СИСТЕМА ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТА ПОВЫШЕННОЙ МОЩНОСТИ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве схемы питания многокатушечного электромагнита ручного электроинструмента для базовых машин транспортной техники.
Известна схема питания четырехкатушечного электромагнита для ручного электромолотка, содержащая источник трехфазного тока, два диода, включенные в первые две фазы источника, катушки прямого и катушки обратного хода, работой которых управляет механический безыскровой переключатель [1]. Данная схема является широко распространенной и в основном используется для обеспечения электроэнергией многокатушечных электромагнитов ручного электроинструмента ударного действия, однако область ее применения ограничивает малый ресурс работы механического переключателя, который изнашивается из-за трения между контактными пластинами при работе.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является схема питания многокатушечного электромагнитного инструмента, выполненного на броневых сердечниках с расположенными на них катушками прямого и обратного хода, содержащая источник постоянного напряжения, преобразователь постоянного напряжения в переменное, который выполнен на автогенераторе с положительной трансформаторной связью с силовым трансформатором, имеющим число вторичных обмоток по числу катушек, причем в каждой вторичной обмотке установлена однофазная однополупериодная схема выпрямления, подключенная к соответствующей катушке, причем направление токов в
катушках прямого хода противоположно направлению протекания токов в катушках обратного хода [2]. Данная схема отличается высокой надежностью и большим ресурсом работы, так как в ней отсутствует механический переключатель, однако при повышенной нагрузке транзисторы преобразователя не успевают переключаться и схема прекращает работу. Кроме того, применение однофазных однополупериодных схем выпрямления приводит к подмагничиванию сердечника силового трансформатора из-за чего ухудшается эффективность его использования.
Требуемый технически результат полезной модели заключается в повышении мощности схемы питания электромагнита.
Требуемый технически результат достигается тем, что в схеме питания электромагнита повышенной мощности, содержащей источник постоянного тока с соответствующим зажимами, преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащий электрическую часть, состоящую из коммутатора тока и устройства управления коммутатором тока, и трансформатор, содержащий первичную и  вторичных обмоток и сердечник, вентильный каскад, содержащий  схем выпрямления и зажимы для подключения катушек электромагнита, коммутаторы тока электронной части упомянутого преобразователя выполнен в виде однофазного мостового инвертора, содержащего первый и второй каскады, в каждом из которых установлены первый и второй последовательно соединенные транзисторы, шунтируемые диодами обратного включения, причем к диагоналям указанных каскадов подключена первичная обмотка трансформатора; устройство управления указанным коммутатором выполнено на время-задерживающих элементах, а схемы выпрямления вентильного каскада выполнены мостовыми, причем каждая из названных  схем снабжена параллельно подключенным конденсатором сглаживающего фильтра.
На чертеже показана структурная электрическая схема питания электромагнита с  катушками.
Схема содержит источник постоянного тока 1 с положительным 1-1 и отрицательным зажимом 1-2, преобразователь постоянного напряжения в переменное 2, содержащую электронную часть (не обозначена), состоящую из коммутатора тока 4, устройства управления 3 и трансформатор 5, содержащий первичную обмотку 5-1, сердечник 5-2 и вторичные обмотки: 5-3, 5-4, ..., 5-, вентильный каскад 6, состоящий из мостовых схем выпрямления: 6-1, 6-2, ..., 6-, снабженных конденсаторами: 7-1, 7-2, ..., 7-, зажимы для подключения катушек электромагнита 8, содержащие соответствующие зажимы 8-1, 8-2, , 8-n, и катушки электромагнита 9, состоящие из первой 9-1, второй 9-2 и -ой 9- катушки, причем указанный коммутатор 4 содержит первый каскад (не обозначен), содержащий последовательно соединенные транзисторы 4-1 и 4-2, шунтируемые диодами 4-5 и 4-6, соответственно и второй каскад (не обозначен), содержащий последовательно соединенные транзисторы 4-3 и 4-4, шунтируемые диодами 4-7 и 4-8, соответственно, устройство управления коммутатором тока 3 снабжено выходами 3-1, 3-2, 3-3 и 3-4 положительная полярность импульсов у которых обозначена точками, причем коммутатор тока 4 подключен к зажимам 1-1 и 1-2 источника тока 1, устройство управления коммутатором 3 соединено с коммутатором тока 4 и с зажимами 1-1 и 1-2 указанного источника и первичная обмотка 5-1 трансформатора 5 подключена к диагонали 4-9 - 4-10 коммутатора, вторичные обмотки 5-3, 5-4, ..., 5- подключены к выходам соответствующих схем выпрямления 6-1, 6-2, ..., 6-, вентильного каскада 6, причем указанные мостовые схемы выпрямления соединены выходами с соответствующими конденсаторами 7-1, 7-2, ..., 7-, которые подключены параллельно к зажимам для подключения катушек электромагнита 8-1, 8-2, ..., 8-, соответственно. К указанным зажимам подключены катушки 9-1, 9-2, ..., 9- электромагнита 9.
Величина коммутированного тока в электронной части преобразователя зависит от электрических параметров транзисторов
коммутатора тока 4 и если транзисторы 4-1...4-4 выполнить на транзисторах типа ТК, то коммутируемая мощность будет близка мегаваттной. Для четкого переключения транзисторов 4-1...4-4 на их переходы база - эмиттер (не обозначен) должны поступать импульсы от устройства управления коммутатором тока 3 с крутым передним фронтом, при этом фаза сигналов управления должна изменяться на 180° и если транзисторы 4-1 и 4-4 открыты, то транзисторы второго плеча 4-2 и 4-3 должны быть закрыты и наоборот. Для управления мощными транзисторами сигналы время-задающего устройства 3 могут быть усилены по мощности за счет введения усилителей или применения специальных схем управления транзисторами, описанных в [4].
Схема питания работает следующим образом. При обозначенной полярности, при включении источника постоянного тока 1 на его зажимах 1-1 и 1-2 появляется напряжение, поэтому коммутатор тока 4 электронной части преобразователя постоянного напряжения в переменное 2 и устройство управления указанной части 3 готовы к работе, при этом в первом каскаде инвертора открыт транзистор 4-2, а во втором - транзистор 4-3, тогда ток по первичной обмотке 5-1 трансформатора 5 будет протекать по цепи: зажим 1-1, эмиттер транзистора 4-3, коллектор данного транзистора, обмотка 5-1, эмиттер транзистора 4-2, коллектор данного транзистора, зажим 1-2. Под действием тока протекающего по обмотке 5-1 сердечник 5-2 будет намагничиваться, в нем образуется магнитный поток, который пересекает витки вторичных обмоток 5-3...5- наводит в них ЭДС, которые выпрямляются в схемах выпрямления 6-1, 6-2, ..., 6-, вентильного каскада 6 и на зажимах для подключения катушек электромагнита 8-1, 8-2, ..., 8- появляются напряжения заданной величины, пульсации которых отфильтрованы конденсаторами 7-1, 7-2, ..., 7-.
В следующий полупериод полярности импульсов на выходах 3-1, 3-2, 3-3, и 3-4 изменяются на противоположные и в коммутаторе тока 4
электронной части указанного преобразователя 2 открываются транзисторы 4-1 и 4-4, тогда ток через первичную обмотку 5-1 трансформатора 5 будет протекать в обратном направлении, а именно: зажим 1-1 источника 1, эмиттер транзистора 4-1, коллектор данного транзистора, диагональная точка 4-9, обмотка 5-1, диагональная точка 4-10, эмиттер транзистора 4-4, коллектор данного транзистора, зажим 1-2, т.е. ток в обмотке 5-1 стал протекать слева направо. Дальнейший механизм работы элементов схемы аналогичен описанному выше. В обоих случаях диоды обратного включения 4-5, 4-6, 4-7 и 4-8 выполняют одни и те же функции - защита транзисторов 4-1, 4-2, 4-3 и 4-4 в переходных режимах.
Таким образом, использование мостового инвертора позволяет значительно увеличить уровень коммутируемых мощностей в схеме, что позволит обеспечить практически любое число катушек электромагнита при требуемой мощности.
Источники, принятые во внимание
[1]. Ручные электрические машины ударного действия. Под ред. Н.П.Ряшенцева, М., Недра, 1970, стр.61, рис.35,а.
[2]. Схема питания многокатушечного электромагнитного инструмента. Патент РФ на полезную модель №53386 от 10.05.2006 г. по заявке №20055135973 от 21.11.2005 г.
[3]. Ловушкин В.Н. Транзисторные преобразователи постоянного напряжения. М., Энергия, 1967, рис.3.1, стр.70.
[4]. Высокочастотные транзисторные преобразователи. Под ред. Э.М.Ромаша, М., Радио и связь, 1988, рис.4.30, стр.126.