RU2324996C1

RU2324996C1 - Tsybulnickov's electromagnetic unit

Info

Publication number: RU2324996C1
Application number: RU2006137736/09A
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Цыбульников (RU); Сергей Иванович Цыбульников
Original assignee: Сергей Иванович Цыбульников
Priority date: 2006-10-25
Filing date: 2006-10-25
Publication date: 2008-05-20

Abstract

FIELD: electromechanics.

SUBSTANCE: power supply of coil is generated by aperiodic current that is several times higher at a moment of activation than by magnet keeper confinement. Contacts pressure is several times increased without pulling capacity change. Shared fixed contact is applied.

EFFECT: several times reduction of electrical energy consumption, decrease of contacts resistance, current limiting for contacts switching on and off.

2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам коммутации электрических цепей и управления механизмами, приводимыми в действие электромагнитом, в частности электромагнитных пускателей, клапанов, тормозных устройств, переключателей и т.п.The invention relates to devices for switching electrical circuits and controlling mechanisms driven by an electromagnet, in particular electromagnetic actuators, valves, braking devices, switches, etc.

Известен электромагнитный пускатель (контактор), патент SU 1817149 (прототип), в котором питание катушки осуществляется через ограничивающее сопротивление в виде биполярного конденсатора, подключаемого на вход мостового выпрямителя, а его выход соединяется накопительным конденсатором, который после включения пускателя выполняет функцию сглаживающего, и контактов, подключающих катушку электромагнита к накопительному конденсатору, при этом используются пускатели любых типов и типоразмеров, а также другие электромагнитные устройства, питаемые от сети переменного тока.Known electromagnetic starter (contactor), patent SU 1817149 (prototype), in which the coil is powered through a limiting resistance in the form of a bipolar capacitor connected to the input of the bridge rectifier, and its output is connected by a storage capacitor, which, after switching on the starter, performs the function of a smoothing contact connecting the electromagnet coil to the storage capacitor, starters of all types and sizes, as well as other electromagnetic devices, pits are used AC powered.

К числу недостатков этого устройства можно отнести то, что оно не может быть использовано в целях постоянного тока.The disadvantages of this device include the fact that it cannot be used for direct current.

Задачей изобретения является создание устройства, позволяющего использовать достоинства вышеуказанного решения в цепях постоянного тока.The objective of the invention is to provide a device that allows you to use the advantages of the above solutions in DC circuits.

Указанная задача решается новым схемным решением (Фиг.1) питания катушки электромагнита, состоящим из активного сопротивления R, конденсатора С, кнопки управления «пуск», шунтируемой блокировачными контактами БК, кнопки «стоп», подающих питание на катушку электромагнита ЭМ.This problem is solved by a new circuit solution (Fig. 1) for supplying an electromagnet coil, consisting of an active resistance R, capacitor C, a start control button, shunted by BC locking contacts, a stop button, which supply power to the EM electromagnet coil.

Схема работает следующим образом: после подачи напряжения на клеммы «+» и «-», конденсатор С через сопротивление R заряжается до уровня напряжения сети. При нажатии кнопки «пуск» конденсатор С разряжается на катушку электромагнита создавая ток, достаточный для надежного срабатывания электромагнита при любых допустимых колебаниях напряжения электрической сети. После срабатывания катушка электромагнита питается пониженным напряжением, достаточным только для надежного удержания подвижного магнитопровода. Кнопки управления «пуск» и «стоп» могут быть заменены любым управляющим контактом или электронным ключом.The circuit works as follows: after applying voltage to the “+” and “-” terminals, the capacitor C is charged through the resistance R to the voltage level of the network. When the “start” button is pressed, the capacitor C is discharged to the coil of the electromagnet creating a current sufficient for reliable operation of the electromagnet at any permissible voltage fluctuations of the electric network. After operation, the coil of the electromagnet is powered by a reduced voltage, sufficient only to reliably hold the movable magnetic circuit. The control buttons “start” and “stop” can be replaced by any control contact or electronic key.

Примеры практического примененияPractical examples

1. Промежуточное реле РП-4, сопротивление обмотки 70 Ом, напряжение питания 12 В, потребляемый ток 0,15 А. При переходе на питание по заявляемой схеме, потребляемый ток уменьшается до 0,07 А. Поскольку количество теплоты, выделяемое в катушке пропорционально произведению квадрата тока на величину сопротивления, производя несложные вычисления, получим, что нагрев катушки уменьшается в 4,5 раза, а потребляемый ток в 2 раза.1. The intermediate relay RP-4, the resistance of the winding is 70 Ohms, the supply voltage is 12 V, the current consumption is 0.15 A. When switching to power according to the claimed scheme, the current consumption decreases to 0.07 A. Since the amount of heat released in the coil is proportional the product of the square of the current by the value of resistance, making simple calculations, we find that the heating of the coil decreases by 4.5 times, and the current consumption by 2 times.

2. Электромагнитный клапан холостого хода карбюратора автомобиля «Жигули» сопротивление катушки 50 Ом, напряжение питания 12 В, потребляемый ток 0,2 А, после перевода питания катушки по предлагаемой схеме ток потребления уменьшается до 0,1 А, следовательно, нагрев обмотки уменьшается в 4 раза. Если катушки электромагнитов изготовить специально для разработанной схемы, то показатели увеличиваются еще в несколько раз. При обычной схеме питания клапана его температура доходит до 80°С уже через тридцать минут работы. Если учесть, что нагрев электроклапана является основной причиной выхода его из строя, то можно утверждать, что применение данного решения на практике будет очень эффективным, при этом снижается ток отключения электроклапана, а это значительно снижает напряжение самоиндукции, которое отрицательно влияет на долговечность работы катушки и контактов ее коммутирующих.2. The idle solenoid valve of the carburetor of a Zhiguli car is a coil resistance of 50 Ohms, a supply voltage of 12 V, a current consumption of 0.2 A, after transferring the coil power according to the proposed scheme, the consumption current decreases to 0.1 A, therefore, the heating of the winding decreases 4 times. If the coils of electromagnets are made specifically for the developed circuit, then the indicators increase several times more. In a conventional valve power circuit, its temperature reaches 80 ° C after thirty minutes of operation. If we consider that the heating of the electrovalve is the main reason for its failure, it can be argued that the application of this solution in practice will be very effective, while the shutdown current of the electrovalve is reduced, and this significantly reduces the self-induction voltage, which negatively affects the durability of the coil and contacts of her commuting.

Известно множество разновидностей электромагнитных пускателей и контакторов, в которых усилие, создаваемое втягивающей катушкой с помощью подвижного магнитопровода, передается на контакты и стабилизируется пружиной прижимающей контакт. Так, например, усилие прижатия контакта в пускателе ПМЛ 41000 составляет около 20 Н, в то же время переходное сопротивление почти линейно уменьшается до усилия в 300 Н/см², то есть при давлении в 20 Н/см² оно составляет около 20 мкОм, а при 300 уже около 2 мкОм при дальнейшем увеличении давления эта зависимость резко падает. Следовательно, желательно прижатие контактов иметь около 250 Н/см². Но такие усилия в существующих устройствах потребовали бы значительного увеличения мощности электромагнита.There are many varieties of electromagnetic starters and contactors in which the force generated by the retracting coil using a movable magnetic circuit is transmitted to the contacts and stabilized by a spring pressing contact. So, for example, the contact pressing force in the PML 41000 starter is about 20 N, at the same time, the transition resistance decreases almost linearly to a force of 300 N / cm ² , that is, at a pressure of 20 N / cm ² it is about 20 μOhm, and at 300 already about 2 μOhm with a further increase in pressure, this dependence sharply decreases. Therefore, it is desirable that the contact pressing has about 250 N / cm ² . But such efforts in existing devices would require a significant increase in the power of the electromagnet.

Задачей данного изобретения является увеличение прижатия контактов без изменения мощности электромагнита.The objective of the invention is to increase the contact pressing without changing the power of the electromagnet.

Указанная задача достигается за счет кинематического изменения взаимодействия подвижного магнитопровода и контактной группы (фиг.2), которые соединены шарнирно и в отключенном состоянии устройства, плоскость подвижного магнитопровода 1 и плоскость контактной группы 2 образуют угол около 120 градусов (угол «альфа»), обращенный в сторону втягивающей катушки, и удерживается в таком положении пружиной 3. При подаче напряжения на втягивающую катушку 4, преодолевая усилие возвратной пружины 5, начинает движение подвижный магнитопровод 1 с контактной группой 2 до соприкосновения включающего контакта 6 с неподвижным составным контактом 7 (положение показано на фиг.2), дальнейшее продвижение подвижного магнитопровода приводит к скольжению подвижного включающего контакта 6 по неподвижному включающему контакту 7 и увеличению угла «альфа», между плоскостью подвижного магнитопровода 1 и плоскостью контактной группы 2 вплоть до 170 градусов, в этом положении происходит соприкосновение подвижного рабочего контакта 8 с неподвижным рабочим контактом 9. Дальнейшее продвижение подвижного магнитопровода 1 к неподвижному 4 вплоть до увеличения угла «альфа» до 180 градусов приводит к увеличению прижатия рабочих контактов 8, 9, это усилие будет пропорционально усилию, создаваемому втягивающей катушкой, помноженному на тангенс половины угла «альфа» и поделенному на количество контактов в силовой группе (2 или 3 стандартно), а это в 3-20 раз больше, чем усилие, создаваемое втягивающей катушкой. Коммутируемая силовая цепь подсоединяется к выводным контактам 10, 11. Сопротивление составного неподвижного контакта 7 выбирается таким, чтобы в момент размыкания контакта 6 с контактом 7 ток короткого замыкания был примерно равен максимально допустимому току разрыва контактов 6, 7. Сочетание применения схемного решения по питанию катушки апериодическим током и предлагаемой контактной системы позволяют уменьшить габариты коммутирующего устройства как минимум в два раза и в несколько раз повысить надежность устройства, при этом катушка становится практически несгораемой.This problem is achieved due to the kinematic change in the interaction of the moving magnetic circuit and the contact group (figure 2), which are pivotally connected and in the off state of the device, the plane of the moving magnetic circuit 1 and the plane of the contact group 2 form an angle of about 120 degrees (angle "alpha"), facing toward the retracting coil, and is held in this position by the spring 3. When applying voltage to the retracting coil 4, overcoming the force of the return spring 5, the moving magnetic core 1 begins to move with the contact group 2 until the contact of the switching contact 6 with the fixed composite contact 7 (the position is shown in figure 2), the further advancement of the movable magnetic circuit leads to the sliding of the moving switching contact 6 along the fixed switching contact 7 and an increase in the angle "alpha" between the plane of the moving magnetic circuit 1 and the plane of the contact group 2 up to 170 degrees, in this position there is a contact of the movable working contact 8 with the stationary working contact 9. Further advancement of the rolling mage of the line 1 to the stationary 4, up to an increase in the angle “alpha” to 180 degrees, leads to an increase in the pressure of the working contacts 8, 9, this force will be proportional to the force created by the retracting coil, multiplied by the tangent of half the angle “alpha” and divided by the number of contacts in the power group (2 or 3 is standard), and this is 3-20 times more than the force created by the retracting coil. The switched power circuit is connected to the output contacts 10, 11. The resistance of the composite fixed contact 7 is selected so that at the moment of opening of the contact 6 with the contact 7, the short circuit current is approximately equal to the maximum allowable breaking current of the contacts 6, 7. The combination of using a circuit solution for supplying the coil aperiodic current and the proposed contact system can reduce the dimensions of the switching device at least two times and several times increase the reliability of the device, while the coil with It becomes practically fireproof.

Ничего не мешает при необходимости создать контактную группу мостикового типа с прямоходовым движением подвижного магнитопровода.Nothing prevents, if necessary, creating a bridge-type contact group with linear motion of the moving magnetic circuit.

Из уровня техники известно большое количество разновидностей контактов как по стойкости к свариванию, так и по минимизации переходного сопротивления, например патент SU 1571691 1990 года. Однако противоречие между требованиями к контакту по стойкости к свариванию, переходимому сопротивлению и токоограничению в аварийной ситуации и тяжелых режимах работы остаются.A large number of contact types are known from the prior art both in terms of resistance to welding and in minimizing transient resistance, for example, patent SU 1571691 of 1990. However, the contradiction between the requirements for the contact in terms of resistance to welding, transient resistance and current limitation in an emergency and heavy operating conditions remain.

Задачей изобретения является уменьшение противоречий в требованиях к контакту и увеличение срока службы контактов, особенно в тяжелых режимах работы.The objective of the invention is to reduce contradictions in the requirements for contact and increase the service life of contacts, especially in heavy duty modes.

Поставленная задача решается за счет изготовления составного контакта, который последовательно решает поставленные задачи. Во время включения пускателя подвижный контакт 6 (фиг.2) соприкасается с первой частью неподвижного контакта 12.1, потом 12.2 и потом 12.3 и соответственно эти части 12 составного контакта должны иметь максимальную стойкость к свариванию контактов и воздействию дуги, а другие требования не так существенны. При соприкосновении подвижного контакта 6 с первой частью 12.1 неподвижного контакта, начинает протекать ток по коммутируемой цепи, но он ограничивается токоограничивающими вставками 13.1 и 13.2, имеющими относительно большое сопротивление, например графитно-угольные, по мере продвижения подвижного контакта 6 по неподвижному 7, сначала посредством элементов 12 из коммутируемой цепи выводится токоограничивающее сопротивление 13.1, а потом и 13.2, при этом падение напряжения на контактах будет благоприятным для безыскрового замыкания рабочих контактов 8 и 9, также естественно, что эти контакты должны изготавливаться из материала, имеющего минимальное переходное сопротивление в соотношении со своей ценой. Отключение контактов происходит в обратной последовательности. Причем скользящее движение подвижного контакта 6 по неподвижному контакту 7 приводит к самозачистке контактов и естественно увеличивает срок между необходимым текущим осмотром. Тот факт, что разрыв подвижного контакта 6 с неподвижным 7 происходит в момент, когда подвижный магнитопровод уже приобрел большую скорость под действием пружин 3 и 5, улучшает условия гашения дуги.The problem is solved by making a composite contact, which successively solves the problem. When the starter is turned on, the movable contact 6 (Fig. 2) is in contact with the first part of the fixed contact 12.1, then 12.2 and then 12.3, and accordingly these parts 12 of the composite contact should have maximum resistance to welding of contacts and arc, and other requirements are not so significant. When the movable contact 6 is in contact with the first part 12.1 of the fixed contact, current flows along the switched circuit, but it is limited by current-limiting inserts 13.1 and 13.2, which have a relatively high resistance, for example, carbon-graphite, as the moving contact 6 moves along the stationary 7, first by of elements 12, a current-limiting resistance 13.1, and then 13.2, is derived from the switched circuit, while the voltage drop across the contacts will be favorable for sparkless circuit of the working contacts such as are for 8 and 9, it is also natural that these contacts must be made of material having a minimum transition resistance in relation to its cost. Disconnecting contacts occurs in the reverse order. Moreover, the sliding movement of the movable contact 6 on the fixed contact 7 leads to self-cleaning of the contacts and naturally increases the period between the necessary current inspection. The fact that the breaking of the movable contact 6 with the fixed 7 occurs at the moment when the movable magnetic core has already gained a great speed under the action of springs 3 and 5, improves the conditions of extinction of the arc.

Таким образом, предложенные технические решения позволяют изготовить устройства с низким потреблением энергии, хорошими условиями коммутации и как следствие повышенным сроком службы при относительной простоте конструкции.Thus, the proposed technical solutions make it possible to manufacture devices with low energy consumption, good switching conditions and, as a consequence, an increased service life with a relative simplicity of design.

Claims

An electromagnetic device (starter, contactor), which includes an electromagnet and a switching device, characterized in that the contact group is mounted on a movable magnetic circuit, articulating an angle between the plane of the moving magnetic circuit and the plane of the contact group, an angle of about 120 ° and held in this position by a spring, When switching on, the first to close are the closing contacts that slide along the composite current-limiting fixed contact, up to the closure of the working contacts, while the angle between the pointer with these planes increases up to 180 °, and the force exerted on pressing the working contact is proportional to the tangent of half of this angle.