В начале 90х годов прошлого века появился привод с магнитной защелкой [2]. В этом приводе эффект защелки выполнял намагничиваемый при включении и размагничиваемый при отключении элемент привода. Преимущества данного типа привода: отсутствие механических защелок, небольшое количество деталей, значительная экономия электроэнергии. В ходе эксплуатации выявились недостатки присущие данной системе. Привод критичен к качеству материалов, качеству обработки. Необходима высокая точность и чистота сопрягаемых деталей, отсутствие наклепа на рабочих поверхностях. Достаточно сложно получить большие усилия на приводе и защелке при ограничении размеров и массы. Исследования по созданию немеханической защелки привели к разработке и изготовлению нового электромагнитного привода.
Принцип работы электромагнитного привода показан на рис. 1. В этом приводе заложен принцип взаимодействия магнитных полей постоянного магнита и электромагнита с катушкой. Управление движением привода осуществляется за счет подачи на катушку напряжения, при этом направление движения привода будет зависеть от направления тока в катушке.
При разделении функций движения привода и удержания защелки, появилась возможность преодолеть недостатки приводов предыдущего поколения: опытные образцы превосходят их на 30% по силе удержания защелки. Кроме того, появилась возможность увеличения мощности привода, необходимой при коммутации больших нагрузок. Привод технологически упрощен – нет шлифовки рабочих поверхностей. На порядок уменьшилась критичность к инородным телам в рабочем зазоре, имеется значительный ресурс хода привода и удержания защелки, что делает реальным применение магнитной защелки в более мощных аппаратах.
В результате исследований был разработан опытный образец электромагнитного привода для применения в вакуумных выключателях, представленный на рис. 2 [3]. Привод имеет следующие характеристики:
Номинальное рабочее напряжение – 200 В.
Сопротивление катушки – 26 Ом.
Скорость перемещения якоря при включении – 0,8 м/с.
Скорость перемещения якоря при выключении – 1,5 м/с.
Ход якоря – 10 мм., сила удержания якоря – 1800 Н.
Рис. 1. Электромагнитный привод:
1 - магнитопровод, 2 - постоянные магниты, 3 - катушка, 4 - якорь из магнитного материала
Рис. 2. Опытный образец привода:
1 - электромагнитный привод, 2 - якорь из магнитного материала, 3 - ограничитель,
4 - амортизирующая прокладка
Включение или отключение привода осуществляется с помощью короткого импульса напряжения, подаваемого на катушку, при этом скорость работы привода будет зависеть от длительности и амплитуды импульса. Для управления приводом был разработан блок управления. Структурная схема блока управления представлена на рис. 3.
Фильтр предназначен для защиты устройства от помех в сети питающего напряжения. Для стабилизации скорости привода и расширения диапазона рабочих напряжений был использован стабилизатор напряжения, который поддерживает постоянный уровень напряжения на батарее конденсаторов и ограничивает ток заряда. Привода выключателей с магнитной защелкой отличаются значительным потреблением тока в очень малый промежуток времени. Для уменьшения уровня пульсаций в питающей сети, применяется буферное накопление энергии в батарее конденсаторов. Коммутатор привода предназначен для подачи на электромагнит импульсов прямой и обратной полярности для включения или отключения привода. Источник питания обеспечивает микроконтроллер и остальные узлы блока управления необходимым напряжением. Внешние команды включения и отключения обрабатываются с помощью контроллера, который формирует импульсы определенной полярности и длительности.
Рис. 3. Структурная схема блока управления
Коммутатор внешних устройств предназначен для передачи состояния блока управления внешним устройствам защиты, автоматики и телеметрии. Для подключения блока управления к компьютеру предусмотрен интерфейс USB. Интерфейс RS – 485 предназначен для соединения блока управления с системами защиты и телеметрии. Для информирования обслуживающего персонала о состоянии блока управления предусмотрена светодиодная индикация:
Светодиодные индикаторы «Готов», «Питание» - зеленого цвета.
Светодиодный индикатор «Авария» - красного цвета.
Блок управления осуществляет контроль положения электромагнитного привода для контроля его состояния и оповещения обслуживающего персонала в случае возникновения неисправностей в работе вакуумного выключателя.