КОНТАКТОР ВАКУУМНЫЙ

Полезная модель относится к коммутационным аппаратам с единственным положением покоя, с электромагнитной системой управления. Полезная модель может использоваться в области электротехники, в контакторах и пускателях.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является контактор вакуумный электромагнитный (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 кон-тактами, 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 ка-тушки 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. Недостатком известного решения является относительно низкая мощность электромагнитного привода.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является увеличение мощности электромагнитного привода.
Данная задача решается тем, что вакуумный контактор включает подвижные и неподвижные контакты, электромагнитный привод, содержащий две катушки, нормально замкнутый контакт, соединенный с обмотками двух катушек, выполненными из провода круглого сечения, при этом катушки электромагнитного привода содержат пусковые и дополнительные обмотки, соединенные между собой.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является увеличение мощности электромагнитного привода.
Полезная модель может использоваться в области электротехники в контакторах и пускателях.
Термин «контактор» (контактный коммутационный аппарат) означает, что аппарат предназначен для включения и отключения в одной или нескольких электрический цепей.
Термин «контакт» означает токопроводящие части, предназначенные для установления непрерывности цепи при их соприкосновении и в результате их движения относительно друг друга в процессе оперирования размыкающие или замыкающие цепь. Неподвижный контакт коммутационного аппарата остается неподвижным в положении «включено». Подвижный контакт перемещается относительно неподвижного контакта до соприкосновения с контакт-деталью неподвижного контакта в положении «включено».
Термин «главный контакт» означает контакт, включенный в главную цепь контактного коммутационного аппарата, предназначенный для проведения в замкнутом положении тока главной цепи.
Термин «размыкание» контактов означает срабатывание, в результате которого контакты устройства переводятся из замкнутого положения в разомкнутое, при этом неподвижный контакт коммутационного аппарата остается неподвижным. Подвижный контакт перемещается относительно неподвижного контакта, в разомкнутом положении между подвижным и неподвижным контактом образуется зазор.
Термин «замыкание» означает срабатывание, в результате которого аппарат переводится из разомкнутого положения в замкнутое.
Термин «замыкающий контакт» означает контакт, который замкнут, когда замкнуты главные контакты контактного коммутационного аппарата, и разомкнут, когда главные контакты разомкнуты.
Термин «нормально замкнутый» (размыкающий контакт) означает контакт, который разомкнут, когда замкнуты главные контакты контактного коммутационного аппарата, и замкнут, когда главные контакты разомкнуты.
Термин «оперирование» (контактного коммутационного аппарата) означает управление путем приложения энергии, накопленной в самом механизме до завершения оперирования и достаточной для доведения его до конца в заданных условиях.
Термин «замкнутое положение» (контактного коммутационного аппарата) означает положение, при котором обеспечена предусмотренная непрерывность главной цепи аппарата.
Выражение «контактор содержит электромагнитный привод» означает, что сила, необходимая для замыкания главных контактов коммутационным аппаратам, обеспечивается электромагнитом, к составным частям электромагнитного привода относятся все детали, имеющие соединение с составными частями магнита.
Термин «подвижная часть магнита» означает часть магнита, изменяющую свое положение относительно неподвижной части магнита, в замкнутом и разомкнутом положении главных контактов.
Термин «катушка» означает совокупность витков эмальпровода на каркасе. Катушка электромагнитного привода согласно данной полезной модели обозначает катушку, входящую в состав электромагнита, работа которого приводит к замыканию главных контактов.
Термин «пусковая обмотка» означает совокупность витков эмальпровода, создающих электромагнитное поле при прохождении пускового тока.
Термин «дополнительная обмотка» (рабочая обмотка) означает совокупность витков эмальпровода, создающих электромагнитное поле при прохождении номинального рабочего тока.
Термин (выражение) «провод круглого сечения» означает, что хотя бы одно сечение провода круглое.
Полезная модель поясняется фигурой, на которой изображено вид устройства снизу.
Контактор содержит электромагнитный привод, снабженный двумя катушками (каждая из двух катушек состоит из пусковой и дополнительной обмотки) 1, рычаг 2, траверсу с контактами 3, блок дополнительных контактов 4.
Электромагнитный привод контактора, катушки которого содержат пусковые и дополнительные обмотки, соединенные между собой, содержит нормально замкнутый контакт, соединенный с обмотками двух катушек, выполненными из провода круглого сечения, за счет этого обеспечивается увеличение мощности электромагнитного привода.
Электромагнитный привод снабжен двумя катушками, обмотки этих катушек соединены между собой. В данном случае соединение обмоток двух катушек между собой обеспечивает совместную работу двух катушек как единое целое, как один мощный электромагнитной привод. Таким образом, соединение обмоток двух катушек между собой увеличивает мощность электропривода за счет увеличения электромагнитной индукции катушек.
Каждая катушка электромагнитного привода снабжена пусковой и дополнительной обмотками. В разомкнутом положении нормально замкнутого контакта питание подается и на пусковую обмотку, и на дополнительную обмотку электромагнитного привода, таким образом, число витков катушки становится больше, за счет присоединения витков дополнительной катушки.
Чтобы найти модуль магнитной индукции катушки, состоящей из одного слоя, можно воспользоваться формулой (1). Магнитная индукция катушки равна
где N-число витков катушки;
l - длина катушки;
n - число витков на единицу длины;
I - ток в катушке;
μ - магнитная проницаемость среды, находящейся внутри катушки;
0
μ - магнитная постоянная.
Из формулы (1) видно, что при прочих равных значениях, магнитная индукция катушки прямо пропорциональна числу витков катушки.
Из формулы (1) видно, что благодаря размыканию нормально замкнутого контакта дополнительная обмотка подключается к пусковой, число витков становится больше и мощность электромагнитного привода увеличивается.
В замкнутом положении нормально замкнутого контакта питание подается только на пусковую обмотку электромагнитного привода.
Расчет индуктивности однорядной катушки производится по формуле (2):
где L - индуктивность;
0
-7
μ - проницаемость свободного пространства = 4π × 10  Гн / м;
r
μ - относительная проницаемость материала сердечника;
N - число витков;
S - площадь поперечного сечения катушки;
l - длина катушки.
Для провода круглого сечения
S = π (D/2)², (Формула 3),
где S - площадь сечения провода;
π - 3,14;
D - диаметр провода.
Из формулы видно, что чем больше диаметр провода, тем больше сила тока и тем больше магнитная индукция. Следовательно, использование провода большего диаметра по сравнению с меньшим диаметром помогает создать более мощное магнитное поле (при прочих равных условиях).
Нормально замкнутый контакт соединен с обмотками двух катушек. В замкнутом положении нормально замкнутого контакта питание подается только на пусковую обмотку электромагнитного привода. Диаметр провода пусковой обмотки больше диметра провода дополнительной обмотки. Работа только пусковой обмотки катушек обеспечивает мощное электромагнитное поле во время пуска контактора, обеспечивая большую мощность электромагнитного привода. За счет того, что диаметр провода пусковой обмотки больше диаметра провода дополнительной обмотки, а чем больше диаметр проводника, тем больше магнитное поле (расчет приведен по формуле 3), обеспечивается большее мощное электромагнитное поле во время пуска контактора и увеличивается мощность электромагнитного привода в целом.
Например, диаметр провода пусковой обмотки может находиться в диапазоне 0,18-1 мм, а диаметр дополнительной обмотки может находиться в диапазоне 0,1-0,7 мм. Таким образом, пусковая обмотка, выполненная проводом большего диаметра, чем диаметр провода дополнительной обмотки, обеспечивает мощный электромагнитный привод при пуске и защищает от перегрева контакты контактора, однако длительная эксплуатация только пусковой обмотки вызывает перегрев, а подключение дополнительной обмотки защищает от перегрева обмотку катушки и увеличивает количество витков, таким образом, эксплуатация контактора становится безопасной и увеличивается мощность электромагнитного привода за счет увеличения количества витков. Дополнительная и пусковая обмотки каждой катушки соединены между собой.
Нормально замкнутый контакт соединен с обмотками двух катушек. Дополнительная обмотка катушки электромагнитного привода управляется и соединена с нормально замкнутым контактом. Это позволяет подавать напряжение (пускать) на дополнительные обмотки катушек электромагнитного привода при размыкании контакта, таким образом, обеспечивается совместная работа пусковой и дополнительной обмотки. Следовательно, увеличивается общее число витков обмотки катушек, из формулы (1) видно, что это увеличивает мощность электромагнитного привода.
Электромагнитный привод содержит нормально замкнутый контакт (замкнутый контакт в состоянии покоя), соединенный с пусковыми и дополнительными обмотками двух катушек, при размыкании которого подается питание на дополнительные обмотки электромагнитного привода. Благодаря этому размыкающий контакт подает напряжение на дополнительную обмотку, и она присоединяется к пусковой обмотке, таким образом, обеспечивается совместная работа пусковой и дополнительной обмотки. Следовательно, увеличивается общее число витков обмотки катушек, из формулы (1) видно, что это увеличивает мощность электромагнитного привода.
Контактор снабжен рычагом 2, управляющим размыканием нормально замкнутого контакта, управляющего включением дополнительных обмоток. Это позволяет разомкнуть нормально замкнутый контакт и подать питание на дополнительные обмотки. Благодаря тому, что вакуумный контактор снабжен рычагом управляющим размыканием нормально замкнутого контакта, происходит размыкание контакта и подается напряжение на дополнительную обмотку, и она присоединяется к пусковой обмотке, таким образом, обеспечивается совместная работа пусковой и дополнительной обмотки. Следовательно, увеличивается общее число витков обмотки катушек, из формулы (1) видно, что это увеличивает мощность электромагнитного привода.
В качестве детали, управляющей размыканием нормально замкнутого контакта, используется рычаг 2, конструкция вакуумного контактора может иметь один или два рычага, управляющих размыванием нормально замкнутого контакта.
Подвижная часть электромагнитного привода приводит в движение рычаг. Это позволяет разомкнуть нормально замкнутый контакт после осуществления пуска контактора и подать питание на дополнительные обмотки. Такой конструктив позволяет пусковой обмотке выполнить свою роль во время пуска контактора, обеспечив мощное усилие во время пуска, а затем запустить дополнительно обмотку, рассчитанную на длительную эксплуатацию и обеспечивающую создание мощного электромагнитного поля для обеспечения мощности электромагнитного привода, так как для удержания контактов в замкнутом положении требуется другое усилие электромагнитного привода (создаваемое обмотками катушек), чем при пуске. Пусковая обмотка при совместной работе с дополнительной обмоткой не перегревается, так как напряжение проходит и по пусковой и по дополнительной обмотке.
Обмотки катушек (дополнительная и пусковая) выполнены из провода круглого сечения. Выполнение обмоток катушек из провода круглого сечения приводит к увеличению мощности электромагнитного привода при сравнении с проводом квадратного сечения.
Площадь S провода квадратного сечения a² = 0,045216, отсюда а=0,21264 -сторона квадрата провода квадратного сечения.
Площадь S провода круглого сечения πR² = 0,045216, отсюда R=0,12, D=2R=0,24 - диаметр провода круглого сечения.
Таким образом, для равных значений площади круглого и квадратного сечения D круга> а квадрата.
Произведем расчет еще для нескольких значений сечений проводника:
Площадь S провода квадратного сечения a² = 0,080384 отсюда а=0,28352 - сторона квадрата провода квадратного сечения.
Площадь S провода круглого сечения πR² = 0,080384 отсюда R=0,16, D=2R=0,32 - диаметр провода круглого сечения.
Таким образом, для равных значений площади круглого и квадратного сечения D круга> а квадрата.
Таким образом, для равных значений площади круглого и квадратного сечения провода всегда D круга> а квадрата.
Катушка представляет собой полый цилиндр.
Формула для расчета площади поперечного сечения катушки:
2
2
S = π × (Dн - Dв)/4, где
Dн - наружный диаметр катушки;
Dв - внутренний диаметр катушки.
2
2
S = π × (Dн - Dв)/4
Площадь поперечного сечения катушки круглого сечения провода:
2
2
2
2
2
2
2
2
2
S = π×((nD+Dв)-Dв)/4 = π×(n*D+2nD×Dв+Dв-Dв)/4 = π×(n×D+2nD×Dв)/4 = π×D(n×D+2n×Dв)/ 4,
Площадь поперечного сечения катушки квадратного сечения провода:
2
2
2
2
2
2
2
2
2
S = π×((na+Dв)-Dв)/4 = π×(n×a+2na×Dв+Dв-Dв)/4 = π×(n×a+2na×Dв)/4 = π×a(n×a+2n×Dв)/4,
где Dн - наружный диаметр катушки;
Dв - внутренний диаметр катушки.
n-число витков в одном ряду - примем это значение одинаковым для всех случаев;
D-диаметр сечения круглого провода (ширина одного витка);
а - сторона квадрата провода квадратного сечения (ширина одного витка).
При равных Dв, Dн для квадратного сечения провода = n×a+Dв, где
n-число витков в одном ряду - примем это значение одинаковым для всех случаев
a - сторона квадрата, тогда
Dн для круглого сечения провода = n×D+Dв
Из приведенных формул видно, что при D> a при прочих равных условиях
2
2
π×D(n×D+2n×Dв)/ 4>π×a(n×a+2n×Dв)/ 4,
а, следовательно, площадь поперечного сечения катушки круглого сечения провода больше площади поперечного сечения катушки квадратного сечения провода.
При равных Dв для квадратного и круглого сечений, Dн для квадратного сечения провода равно n×a, где
n-число витков в одном ряду - примем это значение одинаковым для всех случаев;
a-сторона квадрата (ширина обмотки);
Dн для круглого сечения провода равно n×D;
где n-число витков в одном ряду - примем это значение одинаковым для всех случаев;
D-диаметр круглого сечения (ширина обмотки).
Производим расчет индуктивности катушки для однорядной катушки:
,
где L - индуктивность;
0
-7
μ - проницаемость свободного пространства = 4π × 10  Гн / м;
r
μ - относительная проницаемость материала сердечника;
N - число витков;
S - площадь поперечного сечения катушки;
l - длина катушки.
Рассчитаем индуктивность L для однорядной катушки.
0
r
Значения, μ, μ, N будут одинаковыми как для катушки круглого сечения провода, так и для катушки, где сечение провода квадратное, следовательно, их произведение будет одинаково в обоих случаях.
Таким образом, изменяемая часть формулы включает либо а (сторона квадрата), либо D (диаметр круга). Преобразуем формулу по математическим законам для получения наглядного результата.
Индуктивность L катушки, выполненной из провода круглого сечения:
0
r
0
r
2
2
2
2
L = μ×μ×N×π×D×(n×D+2n×Dв)/4D=μ×μ×N×π×(n×D+2n×Dв)/4.
Индуктивность L катушки, выполненной из провода квадратного сечения:
0
r
0
2
2
2
2
L = μ×μ×N×π×a×(n×a+2n×Dв)/4a=μ×μr×N×π×(n×a+2n×Dв)/4.
Следовательно, если D> a, то и индуктивность L катушки, выполненной из провода круглого сечения, будет больше индуктивности катушки, выполненной из провода квадратного сечения. Из формулы видно, что при прочих равных условиях, так как диаметр D круглого сечения провода больше стороны a квадратного сечения провода, то индуктивность L катушки круглого сечения провода больше индуктивности L катушки квадратного сечения провода.
Рассчитаем магнитный поток для катушки круглого и квадратного сечения провода при заданных условиях.
Ф = L×I,
где Ф - магнитный поток;
L - индуктивность;
I - сила тока.
При индуктивности L катушки круглого сечения провода больше индуктивности L катушки квадратного сечения провода магнитный поток Ф катушки круглого сечения провода больше магнитного потока Ф катушки квадратного сечения провода.
Таким образом, что при одинаковом расходе материала (равной площади проводника) и прочих равных условиях мощность магнита будет больше в случае выполнения обмотки из провода круглого сечения.
Благодаря выполнению обмоток катушек электромагнитного привода заявляемого коммутационного аппарата проводом круглого сечения, происходит увеличение мощности электромагнитного привода, улучшается сила прижатия подвижного контакта к неподвижному контакту, улучшается контакт.
Устройство работает следующим образом.
После поступления напряжения на обеих катушках 1 включается только пусковая обмотка при замкнутом состоянии контакта (подвижного контакта блока дополнительных контактов 4). Работает только пусковая обмотка, начиная притягивать подвижную часть электромагнитного привода, закрепленную на рычаге 2. Подвижная часть электромагнитного привода притягивается к сердечнику и приводит в движение рычаг 2, рычаг 2 поворачивается вокруг оси и нажимает на траверсу 3 блока дополнительных контактов 4, размыкает нормально замкнутый контакт, размещенный в блоке дополнительных контактов 4. Блок дополнительных контактов 4 состоит из подпружиненной детали-траверсы 3, изготовленной из диэлектрического материала, для крепления и перемещения подвижных контактов, неподвижных контактов, закрепленных в корпусе блока дополнительных контактов, при этом неподвижные контакты снабжены зажимами для подключения токоведущие проводов. При нажатии на траверсу 3, она перемещает подвижные контакты, при этом нормально разомкнутые контакты замыкаются, т.е. подвижный контакт соприкасается с неподвижным, а нормально замкнутые контакты размыкаются. Блок дополнительных контактов 4 предусматривает один нормально открытый и один нормально закрытый контакт, либо в зависимости от комплектации два нормально открытых и два нормально закрытых контакта. Контактор может быть укомплектован одним или двумя блоками дополнительных контактов 4. Траверса 3 с подвижными контактами (блок дополнительных контактов) приходит в движение, вследствие этого нормально замкнутый контакт, управляющий пуском напряжения на дополнительные обмотки, на который выведены обмотки катушек, размыкается и дополнительная обмотка дешунтируется, подключаясь последовательно к пусковой обмотке. Обмотки катушек соединены между собой. На клеммную колодку выведены выводы катушек электромагнитного привода электромагнитного привода, как правило, контактор имеет две включающие катушки, выводы обоих катушек выведены на клеммную колодку, имеющую две обмотки: пусковую и дополнительную. Дополнительная обмотка зашунтирована нормально замкнутым контактом блока дополнительных контактов. При прохождении тока по виткам катушек управления создается электромагнитное поле, и подвижная часть электромагнитного привода притягивается к неподвижной части электромагнитного привода.