Контактор вакуумный электромагнитный

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к электрическим коммутационным аппаратам, предназначенным для коммутации силовых электрических цепей переменного тока.
Известен контактор вакуумный электромагнитный по патенту на полезную модель RU 164777 (опубл. 20.09.2016), содержащий выполненные из электроизоляционного материала корпус с перегородкой и Г-образный рычаг, имеющий плечи различной длины, по меньшей мере одну вакуумную дугогасительную камеру с подвижным и неподвижным контактами, электромагнитный привод, по меньшей мере из одного электромагнита, содержащего плоский якорь, ярмо, катушку и сердечник, пружину сжатия, предназначенную для размыкания контактов, снабженную средством регулировки величины нагрузки, в котором перегородка корпуса расположена между вакуумной дугогасительной камерой и электромагнитным приводом, оси катушки и сердечника расположены перпендикулярно перегородке корпуса, длинное плечо Г-образного рычага кинематически соединено с подвижным контактом посредством головки штока, а в коротком плече выполнен продольный паз, в котором закреплен плоский якорь, причем при обесточенном электромагните короткое плечо расположено под острым углом к перегородке корпуса таким образом, что удаленная от оси Г-образного рычага часть плоского якоря контактирует с поверхностью перегородки корпуса или закрепленным на ней упором, а при контакте плоского якоря с сердечником между длинным плечом Г-образного рычага и головкой штока имеется зазор.
Данное известное решение выбрано заявителем в качестве ближайшего аналога полезной модели.
К недостаткам данного известного решения следует отнести большие габаритные размеры, что ограничивает сферу его применения.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении полезной модели, является уменьшение габаритных размеров контактора с сохранением при этом способности пропускать требуемый номинальный ток.
Техническим результатом является уменьшение габаритных размеров контактора вакуумного электромагнитного.
Технический результат достигается тем, что контактор вакуумный электромагнитный, содержащий вакуумную камеру с подвижным и неподвижным контактами, электромагнитный привод, согласно полезной модели, содержит токосъемники, размещенные над соединительными пластинами, внутри токосъемников размещены медесодержащие держатели подвижных контактов, вакуумный контактор содержит также держатели неподвижных контактов, оснащенные токосъемниками, при этом соединительная пластина представляет собой деталь, предназначенную для присоединения токоподводящих элементов, толщина которой меньше, чем другие размеры этой детали, а токосъемник представляет собой деталь, основная функция которой заключается в снятии и передаче тока с одной детали на другую.
Под медесодержащим материалом подразумевается материал, в составе которого содержится медь, включая медь М1.
Под держателем подвижного контакта подразумевается деталь, на котором закреплен подвижный контакт.
Под держателем неподвижного контакта подразумевается деталь, на котором закреплен неподвижный контакт.
Под токосъемником подразумевается деталь, основная функция которой заключается в снятии и передачи тока с одной детали на другую.
Под соединительной пластиной понимается деталь, предназначенная для присоединения токоподводящих элементов, толщина которой меньше чем другие размеры этой детали.
Выполнение медесодержащими держателей подвижных контактов, токосъемников и соединительных пластин, а также держателей неподвижных контактов, их токосъемников и соединительных пластин позволяет уменьшить габаритные размеры этих элементов (следовательно, и контактора в целом), сохраняя при этом способность пропускать требуемый номинальный ток, благодаря свойствам меди.
Согласно закону Ома сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи.
I
где  - сила тока;
R
- сопротивление.
При этом
R
где  - сопротивление, Ом;
ρ
- удельное сопротивление, Ом⋅м;
l
- длина, м;
S
2
- площадь поперечного сечения образца, мм.
Отсюда следует
Согласно таблице удельных сопротивлений проводников
меди
-8
ρ=1,68⋅10 Ом⋅м;
алюминия
-8
ρ=2,7⋅10 Ом⋅м;
железа
-8
ρ=9,9 ⋅ 10 Ом⋅м.
Таким образом
=,
=.
U, l
I
Предположим, что один держатель подвижных контактов выполнен из меди, другой из алюминия, третий из железа. Тогда из формулы 4 и табличных значений удельного сопротивления следует, что при равных  и  для образца из меди площадь его поперечного сечения можно выполнить в 1,6 раз меньше по сравнению с площадью поперечного сечения образца из алюминия и в 5,893 раза меньше по сравнению с площадью поперечного сечения образца из железа (стали), при этом пропускаемый номинальный ток останется таким же. Такой же расчет верен для токосъемников и соединительных пластин, а также держателей неподвижных контактов.
Таким образом, из приведенных расчетов следует, что изготовление токоведущих деталей контактора (держателей подвижных контактов, токосъемников, соединительных пластин, а также держателей неподвижных контактов) из медесодержащих материалов позволяет уменьшить их размеры (а, следовательно, и габаритные размеры самого контактора), сохраняя при этом способность пропускать требуемый номинальный ток.
Предлагаемый контактор содержит размещенные над медесодержащими соединительными пластинами медесодержащие токосъемники, при этом в каждом из токосъемников внутри размещен медесодержащий держатель подвижного контакта.
Контактор также содержит медесодержащие держатели неподвижных контактов, оснащенные медесодержащими токосъемниками.
При этом для достижения технического результата существенно как изготовление каждого из перечисленных элементов (держателей неподвижных контактов, держателей подвижных контактов, токосъемников, соединительных пластин) медесодержащим, так и изготовление всех этих элементов медесодержащими. Это позволяет уменьшить габаритные размеры, сохраняя при этом способность пропускать требуемый номинальный ток.
Выполнение части корпуса вакуумной камеры, расположенной вокруг места контакта подвижного и неподвижного контактов, медесодержащей, то есть токопроводящей, способствует уменьшению габаритных размеров вакуумной камеры, а, следовательно, и контактора в целом.
Место контакта подвижного и неподвижного контакта наиболее опасно, так как именно в этом месте может возникать дуга, может возникать перегрев подвижного и неподвижного контактов и/или заброс тока на корпус. Выполнение части корпуса вакуумной камеры, например, из керамики требует изготовления вакуумной камеры большего диаметра, так как требуется большой объем камеры для безопасной эксплуатации, охлаждения токоведущих частей и гашения дуги внутри этого объема вакуума. Предлагаемое конструктивное решение позволяет уменьшить габаритные размеры вакуумной камеры благодаря токопроводящим свойствам меди и ее прочности. В предлагаемом решении дуга, заброс тока на корпус и/или чрезмерный нагрев содержащихся в вакуумной камере контактов в месте контакта подвижного и неподвижного контактов не повреждает камеру, а ток или искра отводится из опасной зоны благодаря токопроводящим свойствам меди, а также прочности меди.
Компоновка контактора с размещением токосъемников над соединительными пластинами позволяет уменьшить глубину контактора на размер токосъемников (по сравнению с последовательным размещением токосъемников), что также способствует уменьшению габаритных размеров.
Размещение внутри токосъемника держателя подвижного контакта также позволяет уменьшить глубину контактора на размер токосъемников (по сравнению с последовательным размещением токосъемников). Такая компоновка позволяет уменьшить габаритные размеры, сохраняя при этом способность пропускать требуемый номинальный ток.
Наличие токосъемника, внутри которого размещен медесодержащий держатель подвижного контакта, позволяет уменьшить габаритные размеры вакуумного контактора благодаря уменьшению поперечного сечения держателей подвижного контакта. Конструкции контакторов без токосъемников имеют значительно больший диаметр поперечного сечения держателя подвижного контакта. Токосъемник снимает ток и защищает держатель подвижного контакта от перегрева при меньшем диаметре держателя подвижного контакта. В предпочтительном исполнении конструкции контактора предусмотрено держателей подвижного контакта в количестве трех, это значительно позволяет уменьшить габаритные размеры контактора.
Вакуумный контактор содержит медесодержащие держатели неподвижного контакта, оснащенные медесодержащими токосъемниками. Это позволяет уменьшить габаритные размеры вакуумного контактора благодаря уменьшению поперечного сечения держателя неподвижного контакта. Конструкции контакторов без токосъемников имеют значительно больший диаметр поперечного сечения держателя неподвижного контакта. Токосъемник снимает ток, защищает держатель неподвижного контакта от перегрева при меньшем диаметре держателя неподвижного контакта. В предпочтительном исполнении конструкции контактора предусмотрено держателей неподвижного контакта в количестве трех, это значительно позволяет уменьшить габаритные размеры контактора.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез контактора вакуумного электромагнитного; на фиг.2 - разрез А-А; на фиг.3 - разрез Б-Б.
Контактор вакуумный электромагнитный содержит основание 1, основание 2 электромагнитов, установленные на основании 2 две катушки 3, пружину сжатия (отключающую пружину) 4 с упором 5.
На оси 6, с возможностью совершения качательных движений, установлен установочный элемент из электроизоляционного материала для якоря. В предпочтительном варианте полезной модели установочный элемент выполнен в виде двуплечего Г-образного рычага 7. Г-образный рычаг 7 имеет плечи разной длины - длинное 8 и короткое 9. На длинном плече 8 Г-образного рычага закреплен якорь 10. Якорь 10 электромагнитного привода всей поверхностью одной из своих сторон закреплен на длинном плече 8 Г-образного рычага 7.
Контактор также содержит три дугогасительные вакуумные камеры 11 и контактную систему. Контактная система состоит из расположенных в вакуумных дугогасительных камерах неподвижных 12 и подвижных 13 контактов.
Короткое плечо 9 Г-образного рычага 7 кинематически связано с подвижным контактом 13 посредством штока 14, установленным в отверстии плеча Г-образного рычага. При повороте Г-образного рычага 7 шток 14 передает усилие пружины сжатия (отключающей пружины) на подвижный контакт 13.
Электромагнитный привод вакуумного контактора содержит печатную плату 15 с электронными компонентами: диодами 16 и конденсатором 17. Печатная плата - элемент, предназначенный для электрического и/или механического соединения различных электронных компонентов. Применение диодов 16 позволяет использовать электромагнитные приводы с цельными сердечниками, выполненными из прутка электротехнической стали, для работы на трехфазный переменный ток. Выводы 18 катушек 3 выводятся на клеммную колодку 19 печатной платы 15 и электрически соединяются с диодами 16, закрепленными на печатной плате 15. Конденсатор 17 гасит скачки напряжения, возникающие при эксплуатации электромагнитного привода на переменный ток.
Г-образный рычаг 7 передает усилие пружины сжатия 4 через штоки 14 на держатели 20 подвижного контакта 13. Под держателем подвижного контакта подразумевается элемент, на котором закреплен подвижный контакт.
Для этого в каждом из трех держателей 20 подвижных контактов 13 выполнено углубление 21, снабженное резьбой. Штоки 14 толкают держатели 20 подвижного контакта 13, снабженные сильфонами 22, к неподвижным контактам 12. Каждый держатель 20 подвижного контакта 13 содержит сильфон 22, участвующий в движении держателей 20 подвижных контактов 13. Сильфон представляет собой гибкую гофрированную тонкостенную оболочку из стали.
Держатель 20 выполнен круглого поперечного сечения. Форма и наружный диаметр держателя 20 соответствует форме и внутреннему диаметру трубчатого сильфона 22. Внутренний диаметр сильфона 22 равен или лишь незначительно больше наружного диаметра держателя 20 подвижного контакта 13.
Контактор вакуумный выполнен трехполюсным и содержит три держателя подвижных контактов и три трубчатых сильфона. Конструктивное исполнение каждой вакуумной дугогасительной камеры, каждого держателя подвижного контакта с сильфоном одинаковое для всех трех фаз.
Длина каждого сильфона 22 больше его внутреннего диаметра. Такое соотношение размеров необходимо для увеличения давления воздуха снаружи на сильфон: увеличение длины при небольшом диаметре сильфонов обеспечивает достаточное давление воздуха для одновременной коммутации трех фаз переменного тока. Под действием этого давления воздуха каждый из трех сильфонов приводит в движение держатель 20 подвижного контакта, на котором он установлен. Давление воздуха будет прямо пропорционально длине трубчатого сильфона и обратно пропорционально диаметру сильфона.
Все три держателя 20 подвижных контактов 13 приводятся в движение общим Г-образным рычагом 7, на длинной стороне которого закреплен якорь 10.
Якорь 10, являющийся подвижной частью электромагнитного привода, закреплен на длинном плече 8 Г-образного рычага 7, а короткое плечо 9 Г-образного рычага кинематически соединено с тремя держателями 20 подвижных контактов 13 посредством штоков 14, воздействующих на держатели подвижных контактов. Каждая вакуумная камера содержит два токосъемника - один 23 для держателя 20 подвижного контакта 13, а другой 24 для держателя 25 неподвижного контакта 12. Под держателем неподвижного контакта подразумевается элемент, на котором закреплен неподвижный контакт. Под токосъемником подразумевается деталь, основная функция которой заключается в снятии и передачи тока с одной детали на другую.
Таким образом, три вакуумные камеры контактора оснащены шестью токосъемниками (тремя токосъемниками 23 и тремя токосъемниками 24). Токосъемники 23 размещены над соединительными пластинами 26.
Конструктивное исполнение контактора с тремя размещенными над соединительными пластинами 26 токосъемниками 23, внутри которых размещены держатели подвижных контактов 20, позволяет уменьшить габаритные размеры контактора.
Компоновка контактора с размещением трех токосъемников 23 над соединительными пластинами 26 позволяет уменьшить глубину контактора на размер токосъемников (по сравнению с последовательным размещением токосъемников), что также способствует уменьшению габаритных размеров.
Размещение внутри токосъемника 23 держателя подвижного контакта 20 также позволяет уменьшить глубину контактора (по сравнению с последовательным размещением токосъемников) на размер токосъемников. Такая компоновка позволяет уменьшить габаритные размеры, сохраняя при этом способность пропускать требуемый номинальный ток.
Держатели подвижных контактов, их токосъемники и соединительные пластины, а также держатели неподвижных контактов, их токосъемники и соединительные пластины изготовлены из медесодержащих материалов. Часть корпуса вакуумной камеры, расположенная вокруг места размещения подвижного и неподвижного контактов, также выполнена медесодержащей. Под медесодержащим материалом подразумевается материал, в составе которого содержится медь, включая медь М1. Это позволяет уменьшить габаритные размеры этих элементов (следовательно, и контактора в целом), сохраняя при этом способность пропускать требуемый номинальный ток, благодаря свойствам меди.
На основании 1 установлен также блок 28 вспомогательных контактов, содержащий установленный в направляющих подпружиненный ползун с закрепленными на нем подвижными контактами и закрепленные неподвижно неподвижные контакты.
Размеры, пропорции (кроме сильфонов), радиусы углов прочих деталей и самого вакуумного контактора, могут быть любым в зависимости от типоразмера.
Контактор вакуумный электромагнитный работает следующим образом. При подаче напряжения на катушки 3 электромагнита якорь 10 притягивается к сердечнику. Связанный с якорем 10 Г-образный рычаг 7 поворачивается вокруг оси 6 и воздействует на шток 14, связанный с подвижным контактом дугогасительной камеры 11. Пружина 4 сжимается, и подвижные контакты 13 под действием давления воздуха снаружи вакуумной дугогасительной камеры перемещаются вместе с плечом 9 Г-образного рычага 7 в направлении неподвижных контактов 12 до замыкания. Г-образный рычаг 7 поворачивается на оси 6 до контакта нижней поверхности якоря 10 с плоской поверхностью сердечника 29 катушки 3.
При отключении электромагнита под воздействием отключающей пружины 4 установочный элемент 7 в виде Г-образного рычага поворачивается вокруг оси 6 до упора якоря в стенку корпуса. Подвижные контакты 13 перемещаются вместе со вторым плечом 9 Г-образного рычага и размыкаются с неподвижными контактами 12.
Таким образом, предлагаемое решение позволяет уменьшить габаритные размеры с сохранением при этом способности контактора пропускать требуемый номинальный ток, а также расширяет арсенал электрических коммутационных аппаратов, а именно вакуумных контакторов.