專利名稱：節(jié)能、調(diào)速、力矩消磁電磁鐵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出了一種新的電磁鐵技術(shù)。
傳統(tǒng)交直流電磁鐵均存在吸合時節(jié)能與啟動時快速的矛盾。公開號CN1038543A和申請?zhí)?0200692.3專利以及《低壓電器》85年第2期文章“交流制動電磁鐵改為直流運(yùn)行”提出了雙直流電源技術(shù)方案，將啟動和吸合供電分開，以利節(jié)能。上述三篇文獻(xiàn)中所述技術(shù)尚存在諸多不足之處1、供電交流分量較大，仍存在浪費(fèi)能源問題;2、啟動電源非合閘供電，啟動速度受影響;3、移相觸發(fā)或非過零導(dǎo)通對加速啟動不利;4、啟動電源在觸動至吸合期間一直供電，吸力隨氣隙減小急劇增大，必導(dǎo)致吸合時沖擊;5、續(xù)流二極管將延緩斷電斷磁過程。申請?zhí)枮?0108316.X的發(fā)明專利申請說明書提出了克服上述問題的辦法，除了去磁隙為零、全橋整流、雙向晶閘管為啟動源開關(guān)特征外，還設(shè)計了單獨(dú)的與吸合電源相同交流側(cè)的晶閘管觸發(fā)電源和產(chǎn)生觸發(fā)信號微分電路并指出啟動電源供電時間始于合閘送電終于吸合之前，從而既解決了節(jié)能問題又解決了快速啟動問題并避免了吸沖擊。但是此申請說明書中描述的技術(shù)尚存在如下不足1、所采取的無去磁隙措施將導(dǎo)致吸合面附近極陡的吸力曲線，使用時稍不慎(例如吸合面弄臟)，就可能使吸合力急劇下降。為此，吸合力安全系數(shù)必須選大一些(例如1.3～1.5)。這樣一來，經(jīng)常的過大的吸合力將導(dǎo)致剩磁吸力過大，給斷電銜鐵釋放動作實現(xiàn)帶來困難，提高了釋放能耗，不利節(jié)能。傳統(tǒng)電磁鐵去磁方式也存在浪費(fèi)能源問題。
2、如果不使用雙向晶閘管，而使用單向晶閘管與啟動整流橋串聯(lián)或用兩只單向晶閘管為半橋，另一個半橋用集成器件，沒有阻容吸收電路就不妥。
3、微分電路中電位器(可變電阻)與門極或陰極串聯(lián)存在幾個問題①門極內(nèi)阻為動態(tài)電阻，其值較小，外串電阻將產(chǎn)生很大壓降，使門極內(nèi)阻壓降很小，這就使施加在門極上的尖脈沖電壓有效部分變小，(有效部分即尖脈沖能觸發(fā)門極那部分寬度，例如大于0.4伏部分。)這就使啟動電源供電時間可調(diào)范圍變窄。②如果使外串阻值小到與門極動態(tài)電阻相當(dāng)或小于門極動態(tài)電阻，則又使RC時間常數(shù)可調(diào)范圍變窄，而過小的外接電阻還使RC時間常數(shù)隨門極內(nèi)阻的動態(tài)變化而產(chǎn)生較大變化，難以用人工辦法控制。③微分電路輸入是全橋整流的階躍電壓，因無濾波措施，將導(dǎo)致前沿陡度隨合閘送電的隨機(jī)狀態(tài)而有較大變化，從而尖脈沖前沿也隨之變化，使有效的脈寬在相同電容電阻值情況下穩(wěn)定性較差。上述問題存在使啟動速度(觸動到吸合所需時間)可調(diào)的范圍很小。
本發(fā)明目的是為了解決90108316.X號專利申請存在的諸缺陷，使新型電磁鐵進(jìn)一步節(jié)能、加寬速度可調(diào)范圍，既有較大的吸力安全系數(shù)又使斷電去磁容易，使上述申請所提技術(shù)方案更趨完善和便于實際應(yīng)用，并解決傳統(tǒng)電磁鐵去磁浪費(fèi)能源問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案是1、所述電位器采取并聯(lián)方案如

圖1所示，電位器9(可變電阻)一端接晶閘管陰極，一端接與門極串聯(lián)的電阻11另一側(cè)，或者如圖2示9與陰、門極并聯(lián)后再與11串聯(lián)。電阻11的選值可以為零，等于不要11。這樣做的好處是①串并聯(lián)電阻的結(jié)果，使門極動態(tài)內(nèi)阻的動態(tài)變化受到個兩個電阻的箝制，從而使RC時間常數(shù)相對穩(wěn)定，便于調(diào)節(jié)啟動電源供電時間，利于調(diào)節(jié)啟動速度。②當(dāng)觸發(fā)電源電壓較低時，11值可取小值或零值(取消)，加大電容8電容值，仍可利用9進(jìn)行調(diào)速，而串聯(lián)方案若電位器電阻值太小或為零(以保證足夠觸發(fā)電壓)時，即便增大8的容量也失去了利用電位器較大范圍調(diào)速的可能。③當(dāng)9、11值均為零時，即關(guān)掉啟動電源，滿足特殊情況下使用，增加了電磁鐵工作的靈活性。④電阻11有限壓作用，當(dāng)觸發(fā)電源電壓太高時，可用于保護(hù)門極。
2、觸發(fā)電源增加濾波措施如圖1所示，電容12進(jìn)行簡單的一階濾波(也可采用其他濾波方法)，這樣做的好處是①當(dāng)合閘送電在變壓器付邊出現(xiàn)隨機(jī)的較高頻振蕩沖擊時，濾波器將使振蕩幅度減小，直流分量增加，避免微分電路的輸入幅度不穩(wěn)，前沿陡度變化較大的不良現(xiàn)象。②使階躍輸入更接近理想狀態(tài)，減小交流分量過大而產(chǎn)生的電容8充電的波動，而這一波動直接影響門極觸發(fā)的穩(wěn)定性。這兩個優(yōu)點(diǎn)均有益于啟動供電的控制，也即利于調(diào)速。
3、設(shè)置與線圈并聯(lián)的阻容電路。這樣的方案好處是①當(dāng)采用單向晶閫管用于啟動電源時，它起保護(hù)晶閘管的吸收電路作用;②對全波整流進(jìn)行濾波，有利于減小線圈中電流的交流分量，更進(jìn)一步節(jié)能;③當(dāng)吸合時線圈端電壓值低于整流橋壓降值時，只要阻容值選擇合適，這個阻容電路與線圈一起就可以產(chǎn)生斷電后的衰減振蕩。利用振蕩產(chǎn)生的反向電流來消除一部分剩磁。振蕩條件由一般電工學(xué)書就可查到?？紤]整流橋存在的影響并經(jīng)過實驗一般工程人員不難找到只振蕩少數(shù)幾周(或半周)就平穩(wěn)下來的阻容值的。
4、采用力矩去磁。傳統(tǒng)去磁方法有兩個一個是去磁氣隙，二是去磁反力。實際上，去磁氣隙并不存在消除剩磁的物理基礎(chǔ)。大量實驗證明，去磁氣隙只產(chǎn)生巨大磁壓降，減小吸合吸力、平坦吸力曲線，而并沒有物理意義上的消磁。去磁反力是指抵消剩磁力而迫使銜鐵打開的與吸力合力作用線相同，方向相反的外力，例如目前普遍采用的掛接在銜鐵上的彈簧恢復(fù)力以及日本公開號為56-107546專利設(shè)計的存能彈簧力都是這種去磁反力。這種反力存在的缺點(diǎn)是①反力裝置抵消了一部分(有時是一半，甚至大半)有用的吸合力，浪費(fèi)能源;②吸力越大、剩磁磁力越大，反力就越大，為了正常工作，所選電磁鐵吸力規(guī)格也越大，形成惡性循環(huán)。
本發(fā)明技術(shù)關(guān)鍵是反力作用線不在吸力合力作用線上，(亦即電磁鐵吸合面對稱軸線)，其目的不是抵消剩磁力而是使銜鐵相對鐵芯做微小的擺動(或轉(zhuǎn)動)。這個微小擺動的作用是改變吸合態(tài)時鐵芯與銜鐵之間形成的封閉的磁力線形狀，就好象是剪斷了磁力線，從而打亂了已有的磁場磁序和結(jié)構(gòu)，也就打亂了銜鐵及鐵芯中“磁元素”磁極排列，從而失去絕大部分剩磁。實驗證明，這種產(chǎn)生力矩使銜鐵進(jìn)行微小轉(zhuǎn)動的反力只有剩磁力的1/5～1/10。這一優(yōu)點(diǎn)不僅可降低所使用電磁鐵的力級規(guī)格，進(jìn)一步節(jié)能、節(jié)材，而且鐵材選擇要求可以更低(對矯頑力指標(biāo)要求降低)，具有大的經(jīng)濟(jì)價值。
必須指出，上述去磁轉(zhuǎn)動(或擺動)對拍合式電磁鐵而言，是在與拍合轉(zhuǎn)動平面及銜鐵與鐵芯吸合平面垂直的平面上發(fā)生的。盡管拍合式電磁鐵釋放時銜鐵也是相對鐵芯產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，但這個轉(zhuǎn)動的目的完全是為抵消剩磁力，其反力作用線與磁吸合力作用線相同。對于直動式電磁鐵而言，所述轉(zhuǎn)動是在與所述吸合平面垂直的任一平面上發(fā)生的。顯然，上述轉(zhuǎn)動僅僅發(fā)生在釋放動作的開始。
為了實現(xiàn)上述的微小轉(zhuǎn)動，必須有兩個條件其一是銜鐵和鐵芯結(jié)構(gòu)允許有這個轉(zhuǎn)動，例如拍合式電鐵的銜鐵轉(zhuǎn)軸處應(yīng)有允許這種左右擺動的軸隙、直動式電磁鐵的導(dǎo)向裝置應(yīng)有允許這種擺動的側(cè)隙等等。其二是要產(chǎn)生一個致轉(zhuǎn)力矩，例如在銜鐵或鐵芯上安裝一個偏離對稱中心的彈簧儲能裝置、當(dāng)線圈斷電后這個裝置產(chǎn)生的恢復(fù)反力形成的相對吸合面中心的力矩;又如銜鐵復(fù)位彈簧軸線偏離對稱中心也會產(chǎn)生一個使銜鐵轉(zhuǎn)動的力矩。
5、最佳實施方案。圖1是這個方案的供電系統(tǒng)圖。當(dāng)控制電磁鐵工作的開關(guān)1合閘后，單相交流電壓通過接線端2和3引進(jìn)電路。變壓器4將此單相電壓變?yōu)槲想娫此玫碗妷翰⒔?jīng)整流5和6分別整為吸合和微分電路所需低電壓。如前述，電阻11與晶閘管10的陰極相接再與電位器9并聯(lián)。11的取值要視變壓器付邊電壓和電容8的取值而定。一般說來。電壓越高其取值越大，電容8容量越大其取值越小。整流橋7的交流側(cè)接有雙向晶閘管10是可供選擇的方案之一，另一方案是7的直流側(cè)串接一只單向晶閘管10′如圖2(此方案只適合小吸力電磁鐵，否則仍需續(xù)流二極管以防10′不能可靠關(guān)閉)，當(dāng)然還可以用兩只單向晶閘管和一個半橋7′構(gòu)成全橋整流如圖3。圖1中13是8的放電電阻，14、15分別為前述阻容電路的電阻和電容，16為線圈。圖4是最佳實例方案中電磁鐵機(jī)械結(jié)構(gòu)圖，顯示了一個甲殼式牽引電磁鐵結(jié)構(gòu)，其狀態(tài)是吸合。其中16是線圈，17是甲殼18是殼體上蓋，19是銜鐵，其中間溝槽用于裝被牽引拉桿或彈簧。20是封裝上述產(chǎn)生去磁力矩的彈簧貯能裝置的壓蓋，21、22分別為這一裝置的彈簧和彈子(可為所示子彈形，也可為鋼球或有臺階的園梢子)，當(dāng)16斷電后，吸合時被壓縮的彈簧21通過彈子22對上蓋18施加的反力，相對對稱中心形成一個使19能順時針微小轉(zhuǎn)動的力矩。導(dǎo)向銅套23與銜鐵細(xì)端的間隙允許產(chǎn)生這樣的轉(zhuǎn)動。23的上下端分別裝在上蓋和底蓋24的平底止座上，止座的小臺階為裝配工藝所需的止扣。24上有兩只對稱的引出16導(dǎo)線端子的孔，24還由螺釘25將其與塑料底座26固定在一起。當(dāng)電磁鐵要安裝在設(shè)備上時，24、26一起通過螺釘孔30用螺釘或螺栓將電磁體固定到設(shè)備上。27是封裝供電系統(tǒng)的底蓋，28是該系統(tǒng)的印刷電路板而29是電力電子元器件。封裝在底座內(nèi)的供電系統(tǒng)與底座外銜接零件是接單相交流電的端子31和調(diào)速電位器旋柄32(或旋扭)。
上述最佳實施方案也是一個實施例。用這一方案試制的8公斤25毫米行程的牽引電磁鐵，使用功率只有0.15瓦，相同規(guī)格的交流牽引電磁鐵是130瓦。該產(chǎn)品啟動速度調(diào)節(jié)范圍是啟動時間從0.01秒調(diào)到0.08秒且無明顯沖擊。如果沒有力矩去磁裝置和振蕩去磁電路，去磁反力是4.5公斤，有了這個裝置及電路后斷電后立即去磁，提升銜鐵時沒有發(fā)現(xiàn)剩磁吸力。
本發(fā)明技術(shù)可用于各種型號電磁鐵的技術(shù)改造和全部電磁鐵的產(chǎn)品更新?lián)Q代。
權(quán)利要求
1.一種節(jié)能、調(diào)速、力矩去磁電磁鐵，包括供電系統(tǒng)、線圈、鐵芯銜鐵四部分，其特征是觸發(fā)晶閘管的微分電路中調(diào)速電位器采用并聯(lián)方式，微分電路的直流源有濾波裝置，所述線圈一側(cè)并聯(lián)阻容電路，使用斷電后銜鐵相對鐵芯做微轉(zhuǎn)動方法消除剩磁，釋放動作始于這個轉(zhuǎn)動。
2.根據(jù)權(quán)利1所述電磁鐵，其特征還有與所述電位器并聯(lián)的電路是晶閘管陰極到門極及串接在門極或陰極旁的電阻，或者無此電阻電位器直接與門極陰極并聯(lián)，或者直接并聯(lián)后再在電容與并聯(lián)點(diǎn)間串一電阻。
3.根據(jù)權(quán)利1所述電磁鐵，其特征還有所述并聯(lián)在線圈上的阻容電路兼做晶閘管保護(hù)電路，啟動及吸合直流電源的濾波電路以及切斷電源后振蕩退磁電路。
4.按權(quán)利1所述電磁鐵，其特征是對拍合式電磁鐵而言，所述轉(zhuǎn)動是在與拍合轉(zhuǎn)動平面及銜鐵與鐵芯吸合平面垂直的第三平面上發(fā)生的;對直動式電磁鐵而言，所述轉(zhuǎn)動是在與所述吸合平面垂直的任一平面上發(fā)生的，所述轉(zhuǎn)動的目的是為了打亂吸合時形成的磁場結(jié)構(gòu)與次序。
5.按權(quán)利1所述電磁鐵，其特征是電磁鐵的結(jié)構(gòu)允許銜鐵相對鐵芯做所述微小轉(zhuǎn)動(或擺動)，可利用各種方法產(chǎn)生這一動作，尤其是在銜鐵或鐵芯上安裝一個偏離對稱中心的彈簧儲能裝置、當(dāng)線圈斷電后這個裝置形成的力矩產(chǎn)生上述退磁動作。
6.按權(quán)利1所述電磁鐵，其特征是供電系統(tǒng)封裝在電磁鐵底座內(nèi)，底座外有接單相交流電源的端子和調(diào)速電位器旋端。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種新的節(jié)能、啟動速度可調(diào)以及采用力矩消除剩磁的電磁鐵。該電磁鐵有三特點(diǎn)其一是微分電路的時間常數(shù)調(diào)節(jié)電位器采用并聯(lián)方式，從而使調(diào)節(jié)范圍大，時間常數(shù)容易穩(wěn)定；其二是阻容電路有晶閘管保護(hù)、電源濾波以及振蕩消磁三種作用；其三是采用力矩致銜鐵相對鐵芯產(chǎn)生微小擺動(或轉(zhuǎn)動)方法來消除剩磁。
文檔編號H01F7/18GK1050642SQ9010901
公開日1991年4月10日 申請日期1990年11月15日 優(yōu)先權(quán)日1990年11月15日
發(fā)明者蔡禮君, 沈福禎, 鄧警玲 申請人:蔡禮君