КОНТАКТОР, ОБЛАДАЮЩИЙ СВОЙСТВАМИ БЫСТРОЙ КОММУТАЦИИ
CONTACTOR, HAVING FAST SWITCHING PROPERTIES

Настоящее изобретение относится к контактору согласно ограничительной части независимого п. 1 формулы изобретения.
Типовой контактор имеет электромагнитный привод, содержащий якорь, который выполнен с возможностью перемещения из исходного положения во втянутое положение при приведении в действие привода. Кроме того, типовой контактор содержит соединенный с якорем держатель контактов, который выполнен с возможностью перевода посредством якоря из разомкнутого положения, в котором якорь находится в исходном положении, в замкнутое положение, в котором якорь находится во втянутом положении. Держатель контактов оснащен одним или несколькими контактами, которые взаимодействуют с соответствующими неподвижными контактами. В разомкнутом положении держателя контактов контакты разомкнуты, так что силовая электрическая цепь контактора разомкнута. В замкнутом положении держателя контактов, напротив, контакты замкнуты, и поэтому силовая электрическая цепь контактора также замкнута. В простейшем случае держатель контактов выполнен в виде простой контактной перемычки.
Типовые контакторы широко распространены и применяются в самых различных областях, чтобы коммутировать малые, а также большие нагрузки. Коммутация без нагрузки также зачастую осуществляется при помощи типовых контакторов. Один типовой контактор известен, например, из DE 102010031907 B9.
Недостатком многих типовых контакторов является инерционность их электромагнитного привода. Чтобы отключить контактор, должно быть снято возбуждение с катушки привода. Однако отключение тока вызывает то, что в катушке индуцируются токи, что приводит к тому, что магнитное поле остается еще в некотором интервале времени. Поэтому между отключением привода и размыканием контактов существует смещение во времени, которым нельзя пренебречь. Время размыкания типовых контакторов нередко составляет более 100 мс. В доступных на рынке контакторах типовой конструкции можно наблюдать время размыкания от 10 мс до 150 мс.
Поэтому типовые контакторы непригодны в качестве быстродействующих коммутаторов. Быстродействующие коммутаторы требуются, например, чтобы как можно быстрее разомкнуть цепь тока нагрузки при возникновении короткого замыкания, чтобы предотвратить возникновение повреждений вследствие короткого замыкания. Обычно для этого цепь тока нагрузки контролируют при помощи соответствующей управляющей электроники, так что обнаруживается необычное возрастание силы тока свыше заданного порогового значения силы тока. Возможно также производить регистрацию короткого замыкания по другим критериям, например по скорости возрастания тока. В случае короткого замыкания сила тока в цепи тока нагрузки экстремально быстро возрастает. Поэтому, чтобы предотвратить большие повреждения, является обязательным, чтобы цепь тока после достижения заданного порогового значения силы тока или вследствие других критериев срабатывания размыкалась максимально быстро. Время размыкания известных контакторов типовой конструкции является с этой целью неудовлетворительным. Поэтому во многих случаях необходимо в дополнение к контактору предусмотреть соответствующий быстродействующий коммутатор для размыкания цепи тока.
Поэтому задачей настоящего изобретения является усовершенствовать контактор типовой конструкции таким образом, чтобы контактор обладал свойствами быстрой коммутации, чтобы иметь возможность при необходимости размыкать силовую электрическую цепь максимально быстро.
Задача решена посредством признаков независимого п. 1 формулы изобретения. В соответствии с этим в контакторе типовой конструкции имеется предложенное в изобретении решение задачи, если держатель контактов соединен с якорем с возможностью отсоединения, при этом контактор содержит разблокирующее устройство, при помощи которого может разъединяться соединение между якорем и держателем контактов при втянутом якоре, так что держатель контактов выполнен с возможностью перевода из замкнутого положения в разомкнутое положение, независимо от якоря.
Предложенное в изобретении решение имеет то преимущество, что инерционность электромагнитного привода контактора не имеет значения при размыкании контактов, так как держатель контактов выполнен с возможностью перевода в разомкнутое положение независимо от якоря. С этой целью может быть предусмотрено соответствующее возвратное устройство. В простейшем случае держатель контактов ориентирован таким образом, что он после отсоединения от якоря автоматически падает обратно в разомкнутое положение исключительно благодаря силе тяжести. Однако перемещение держателя контактов из замкнутого положения в разомкнутое положение может также поддерживаться другим путем.
Благоприятные варианты выполнения настоящего изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
В одном особенно предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения разблокирующее устройство оборудовано таким образом, что соединение между якорем и держателем контактов автоматически разъединено при достижении определенного пороговой силы тока в силовой электрической цепи контактора. Благодаря этому эффективно предотвращаются повреждения, которые могут возникать в силовой электрической цепи вследствие возможно образующегося короткого замыкания. Возможно также связывание приведения в действие разблокирующего устройства с другим критерием срабатывания, например скоростью возрастания тока.
В следующем предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения держатель контактов предварительно прижат при помощи первой пружины в направлении разомкнутого положения. Этот вариант выполнения представляет собой особенно простое мероприятие, чтобы максимально быстро перемещать держатель контактов после отсоединения от якоря из замкнутого положения в разомкнутое положение. Благодаря этому поддерживается возникающее вследствие силы тяжести ускорение держателя контактов. Этот вариант выполнения обеспечивает также возможность монтажа контактора в любом мыслимом положении или же ориентации. Если применяется соответственно сильная пружина, то усилие пружины осуществляет возврат держателя контактов в разомкнутое положение, а именно независимо от того, ориентирован ли держатель контактов таким образом, что сила тяжести уже вызывала бы перемещение держателя контактов из замкнутого положения в разомкнутое положение.
В следующем особенно предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения разблокирующее устройство включает в себя быстродействующее исполнительное устройство и блокирующий элемент, который выполнен с возможностью перевода посредством быстродействующего исполнительного устройства из заблокированного положения, в котором блокирующий элемент соединяет друг с другом якорь и держатель контактов, в разблокированное положение. Этот вариант представляет собой особенно конструктивно простое выполнение разблокирующего устройства. Благодаря быстродействующему исполнительному устройству обеспечено, что как отсоединение держателя контактов от якоря, так и процесс размыкания посредством перемещения держателя контактов из замкнутого положения в разомкнутое положение, происходят особенно быстро. При этом блокирующий элемент предпочтительно предварительно прижат при помощи второй пружины в направлении заблокированного положения. Благодаря этому обеспечено, что держатель контактов и якорь снова автоматически соединяются друг с другом, если якорь возвращен из втянутого положения в исходное положение. Блокирующий элемент после возврата якоря автоматически переводится снова в заблокированное положение.
Согласно следующему предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения быстродействующее исполнительное устройство основано на принципе индукции вихревых токов и содержит для этого исполнительную катушку, а также служащий в качестве исполнительного якоря алюминиевый диск, в котором при активации исполнительной катушки образуются вихревые токи. В этом варианте выполнения может быть достигнуто особенно короткое время активирования разблокирования. Благодаря этому отсоединение держателя контактов от якоря происходит также особенно быстро. Чтобы при этом достигнуть особенно быстрого ускорения исполнительного устройства, согласно изобретению может быть предусмотрено, что исполнительное устройство содержит банк конденсаторов, от которого снабжается исполнительная катушка. Благодаря банку конденсаторов в течение короткого времени может подготавливаться достаточное количество электрической энергии для ускорения алюминиевого диска. Альтернативно возможно также использовать ток короткого замыкания для снабжения током исполнительной катушки или же для активации другого подходящего исполнительного устройства.
Согласно следующему предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения держатель контактов может соединяться с якорем посредством коммутационной штанги контактора, при этом блокирующий элемент подвижно установлен на якоре в направлении, перпендикулярном коммутационной штанге, причем нижний конец коммутационной штанги опирается на блокирующий элемент, если блокирующий элемент находится в заблокированном положении. Этот вариант также обеспечивает конструктивно особенно простое и экономичное выполнение предложенного в изобретении контактора. Предпочтительно блокирующий элемент выполнен в виде блокирующего цилиндра. Благодаря этому возможно простое и экономичное изготовление блокирующего элемента.
Согласно следующему предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения может быть предусмотрено, что блокирующий элемент имеет отверстие, через которое насквозь падает нижний конец коммутационной штанги, если блокирующий элемент переведен в разблокированное положение. Посредством этого также достигается особенно конструктивно простое и, прежде всего, надежное разблокирование.
Особенно предпочтительно при этом может быть предусмотрено, что в отверстии выполнен уступ, на котором лежит нижний конец коммутационной штанги, когда блокирующий элемент находится в заблокированном положении. Благодаря этому, во-первых, возможна особенно компактная конструкция, а во-вторых, обеспечено, что коммутационная штанга после возврата якоря из втянутого положения в исходное положение снова надежно соединяется с якорем.
Компактной конструкции и надежной характеристике коммутации способствует, кроме того, то, что коммутационная штанга размещена в якоре соосно с ним.
Согласно следующему предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения коммутационная штанга на нижнем конце сужена, так что там имеется меньший наружный диаметр, чем в расположенной над ним области. Благодаря этому отверстие в блокирующем элементе также может быть выполнено меньшим, вследствие чего блокирующий элемент становится в общей сложности более компактным и требует меньшего пространства для монтажа. Также благодаря этому достигается, что блокирующий элемент имеет максимально малую массу, вследствие чего в общей сложности должно быть затрачено относительно малое количество энергии, чтобы ускорять блокирующий элемент с целью отсоединения держателя контактов от якоря. Благодаря этому разблокирующее устройство может приводиться в действие особенно быстро.
В следующем предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения якорь предварительно прижат при помощи третьей пружины в направлении исходного положения. Благодаря этому после снятия возбуждения с приводной катушки якорь может особенно простым и надежным образом возвращаться из втянутого положения в исходное положение. Благоприятная конструкция получается при этом, если пружина предпочтительно расположена между верхним, обращенным к держателю контактов концом якоря, и неподвижной частью контактора, при этом третья пружина охватывает коммутационную штангу. Надежное прилегание пружины к якорю и компактная конструкция обеспечиваются при этом, если третья пружина размещена в кольцевом пазу якоря.
В следующем предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения контактор включает в себя управляющую электронику для регистрации характеристики тока в силовой электрической цепи контактора и для срабатывания разблокирующего устройства при достижении определенной пороговой силы тока. В этом варианте выполнения в предложенный в изобретении контактор интегрированы все системы для надежной регистрации короткого замыкания и для отключения силовой цепи тока. Альтернативно разблокирование может осуществляться также посредством тока короткого замыкания и/или приводиться посредством него, так что электроника может быть исключена.
В следующем предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения контактор содержит устройство гашения электрической дуги. Благодаря этому при помощи предложенного в изобретении контактора могут коммутироваться большие нагрузки. При этом предусмотренная согласно изобретению функция быстрой коммутации контактора обеспечивает то, что возникающая при процессе отключения коммутационная электрическая дуга может надежно гаситься даже при возникновении короткого замыкания.
Далее, предложенный в изобретении контактор предпочтительно выполнен как контактор постоянного напряжения.
При помощи предложенного в изобретении контактора может быть реализовано время размыкания примерно 3 мс.
Вариант выполнения настоящего изобретения подробнее поясняется ниже при помощи чертежей.
На чертежах изображено:
фиг. 1 - схематическое изображение в сечении предложенного в изобретении контактора в исходном положении,
фиг. 2 - предложенный в изобретении контактор согласно фиг. 1 в замкнутом состоянии, вместе с якорем электромагнитного привода во втянутом положении и держателем контактов в замкнутом положении,
фиг. 3 - предложенный в изобретении контактор согласно фиг. 1 и 2 в замкнутом состоянии вскоре после приведения в действие разблокирующего устройства, и
фиг. 4 - предложенный в изобретении контактор согласно фиг. 1-3, в уже разомкнутом состоянии, с якорем, находящимся во втянутом положении и держателем контактов в разомкнутом положении.
Для следующих вариантов выполнения действует то, что одинаковые элементы обозначены одинаковыми номерами позиций. Если на чертеже содержатся номера позиций, которые подробнее не описаны в соответствующем тексте описания, то следует сделать ссылку на предшествующие или последующие описания чертежей.
На фиг. 1 показано схематическое изображение предложенного в изобретении контактора на виде в сечении. Предложенный в изобретении контактор 1 оснащен магнитным приводом, якорь 2 которого приводится соосно окружающей его приводной катушкой 3. Якорь 2 при помощи коммутационной штанги 11 соединен с подвижным держателем 4 контактов, на котором установлен подвижный контакт 18 контактора. Между подвижным контактом 18 и держателем 4 контактов предусмотрены контактные пружины 20 сжатия, которые при замкнутом контакторе обеспечивают, что подвижный контакт 18 равномерно прилегает к обоим неподвижным контактам 19, показанным на чертеже лишь схематически. Оба неподвижных контакта 19 электрически изолированы друг от друга и при замкнутом контакторе электрически соединены друг с другом через подвижный контакт 18.
Коммутационная штанга 11 соединена с якорем 2 не неподвижно, а с возможностью отсоединения. Она размещена соосно с якорем 2 в его продольном отверстии, при этом нижний конец 12 коммутационной штанги опирается на уступ 14 удерживаемого якорем блокирующего цилиндра 7. Блокирующий цилиндр 7 размещен во втором отверстии, проходящем поперечно к продольному отверстию якоря 2, и установлен в нем с возможностью осевого перемещения.
Пока блокирующий цилиндр 7 остается в положении, показанном на фиг. 1, коммутационная штанга 11 соединена с якорем 2 и поэтому движется вместе с ним. Обе пружины 5, которые расположены между двумя выступающими сбоку упорами 21 держателя 4 контактов и верхней стенкой корпуса предложенного в изобретении контактора, обеспечивают, что коммутационная штанга не может подниматься нижним концом 12, а прижимается к уступу 14 блокирующего цилиндра 7.
Если теперь приводная катушка 3 электромагнитного привода снабжается электрическим током, и привод вследствие этого приводится в действие, то якорь вместе с коммутационной штангой 11 и держателем 4 контактов перемещается вверх, вплоть до вхождения подвижного контакта 18 в контакт с неподвижными контактами 19, и контактные пружины 20 сжатия будут соответственно сжаты. Якорь 2 при этом перемещается из показанного на фиг. 1 исходного положения в показанное на фиг. 2 втянутое положение, в котором он прилегает к ярму 17 электромагнитного привода. Равным образом держатель 4 контактов переводится из показанного на фиг. 1 разомкнутого положения в показанное на фиг. 2 замкнутое положение.
Размыкание контактов может осуществляться двумя способами. В одном варианте приводная катушка электромагнитного привода просто отключается. В этом случае однако требуется немного подождать, пока электромагнитное поле уменьшится в такой степени, что якорь 2 вследствие этого упадет из втянутого положения обратно в исходное положение. Его движение при этом поддерживается расположенной между ярмом 17 и якорем 2 спиральной пружиной 15, которой окружена коммутационная штанга 11. Спиральная пружина 15 служит, так сказать, в качестве возвратной пружины. Она размещена в соответствующих пазах 16 и 22 якоря или же ярма.
Вторая возможность размыкания контактов состоит в предложенном в изобретении контакторе в том, чтобы отсоединять друг от друга якорь 2 и коммутационную штангу 11. Для этого блокирующий цилиндр 7 просто сдвигают вправо, пока нижний конец 12 коммутационной штанги 11 уже не будет прилегать к уступу 14 блокирующего цилиндра, а сможет проходить насквозь через поперечное отверстие 13, выполненное в блокирующем цилиндре 7. Блокирующий цилиндр 7 приводится для этого быстродействующим исполнительным устройством 6. Исполнительное устройство 6 основано на принципе индукции вихревых токов и содержит исполнительную катушку 9, а также служащий в качестве исполнительного якоря алюминиевый диск 10, в котором при активировании исполнительной катушки образуются вихревые токи, приводящие к электромагнитному отталкиванию, так что диск 10 перемещается направо. В показанном варианте выполнения алюминиевый диск 10 установлен по отношению к исполнительной катушке с возможностью осевого перемещения в горизонтальном направлении и не соединен с блокирующим цилиндром 7. Поэтому между алюминиевым диском и блокирующим цилиндром возможно относительное движение в вертикальном направлении. Альтернативно алюминиевый диск может быть также неподвижно соединен с блокирующим цилиндром. В этом случае алюминиевый диск предпочтительно вверху скошен, чтобы предотвратить столкновение с корпусом контактора. Исполнительная катушка 9 питается от банка конденсаторов (не показан), от которого предоставляется в распоряжение требуемая энергия.
Разблокированное состояние показано на фиг. 3. Нижний конец 12 коммутационной штанги уже не опирается на уступ 14, который выполнен в поперечном отверстии 13 блокирующего элемента 7, а может проходить насквозь через поперечное отверстие 13. Держатель 4 контактов и коммутационная штанга 11 совместно прижимаются вниз обеими пружинами 5, пока суженный нижний конец 12 коммутационной штанги не будет полностью опущен в поперечное отверстие 13. Таким способом контакты могут особенно быстро размыкаться. Может быть реализовано время размыкания примерно 3 мс.
Может произойти, что якорь 2 после процесса размыкания даже при отключенном приводе еще находится во втянутом положении, как это показано на фиг. 4. Держатель 4 контактов, напротив, уже находится в разомкнутом положении. Как только магнитное поле, образуемое катушкой привода, уменьшается настолько, что образуемая магнитным полем сила уже является не достаточной, чтобы удерживать якорь 2 во втянутом положении, якорь 2 также возвращается обратно в исходное положение, показанное на фиг. 1. Возвратная пружина 8 блокирующего цилиндра 7 при этом обеспечивает, что блокирующий цилиндр 7 перемещается налево, назад в блокирующее положение, как только нижний конец 12 коммутационной штанги достигнет уступа 14. Вследствие этого держатель 4 контактов и якорь 2 снова автоматически соединяются друг с другом. Чтобы сделать предложенный в изобретении контактор снова готовым к применению, следует вначале снова зарядить банк конденсаторов (не показан), чтобы быстродействующее исполнительное устройство 6 снова было готово к применению.
Следует указать на то, что чертежи имеют лишь схематический характер. Некоторые элементы предложенного в изобретении контактора не показаны. Кроме того, следует указать на то, что показана лишь одна пара неподвижных контактов, а также один соответствующий подвижный контакт. Однако предложенный в изобретении контактор может быть выполнен многополюсным. Также устройство гашения электрической дуги, которое обычно предусмотрено в предложенном в изобретении контакторе, с целью наглядности не показано.