ЭЛЕКТРИЧЕСКИ УПРАВЛЯЕМЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ДЛЯ СИЛЬНОТОЧНЫХ КОММУТАЦИОННЫХ ОПЕРАЦИЙ С РАЗЛИЧНЫМИ КОНФИГУРАЦИЯМИ НЕПОДВИЖНЫХ КОНТАКТНЫХ ВЫВОДОВ
ELECTRICALLY CONTROLLED SWITCH FOR HIGH-CURRENT SWITCHING OPERATIONS WITH VARIOUS CONFIGURATIONS OF FIXED CONTACT TERMINALS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к электрически управляемому переключателю для сильноточных коммутационных операций с различными конфигурациями неподвижных контактных выводов.
Более конкретно, но не исключительно, изобретение относится к контакторам и разъединителям, подходящим для использования в различных местоположениях.
Уровень техники
Как хорошо известно в данной области техники, контакторы и разъединители представляют собой электрические устройства дистанционного управления, используемые соответственно в качестве переключателей, приводимых в действие электромагнитным приводным механизмом, или для обесточивания электрической цепи.
Вообще говоря, контакторы, работающие в широком диапазоне, например, с током отключения от нескольких ампер до тысяч ампер и с напряжением от 24 В постоянного тока до многих киловольт, являются доступными, но они не предназначены для прерывания тока короткого замыкания. Во многих случаях, как только через электромагнит контактора протекает достаточный пусковой ток, контактор срабатывает и включает нагрузки, подключенные к цепи нагрузки. Для поддержания контактора в этом состоянии через контактор должен протекать ток удержания. После отключения тока удержания контактор отпускает контакт. Энергия, накопленная в электромагните контактора, рассеивается в цепи подавления выбросов напряжения или в устройстве защиты от перенапряжения.
В разъединителе отсутствует механизм подавления электрической дуги, возникающей при электрическом прерывании проводников, по которым проходят большие токи. Таким образом, они всегда являются устройствами без нагрузки, предназначенными для размыкания только после прерывания тока каким-либо другим устройством управления.
В последующей части описания будет сделана более конкретная ссылка на контактор согласно изобретению с конкретной конфигурацией, не предназначенная для ограничения прав заявителя в отношении области, относящейся к разъединителям.
Контакторы с известной конструкцией обычно включают в себя неподвижные контакты и подвижные контакты.
Оба контакта подключаются к ответвлению линии электропитания, которое должно присоединяться и разъединяться с помощью мостовых соединителей или металлических гибких соединителей, таких как медный жгут. В частности, подвижный контакт обычно присоединяется к выводу источника электропитания через гибкий соединительный жгут. Относительно высокая рабочая частота переключающего устройства очень сильно нуждается в гибком соединительном жгуте, в результате чего оно страдает от отказов, сокращающих срок службы переключающего устройства.
Чтобы гарантировать эффективное действие переключения, обеспечиваются подвижные контакты с более сложной конструкцией.
Например, заявитель в патентной заявке EP 3 293 748 A1 описал усовершенствованное контакторное устройство для вариантов применения с сильноточной коммутацией, содержащее пару подвижных контактов, приводимых в действие для перемещения в направлении друг к другу и в направлении друг от друга и установленных на соответствующих контактных концах направляющих средств, которые активируются посредством низковольтного приводного участка, встроенного в нижний, переключающий участок.
Этот механизм перемещения подвижных контактов является менее сложным, менее дорогим, а также более надежным, чем другие контакторные устройства того же самого типа.
Несмотря на несомненные преимущества, обеспечиваемые этими контакторами, все же существуют недостатки, особенно при соединении контактора с источником электропитания.
Фактически, могут быть разные потребности в присоединении контактора в зависимости от возможных конкретных компоновок источников электропитания. Более конкретно, контактные выводы источника электропитания, к которым должен быть присоединен контакт, могут быть расположены более или менее близко друг к другу или к месту расположения неподвижных контактов контактора, когда контактор установлен в коробке выводов или в окружающей среде для установки.
Техническая проблема, лежащая в основе настоящего изобретения, заключается в создании электрически управляемого переключателя для сильноточных коммутационных операций и обеспечении различных конфигураций выступающих неподвижных контактов, которые могут быть выбраны в соответствии с потребностями пользователя или потребностями установки, в результате чего доступность неподвижных контактов может быть изменена в зависимости от конкретной требуемой конфигурации.
Другой задачей настоящего изобретения является создание контакторного устройства, которое будет просто использоваться и устанавливаться любым специалистом.
Другой задачей настоящего изобретения является создание контактора, который гарантирует более высокую надежность и длительный срок службы.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание контакторного устройства, не требующего сложного изготовления.
И наконец, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать конструктивное решение, которое можно было бы без различий использовать в обоих переключающих устройствах, таких как контакторное устройство и/или разъединительное устройство.
Раскрытие сущности изобретения
Решение, лежащее в основе настоящего изобретения, заключается в создании переключателя, в котором положение контактных выводов, используемых для соединения переключателя с контактными выводами источника электропитания, может легко изменяться в зависимости от конкретных требований к конфигурации.
Предпочтительно, переключатель является электрически управляемым.
Кроме того, ниже объясняется идея решения в отношении контактора, который является примером переключателя. Однако изобретение также применимо к разъединителю, который является дополнительным примером для переключателя.
Согласно вышеупомянутой идее решения, техническая проблема решается с помощью переключателя (например, электрически управляемого) для сильноточных коммутационных операций с различными конфигурациями неподвижных контактных выводов, содержащего корпус переключателя, пару подвижных контактов, направляющие средства для перемещения пары подвижных контактов до положения упора (контакта), приемный паз, проходящий по периметру указанного корпуса переключателя, и по меньшей мере одну контактную шину для соединения каждого подвижного контакта с соответствующим неподвижным контактным выводом переключателя, при этом контактная шина помещена внутрь по меньшей мере части приемного паза и имеет свободный конец, выступающий из корпуса переключателя через соответствующее отверстие корпуса переключателя для образования неподвижных контактных выводов, причем отверстия корпуса переключателя расположены на одной и той же боковой стороне или, соответственно, на противоположных боковых сторонах.
Предпочтительно, корпус переключателя имеет разные отверстия, соответствующие разным конфигурациям неподвижных контактных выводов.
Кроме того, предпочтительно, чтобы электрически управляемый переключатель содержал электромагнит и вспомогательные контакты, расположенные рядом с корпусом переключателя. Эти компоненты используются для приведения в действие направляющих средств, чтобы перевести подвижные контакты в положение контакта.
В случае контактора также имеется верхний, дугогасительный участок, образующий участок рассеивания электрической дуги. Этот участок не содержится, как было сказано ранее, в разъединителе.
Согласно частному варианту изобретения контактные выводы шин, присоединенные к соответствующему одному из пары подвижных контактов, выступают из корпуса переключателя в противоположных направлениях. Эта конфигурация применяется тогда, когда соединения с источником электропитания расположены с противоположных сторон контактора.
Согласно другому варианту изобретения контактные выводы шин, присоединенные к соответствующему одному из пары подвижных контактов, выступают из корпуса переключателя в одном и том же направлении. Эта конфигурация применяется тогда, когда соединения источника электропитания расположены на одной и той же стороне контактора.
Согласно предпочтительному варианту изобретения, корпус переключателя представляет собой уплощенный корпус в форме параллелепипеда.
В соответствии с этим вариантом изобретения, корпус переключателя содержит основание, а контактные выводы шин, присоединенные к соответствующему одному из пары подвижных контактов, выступают из этого основания.
Кроме того, согласно предпочтительному варианту изобретения, корпус переключателя может модульно соединяться с аналогичными корпусами переключателей. В частности, форма уплощенного параллелепипеда позволяет легко и надежно соединять модули.
Предпочтительно, направляющее средство содержит по меньшей мере пару стержней, соединенных шарниром.
Более предпочтительно, пара стержней имеет соответствующий конец, соединенный в скользящем шарнире, выполненном с возможностью перемещения вверх и вниз по вертикальной прорези рамы в корпусе переключателя. Стержни выполнены из изоляционного материала и имеют соответствующий противоположный конец, шарнирно соединенный с соответствующим концом рычагов, противоположным контактам. Каждый конец рычагов, противоположный контактам, поддерживается с помощью соответствующих удлиненных направляющих элемента, изготовленного из того же изоляционного материала, что и стержни, и шарнирно соединенного с соответствующими противоположными концами.
Кроме того, согласно частному варианту, конец электромагнита соединен с концом рычага, выполненного с возможностью поворота вокруг оси, неподвижной или выполненной заодно с корпусом переключателя, при этом рычаг имеет плечо со свободным концом, соединенным с направляющим средством. Кроме того, между упомянутой парой подвижных контактов вставлен упругий элемент для компенсации возможного ухудшения или износа контактов.
Наконец, необходимо отметить, что изобретение может быть реализовано в электрической системе, включающей в себя по меньшей мере электрически управляемый переключатель, как раскрыто в последующем описании.
Дополнительные признаки и преимущества электрически управляемого переключателя согласно настоящему изобретению станут очевидными из следующего описания, приведенного в качестве неограничивающего примера со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан вид в перспективе контактора согласно настоящему изобретению;
на фиг. 2 - контактор, изображенный на фиг. 1;
на фиг. 2А - корпус контактора, изображенного на фиг. 1;
на фиг. 3 - схематический вид в перспективе контактора, изображенного на фиг. 1;
на фиг. 4A, 4B и 4C - различные конфигурации контактора, изображенного на фиг. 1, с различным расположением неподвижных контактных выводов;
на фиг. 5 - частный вариант механизма активации контактора, изображенного на фиг. 1;
на фиг. 6 - модульная конфигурация контакторов, выполненных в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 7 - разъединитель, выполненный согласно настоящему изобретению.
Осуществление изобретения
На чертежах цифрой 1 в целом и схематично обозначен электрически управляемый переключатель, который в данном конкретном случае представляет собой контактор, выполненный в соответствии с настоящим изобретением.
В этом варианте осуществления изобретения контактор 1 специально предназначен для промышленных применений, в которых необходимо включать и выключать сильноточный постоянный ток для высокочастотных коммутационных действий.
Контактор содержит корпус 2 переключателя, включающий в себя все подвижные части контактора 1, которые будут описаны ниже.
Корпус 2 переключателя, предпочтительно, выполнен в виде уплощенного корпуса в форме параллелепипеда, но возможны и другие формы, причем все они входят в объем защиты заявленной формулы изобретения.
Корпус 2 переключателя обычно изготавливается из синтетического пластика, имеющего предварительно заданный коэффициент изоляции. Такой корпус 2 переключателя в этом приведенном в качестве примера варианте осуществления изобретения имеет основание 3, которое в настоящем варианте осуществления изобретения выполнено за одно целое с корпусом 2 переключателя и включает в себя внутреннюю раму 4, поддерживающую различные подвижные компоненты контактора 1.
Контактор 1 согласно настоящему изобретению предназначен для использования в электрическом оборудовании, работающем в присутствии сильных ударов и вибраций, которые обычно возникают на борту тяговых транспортных средств.
Однако ничто не препятствует использованию этого типа контакторов 1 во всех вариантах применения, в которых необходимо включать и выключать сильный постоянный ток, например: сетевые контакторы, силовые переключатели или преобразователи, тяговые двигатели, электромагнитные тормоза и системы отопления/кондиционирования воздуха.
Контактор 1 содержит нижний, переключающий участок 5 и верхний, дугогасительный участок, образующий участок рассеивания электрической дуги. Нижний, дугогасительный участок 5 включает в себя средства электрического переключения. Участок рассеивания дуги предназначен для покрытия и/или защиты средств электрического переключения. Следовательно, верхний, дугогасительный участок 6 может иметь различную конструкцию, соответствующую различным диапазонам напряжения, которые должны быть обработаны, а также типу дугогасительной камеры и энергоемкости, которая должна быть погашена в полной безопасности.
Например, верхний, дугогасительный участок 6 для значения напряжения 1000 В должен быть меньше, чем участок рассеивания электрической дуги для значения напряжения 3000 В, и должен содержать меньшие полюсные наконечники.
На фиг. 2 и 3 четко показана внутренняя конструкция контактора 1.
Нижний, переключающий участок 5 может считаться разделенным на низковольтный участок 7 и высоковольтный участок 8.
Низковольтный участок 7 предназначен для управления переключением высоковольтного участка 8. Низковольтный участок 7, предпочтительно, содержит электромагнит 9 и вспомогательные контакты (не показаны). На электромагнит 9 подается электропитание от низковольтного опорного потенциала (не показан на фигуре), при этом он является обычным и приводится в действие с помощью подходящего исполнительного механизма для переключения.
Контактор 1 представляет собой моностабильный элемент, который содержит нормально разомкнутые контакты, в соответствии с большей частью потребностей пользователя.
Согласно настоящему изобретению, нижний, переключающий участок 5 включает в себя пару подвижных контактов 11 и 12, которые должны примыкать друг к другу для обеспечения прохождения или протекания сильного тока (переменного или постоянного). Предпочтительно, указанные подвижные контакты 11, 12 симметрично перемещаются по направлению друг к другу и друг от друга.
Каждый подвижный контакт 11 или 12 расположен на контактном конце 13 или 14 соответствующего удлиненного рычага 15, 16 направляющего средства 17. Рычаги 15, 16 обычно изготавливаются из токопроводящего материала, например металла.
Над контактами 11, 12, но все еще в нижнем, переключающем участке 5, находятся соответствующие направляющие 18, 19 для дуги.
Эти направляющие 18, 19 для дуги помогают рассеивать электрическую дугу, образовавшуюся во время фазы размыкания подвижных контактов 11, 12. Точнее, каждая из направляющих 18, 19 для дуги электрически соединена с соответствующими катушками 20, 21 дутья, расположенными у плеч каждого контактного конца 13, 14 каждого рычага 15, 16. С каждым подвижным контактом 11 или 12 соединена пара боковых металлических фланцев 22, 23, имеющих выступающий флажок в направлении соответствующей направляющей 18 или 19 для дуги. Кроме того, с обеих сторон подвижных контактов 11, 12 расположен полюсный наконечник 24, то есть, другими словами, металлическая пластина или фланец должной формы.
Контактор 1 содержит контактные выводы 25 и 26, которые связаны с подвижными контактами 11 и 12 через контактные шины 27, 28. Контактные шины 27, 28, предпочтительно, изготовлены из меди.
Нижний, переключающий участок 5, в частности низковольтный участок 7, в соответствии с настоящим изобретением также имеет приемный паз 29, который проходит по периметру внутри этого нижнего, переключающего участка 5.
Этот приемный паз 29, предпочтительно, изготовлен из пластика и представляет собой изолированный канал для контактных шин 27, 28.
На внешней поверхности 31 контактора 1, предпочтительно на внешней поверхности 31 низковольтного участка 7, имеется множество отверстий 30. Множество отверстий 30 могут быть расположены на боковых сторонах низковольтного участка 7 там, где это требуется для каждой конкретной конфигурации контактных выводов 25 и 26.
Контактные выводы 25 и 26 выступают из множества отверстий 30. В частности, контактные выводы 25 и 26, связанные с контактными шинами 27 и 28 соответственно, могут выступать с разных сторон низковольтного участка 7, в зависимости от требуемого конкретного варианта применения.
На фиг. 4A, 4B и 4C представлены три возможные конфигурации расположения контактных выводов 25 и 26.
В частности, на фиг. 4A показана конфигурация, в которой контактные выводы 25 и 26 шин 27, 28 выступают из отверстий 30 корпуса 2 переключателя в противоположных направлениях.
В отличие от фиг. 4А, на фиг. 4B показана конфигурация, в которой контактные выводы 25 и 26 шин 27, 28 выступают из отверстий 30 корпуса 2 переключателя в одном и том же направлении.
В частном случае, в последней конфигурации, контактные выводы 25 и 26 шин 27, 28 выступают из отверстий 30 корпуса 2 переключателя, выполненных в основании 3, как показано на фиг. 4C.
Возможны также и другие конфигурации, даже если они весьма необычны, без отклонения от объема защиты, определенного в заявленной формуле изобретения. Например, может быть перпендикулярная конфигурация, в которой один неподвижный контактный вывод 25 или 26 выступает из боковой части корпуса 2 переключателя, а другой неподвижный контактный вывод 25 или 26 выступает из основания 3 корпуса 2 переключателя.
На фиг. 5 схематично показано направляющее средство 17, которое используется для активизации контактора 1.
Направляющее средство 17 включает в себя пару стержней 32 и 33, которые имеют соответствующий конец, присоединенный к скользящему шарниру 34, выполненному с возможностью перемещения вверх и вниз по вертикальной прорези 35, видимой на фиг. 2A, при этом стержни перемещаются вверх и вниз вдоль такой вертикальной прорези 35, выполненной в корпусе 2 переключателя. Стержни 31 и 32 изготовлены из изоляционного материала, например из термореактивного материала.
Противоположные концы 36, 37 каждого стержня 32, 33 шарнирно соединены с соответствующей удлиненной направляющей 38, 39 элемента, изготовленного из того же изоляционного материала, что и стержни 32, 33. Каждый рычаг 15 или 16 шарнирно присоединен в нижней части к этим удлиненным направляющим 38, 39 с помощью соответствующей оси 40, 41, а вверху присоединен к кожуху с помощью соответствующих пружин (не показаны).
Таким образом, удлиненные направляющие 38, 39 шарнирно соединены с соответствующими стержнями 32 и 33, но также соединены с соответствующим концом каждого рычага 15, 16, в результате чего перемещение удлиненных направляющих 38, 39 отражается на перемещении связанных с ними рычагов 15, 16.
Стержни 32, 33 и рычаги 15, 16 вместе с соответствующим скользящим шарниром 34, осями 40, 41 и шарнирными связями между стержнями 32, 33 с удлиненными направляющими 38, 39, и косвенно с рычагами 15, 16, образуют указанное направляющее средство 17, которое позволяет перемещать подвижные электрические контакты 11 и 12 в направлении друг к другу и наоборот. Направляющее средство активируется с помощью низковольтного приводного участка 7.
Каждый из рычагов 15, 16 поддерживается с помощью соответствующей оси 40, 41, но эти оси проходят в поперечном направлении соответственно на конце вильчатого рычага 42 или 43. Эти вильчатые рычаги 42, 43 изготовлены из токопроводящего материала, такого как металл.
Указанные вильчатые рычаги 42, 43 по существу связаны с контактными выводами 25 и 26. Следовательно, электрическая непрерывность между подвижными контактами 11, 12 и контактными выводами 25, 26 гарантируется непрерывностью металла между компонентами 25, 42, 15 и 11 на одной стороне и 26, 43, 16 и 12 на другой стороне.
Следует дополнительно отметить, что между каждым рычагом 15, 16 и соответствующим поддерживающим вильчатым рычагом 42, 43 расположен упругий элемент 44, например пружина сжатия, для компенсации возможного ухудшения или износа рычагов 15, 16.
Скользящий шарнир 34 снабжен центральным кольцевым упругим элементом (не показан) и принуждается скользить по вертикальной прорези 35.
Перемещение вызывается с помощью электромагнита 9, который воздействует на подвижный сердечник 45, соединенный со штоком 46, проходящим горизонтально и параллельно основанию 3 корпуса 2 переключателя.
Свободный, или дальний, конец 47 штока 46 соединен с одним концом 48 рычага 49, который шарнирно установлен на оси 50, закрепленной на внутренней раме 4 основания 3 контактора 1 или выполненной с ней за одно целое.
Рычаг 49 имеет первое плечо 51, соединенное со свободным, дальним концом 47 штока 46, а другое, или второе, плечо 52 может свободно двигаться вокруг оси, когда рычаг 49 приводится в действие с помощью электромагнита 9 и штока 46.
Наконец, следует отметить, что электрическая цепь 53, показанная на фиг. 2, предпочтительно, предназначена для обеспечения подачи электропитания на электромагнит 9 с токами надлежащего уровня, в то время как различные значения напряжения обеспечиваются пользователем в соответствии с применимыми стандартами. Эта цепь 53 является по существу переводным механизмом переключателя уровня напряжения, подходящим для приема множества различных значений напряжения, способных повышать ток электромагнита, как требуется в начальной фазе.
С учетом предыдущего описания должно быть очевидно, каким образом работает контактор 1.
В нескольких вариантах применения контактор 1 согласно настоящему изобретению имеет модульную конструкцию, относящуюся к однополюсной конфигурации, которая может быть удвоена в двухполюсной конфигурации, или может быть обеспечена трехполюсная конфигурация, включающая в себя два или три параллельных модуля, в соответствии с потребностями пользователя, например, как показано на фиг. 6.
Нижний, переключающий участок 5 является одинаковым для каждого отличающегося модульного контактора 1, в то время как участок рассеивания дуги может рассматриваться как верхний, покрывающий элемент корпуса 2 переключателя, который может иметь отличающийся размер, в соответствии с различной категорией мощности и диапазонами напряжения, которые контактор 1 будет обеспечивать.
Как было сказано ранее, настоящее изобретение, которое обеспечивает электрический управляемый переключатель 1, подходит не только для контактора, показанного на фиг. 1, но также и для разъединителя, показанного на фиг. 7.
Контактные выводы 25' и 26' связаны с подвижными контактами 11' и 12' посредством шин 27' и 28'.
Шины 27' и 28' расположены в приемном пазу 29'. Корпус 2' переключателя разъединителя 1 имеет множество отверстий 30', из которых наружу выступают контактные выводы 25', 26', которые могут быть подключены к источнику электропитания во множестве различных конфигураций, изменяющихся только в соответствии с выбранными отверстиями 30'.
Даже если внутренняя конструкция разъединителя в некоторых аспектах отличается от внутренней конструкции контактора, настоящее изобретение относится к общей части их конструкции и не ограничивается теми или иными вариантами применения.
Таким образом, настоящее изобретение применимо в любой электрической системе, которая требует электрического управляемого переключателя, как контактора, так и разъединителя.
Преимущество настоящего изобретения состоит в том, что оно подходит для большинства вариантов применения, в которых требуется переключение с протеканием высокого тока, что позволяет избежать сложностей в компоновке схемы.
Еще одно преимущество настоящего изобретения состоит в том, что оно является простым в использовании для любого оператора отрасли, при этом не требуется каких-либо специальных знаний, а его использование основывается только на требованиях к соединениям, в отношении которых можно использовать визуальный контроль.
Кроме того, изолированное разделение между электрическими участками и приемным пазом внутри электрического переключателя позволяет избежать недостатков при расположении контактных выводов и, таким образом, гарантирует более высокую надежность и длительный срок службы.
Другое преимущество настоящего изобретения состоит в том, что оно не требует специального изготовления, что важно для компонента, явно предназначенного для массового производства, с высокой степенью гибкости в отношении запросов пользователей.
И наконец, контактор согласно настоящему изобретению, может использоваться также для переключения в вариантах применения с высоким переменным током.
В описании термины направления, такие как: «вперед», «назад», «спереди», «сзади», «вверх», «вниз», «выше», «ниже», «в направлении вверх», «в направлении вниз», «верхняя часть», «нижняя часть», «боковая сторона», «вертикальный», «горизонтальный», «перпендикулярный» и «поперечный», а также любые другие аналогичные термины направления относятся только к устройству, показанному на чертежах, и не относятся к возможному использованию того же устройства. Соответственно, эти термины направления, используемые для описания контактора в его направленном вверх вертикальном положении на горизонтальной поверхности, имеют только значение для обозначения части устройства по отношению к другой части, как показано на фигурах.
Термин «содержащий» и его производные, используемые в данном документе, предназначены для использования в качестве неограниченных терминов, которые определяют наличие установленных признаков, элементов, компонентов, групп, целых чисел и/или этапов, но не исключают наличие других неустановленных признаков, элементов, компонентов, групп, целых чисел и/или этапов. Это понятие также применимо к словам со схожим значением, например к терминам «иметь», «включать в себя» и их производным.
Кроме того, термины «компонент», «секция», «участок», «часть» и «элемент» при использовании в единственном числе могут иметь двойное значение: единственная часть или множество частей.