CC BY
53
УДК 621.397
Китаев В.Н., Бабушкина Е.В.
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. академ. Е.И.Забабахина», г. Снежинск
О СОЗДАНИИ НОВОЙ КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯРИЗОВАННОГО ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯ
На протяжении многих десятков лет коммутационные электромагнитные устройства, а именно электромагнитные поляризованные переключатели и реле находят широкое применение в различной электротехнической аппаратуре. Несмотря на значительные достижения электроники в части коммутационных элементов и появление твердотельных реле, классические электромагнитные поляризованные переключатели особенно востребованы в электротехнической аппаратуре ответственного назначения, например, во взрывоопасных объектах, где на надежности и безопасности этих переключателей строится система безопасности всего объекта.
Электромагнитные поляризованные реле и переключатели изучены и классифицированы довольно подробно. На настоящее время выпущено множество справочной литературы, подробно описывающей конструктивные схемы и конкретные конструкции реле и переключателей [1, 2]. Представляется
целесообразным при необходимости разработки каких-либо оригинальных переключателей применять уже ранее разработанные (и отработанные) конструктивные схемы подобных устройств. Однако указанный подход к созданию подобных устройств может ограничиваться рядом противоречивых требований технических заданий на разработку. Например, когда при малых габаритах переключателя необходимо обеспечивать коммутацию по большому количеству электрических цепей значительных токов, то есть иметь большое количество сильноточных контактов, когда в дополнение к этому еще надо обеспечивать переключение и особенно сохранять состояние контактной системы при действии высокоинтенсивных внешних воздействующих факторов (вибрации, ударных воздействий).
Указанная специфика разрабатываемых электромагнитных поляризованных переключателей для нужд отрасли практически всегда требует создания новых конструктивных схем с последующей тщательной проработкой создаваемой конструкции на ранних стадиях разработок. Только при таком подходе к конструированию удается успешно выполнить все требования технического задания и завершить разработку с требуемыми результатами. Следует отметить, что такой подход к конструированию характерен при разработке и других электромеханических приборов [3].
Именно эта стадия выполнения опытной конструкторской работы по разработке электромеханического прибора вносит значительные элементы технического творчества в работу инженера-конструктора и делает эту работу привлекательной для увлеченных работников отрасли.
На примере разработки специального электромагнитного поляризованного переключателя возможно продемонстрировать это.
В разрабатываемом переключателе с поворотным якорем для выполнения требований технического задания потребовалось обеспечить увеличенный угол поворота якоря и значительный создаваемый момент на якоре. При этом требовалось обеспечить работоспособность переключателя, а также сохранение его исходного и сработанного состояний при значительных механических воздействиях и в широком диапазоне температур среды.
По результатам проведенных патентно-технических исследований было установлено, что известные технические решения электромагнитных поляризованных переключателей не в полной мере обеспечивают решение поставленной в разработке задаче. Потребовалось создание новой конструктивной схемы электромагнитного поляризованного переключателя, техническая реализация которой оказалась возможной, в том числе и благодаря имеющимся в отрасли возможностям применения магнитотвердых материалов с высокими магнитными характеристиками.
Созданная конструктивная схема приведена на рисунке 1.
Электромагнитный поляризованный переключатель содержит магнитную систему, состоящую из двух симметрично расположенных магнитопроводов, на которых выполнено по две обмотки управления -рабочая и отбойная. Между полюсами магнитопроводов расположен симметричный поворотный якорь с диаметрально закрепленными на его выступах постоянными магнитами.
Рабочие и отбойные обмотки на магнитопроводах соединены попарно последовательно.
При отсутствии напряжения на обмотках якорь притянут магнитами к полюсам магнитопроводов, обеспечивая исходное или сработанное состояние электромагнитного поляризованного переключателя.
При подаче напряжения на последовательно соединенные рабочие обмотки, в последних реализуются магнитные потоки, вызывающие отталкивание постоянных магнитов, закрепленных на якоре от одного полюса магнитопроводов и притягивание их к другому полюсу магнитопроводов.
Аналогично происходит поворот якоря (только в другом направлении) при подаче напряжения на последовательно соединенные отбойные обмотки.
Схемы, поясняющие взаимодействие якоря с электромагнитными полями, создаваемыми обмотками при этом приведены на рисунках 2, 3.
Созданная конструктивная схема отличается от ранее разработанных тем, что в электромагнитном поляризованном переключателе якорь, установленный на оси между полюсами двух магнитопроводов с обмотками управления, выполнен симметричным с диаметральным размещением на его выступах двух постоянных магнитов, выполненных из магнитотвердого материала с высокой коэрцитивной силой и намагниченных в направлении по касательной к окружности его поворота якоря.
Предложенное конструктивное выполнение электромагнитного поляризованного переключателя позволяет:
- исключить размагничивание постоянных магнитов в процессе эксплуатации даже при их размещении в незамкнутой магнитной цепи;
- увеличить создаваемый момент поворота якоря и угол поворота;
- обеспечить момент поворота якоря на всем угле его поворота;
- максимально полно использовать магнитную энергию магнитов;
- исключить изменение состояния электромагнитного поляризованного переключателя от высокоинтенсивных ударных и вибрационных воздействий.
Увеличение угла и создаваемого момента поворота якоря позволяет использовать в переключателе контактную систему с большим количеством контактов и обеспечить увеличенные контактные зазоры, что расширяет области применения электромагнитного поляризованного переключателя, симметричная конструкция якоря снижает вероятность самопроизвольного изменения состояния контактов при высокоинтенсивных вибрационных и ударных воздействиях.
ЛИТЕРАТУРА
1 Ройзен В.З. Электромагнитные малогабаритные реле. - Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское
отделение, 1986. - 252 с.: ил.
2 Гуревич В.И. Электрические реле. Устройство, принцип действия и применения. Серия «Компоненты и Технологии». - М.: СОЛОН-Пресс, 2011. - 688 с.: ил.
3 Китаев В.Н., Карих В.С., Иконникова Н.А. О необходимости совершенствования конструкций электромеханических прибров на ранних стадиях их разработок. - Надежность и качество -2012.: труды Международного симпозиума.: в 2 т./ под ред. Н.К.Юркова. - Пенза.: Изд-во ПГУ, 2012. - 2 т. - с 205-207.
Рисунок 1 - Схема электромагнитной системы
Рисунок 2 - Взаимодействие якоря с электромагнитными полями ками электромагнитной системы
создаваемыми рабочими обмот-
мотками электромагнитной системы
создаваемыми отбойными об-
