженности.
Сказанное позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию новизна, а также о том, что между совокупностью существенных
признаков и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь.
На фигуре приведена принципиальная схема предлагаемого технического решения.
Рассмотрим работу указанного устройства на конкретном примере, например, с использованием реле с прямоугольным якорем.
Электромагнитный аппарат (см. фиг.) содержит основное электромагнитное реле 1, которое включает в себя П-образный ферромагнитный сердечник 2, обмотку втягивающей катушки 3, намотанную на один из элементов (один из стержней) сердечника, и ферромагнитный якорь 4.
Дополнительно он содержит другое электромагнитное реле 5, включающее в себя П-образный ферромагнитный сердечник 6, обмотку втягивающей катушки 7, намотанную на один из стержней сердечника 6, и ферромагнитный якорь 8.
Оба реле 1 и 5 закреплены на взаимно-перпендикулярных сторонах Г-образного основания 9, каждое поперечиной своего сердечника. На одном конце ферромагнитного якоря 8 дополнительного реле 5 жестко закреплены неферромагнитный наконечник 10, который размещен в зазоре между одним из стержней сердечника 2 и якорем 4 основного реле 1. А выводы обмоток втягивающих катушек 3 и 7 обоих реле 1 и 5 предназначены для подключения к источнику питания 11.
Устройство работает следующим образом.
При отсутствии напряжения на зажимах обмоток 3 и 7 они обесточены и реле 1 и 5 находятся в нерабочем состоянии.
Известно (см. Хожаинов А.И.. Никитин В.В., Рябинин Г.А.. Середа Г.Е. «Экспериментальное и теоретическое исследование влияния внешнего магнитного поля на функционирование электромагнитного аппарата»//Электрификация и научно-технический прогресс на железнодорожном транспорте: Материалы второго международного симпозиума ELTRANS 2003, 21-23 октября 2003 г., ПГУПС, 2003. - c.414-418), что электромагнитный аппарат наименее устойчив к воздействию внешнего магнитного поля, если градиент последнего совпадает с направлением перемещения якоря. Этому состоянию электромагнитного аппарата 1 соответствует направление внешнего магнитного поля, представленное на фигуре.
И наоборот, электромагнитный аппарат наименее восприимчив к действию внешнего магнитного поля, если градиент последнего перпендикулярен направлению перемещения якоря.
Поскольку реле 5 находится под действием именно такого внешнего магнитного поля, перпендикулярного перемещению якоря 8, реле 5 остается в нерабочем состоянии и наконечник 10 его якоря 8 остается в зазоре основного реле 1. При этом якорь 4 основного реле 1, испытывающего максимальное воздействие внешнего магнитного поля, стремится притянуться к своему сердечнику 2. Однако ложное срабатывание реле 1 не происходит, так как этому препятствует неферромагнитный наконечник 10 якоря 8 реле 5.
При подаче питания на зажимы обмоток втягивающих катушек 3 и 7 создаются магнитные потоки в замкнутых контурах магнитопроводов обоих реле 1 и 5. Якорь 8 реле 5 притягивается магнитопроводом 6, выводя из зазора реле 1 наконечник 10. В результате препятствие для срабатывания реле 1 устраняется.
Таким образом, представленная конструкция электромагнитного аппарата обеспечивает надежную защиту основного реле от ложного срабатывания в зоне действия внешнего магнитного поля, градиент которого согласно параллелен направлению перемещения якоря основного реле.
При этом вес и габариты такого устройства увеличиваются незначительно и определяются только массой и габаритами дополнительного реле, что особенно актуально в условиях использования такого устройства на электроподвижном составе транспортного средства, экономичность и надежная функциональность которого находится в прямой связи с его массо-габаритными показателями в целом.