КОНТАКТОР
CONTACTOR

Изобретение относится к контактору, в частности, к контактору для промышленного или железнодорожного применения.
Как известно в этой области техники, контактор представляет собой электроуправляемый переключатель, используемый для переключения в силовой электрической цепи. Контакторы применяются, например, для управления электродвигателями, освещением, отоплением, батареями конденсаторов, термическими испарителями и другими электроприборами.
Контактор можно считать устройством, аналогичным реле, за исключением более высокого номинального тока и некоторых других отличий. В отличие от реле общего назначения, контакторы предназначены для непосредственного подсоединения к устройствам с высокой токовой нагрузкой. Реле обычно обладают меньшей мощностью и, как правило, предназначены для применения в устройствах с нормально замкнутым и нормально разомкнутым режимами работы. Кроме того, в отличие от реле, контакторы обычно содержат средства контроля и подавления дуги, возникающей при разрывании высокого тока двигателя. Как правило, устройства, используемые в качестве переключателей в цепях с силой тока более 15 ампер или в цепях с нагрузкой выше нескольких киловатт, принято называть контакторами. Управление контактором осуществляется с помощью цепи с гораздо более низким уровнем мощности, чем в цепи, переключение которой производится. В отличие от прерывателя цепи, контактор не предназначен для прерывания тока короткого замыкания. Контакторы варьируются на те, которые имеют ток отключения от нескольких ампер до тысяч ампер, и напряжение постоянного тока от 24В до многих киловольт. По своему физическому размеру контакторы варьируются от достаточно маленьких устройств, умещающихся в одной руке, до больших устройств размером приблизительно метр.
Обычный контактор имеет, как правило, три главных компонента. Этими элементами являются по меньшей мере два контактных элемента (по меньшей мере один неподвижный контактный элемент и по меньшей мере один подвижный контактный элемент), составляющих токопроводящую часть контактора, которая может включать в себя силовые контакты, вспомогательные контакты и контактные пружины; электромагнитное приводное средство, обеспечивающее приводное усилие для замыкания контактов; и корпус для размещения в нем контактных элементов и приводного средства. Корпуса обычно изготавливаются из изоляционных материалов, таких как бакелит, нейлон и термореактивные пластмассы, для защиты и изоляции контактных элементов и обеспечения определенной степени защиты персонала от касания контактов. Приводное средство может приводиться в действие переменным током или постоянным током, в зависимости от конструкции контактора. Электромагнитная катушка приводного средства может запитываться тем же напряжением, что и нагрузка, управление которой осуществляет контактор, или может отдельно управляться более низким напряжением катушки. Помимо дополнительных слаботочных контактов, контакторы почти исключительно оснащены нормально разомкнутыми (в форме “А”) контактными элементами. При прохождении тока по электромагнитной катушке возникает магнитное поле, втягивающее подвижный сердечник контактора. Сначала электромагнитная катушка потребляет больше тока, пока её индуктивность не увеличится, когда металлический сердечник войдет в катушку. Перемещающийся сердечник смещает подвижный контактный элемент, и усилие, создаваемое электромагнитной катушкой, удерживает контакты неподвижного и подвижного контактных элементов вместе. Когда питание от электромагнитной катушки отключается, гравитация или пружина возвращает подвижный сердечник в исходное положение, в результате чего происходит размыкание контактного элемента.
Кроме того, многие контактные устройства содержат индикаторное средство в форме дополнительного переключателя, в качестве которого может применяться однополюсный или двухполюсный переключатель. Этот дополнительный переключатель может использоваться для дистанционной индикации положения контактов главной цепи контактных элементов, т.е. замкнутого или разомкнутого положения. Дополнительные переключатели могут использоваться, например, для включения световых индикаторов, реле или других вспомогательных элементов, используемых в целях обеспечения безопасности. Известным техническим решением для задействования дополнительного переключателя является применение рычага, один конец которого соединен с корпусом контактора, а противоположный, свободно перемещающийся конец может перемещаться как кронштейн в результате воздействия усилия, создаваемого подвижным сердечником электромагнитного приводного средства. Такой рычаг используется для оказания физического воздействия на кнопку дополнительного переключателя для его активации. Заявители изобретения обратили внимание, что эффективность такого рычажного механизма, действующего на дополнительный переключатель, значительно снижается в течение срока службы контактного устройства, что приводит к сбоям и даже неисправностям.
Задача изобретения заключается в создании контактора, содержащего усовершенствованный механизм, воздействующий на индикаторное средство для снижения частоты случаев неправильного срабатывания и увеличения срока службы контактора.
Согласно изобретению, поставленная задача достигается с помощью контактора по п. 1 формулы изобретения. Предпочтительные конфигурации и дополнительные отличительные особенности изобретения указаны в зависимых пунктах формулы.
Контактор согласно изобретению содержит:
- первый неподвижный контактный элемент, соединенный с первым выводом контактора, и второй неподвижный контактный элемент, соединенный со вторым выводом контактора, при этом пара неподвижных контактных элементов (8, 10) содержит по меньшей мере один неподвижный контакт;
- подвижный контактный элемент, содержащий по меньшей мере один подвижный контакт;
- корпус, приспособленный для удерживания и защиты неподвижного и подвижного контактных элементов;
- перемещающий механизм, приспособленный для перемещения подвижного контактного элемента с целью введения по меньшей мере одного подвижного контакта в контакт с по меньшей мере одним неподвижным контактом, чтобы электрически соединить первый и второй неподвижные контактные элементы друг с другом или отсоединить от по меньшей мере одного неподвижного контакта, чтобы электрически отсоединить первый и второй неподвижные контактные элементы друг от друга;
- приводное средство, приспособленное для приведения в действие перемещающего механизма; и
- индикаторное средство, приспособленное для индикации статуса соединения первого и второго неподвижных контактных элементов.
Согласно изобретению, перемещающий механизм размещен и сконфигурирован с возможностью воздействия на индикаторное средство при его активации приводным средством с целью перемещения подвижного контактного элемента для введения по меньшей мере одного подвижного контакта в контакт с по меньшей мере одним неподвижным контактом.
Иными словами, для перемещения подвижного контактного элемента и воздействия на индикаторное средство используется один и тот же перемещающий механизм. Таким образом, устраняется необходимость использования дополнительного рычага для воздействия на индикаторное средство. В результате, контактор имеет более надежный механизм воздействия на индикаторное средство, увеличенный срок службы, пониженную общую стоимость и более компактную конструкцию.
Предпочтительно, первый и второй выводы выходят на одну и ту же боковую сторону корпуса контактора.
В предпочтительной конфигурации изобретения перемещающий механизм содержит рычаг, шарнирно установленный в корпусе с помощью опорного штифта, причем рычаг имеет первое плечо, поддерживающее подвижный контактный элемент, и второе плечо, соединенное с приводным средством. В этой конфигурации второе плечо указанного рычага приспособлено для воздействия на индикаторное средство, когда перемещающий механизм активируется приводным средством, с целью перемещения подвижного контактного элемента для введения по меньшей мере одного подвижного контакта в контакт с по меньшей мере одним неподвижным контактом.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения между перемещающим механизмом и индикаторным механизмом расположен исполнительный механизм, приспособленный для восприятия воздействия перемещающего механизма и воздействия на кнопку индикаторного средства при воздействии перемещающего механизма Предпочтительно, этот исполнительный механизм способен смещаться в положение, в котором он не воздействует на кнопку индикаторного средства.
Предпочтительно, в такой конфигурации исполнительный механизм содержит по меньшей мере один рычаг, шарнирно установленный в корпусе, и эластичное колесо, установленное на указанном рычаге в положении, в котором оно входит в контакт с перемещающим механизмом при восприятии воздействия перемещающего механизма. В таком случае, второе плечо рычага перемещающего механизма, на стороне, обращенной к механизму, содержит углубление, соответствующее эластичному колесу рычага механизма.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения приводное средство содержит ползун, соединенный с перемещающим механизмом посредством соединительного элемента. Предпочтительно, этот соединительный элемент с одной стороны шарнирно соединен с перемещающим механизмом, а с другой стороны шарнирно соединен с ползуном. В таком случае, одна сторона ползуна может быть шарнирно соединена со вторым плечом рычага перемещающего механизма соединительным штифтом. Предпочтительно, этот соединительный штифт расположен рядом с опорным штифтом рычага перемещающего механизма.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения приводное средство содержит электромагнитную катушку, количество витков обмотки которой устанавливается в зависимости от заданного напряжения, от которого работает это приводное средство.
С целью снижения производственных затрат, прямоугольная катушечная полость может быть снабжена металлическим корпусом с квадратным поперечным сечением, в котором может размещаться цилиндрический сердечник звездочки. Вокруг этой звездочки формируются различные количества витков обмотки электромагнитной катушки.
В другом предпочтительном варианте осуществления контактор дополнительно содержит дугогасительное средство, закрывающее неподвижные и подвижные контакты.
Предпочтительно, это дугогасительное средство содержит множество рассеивающих пластин, установленных параллельно друг другу в пазах, выполненных в дугогасительной полости корпуса. Предпочтительно, рассеивающие пластины выполнены из керамики.
Предпочтительно, рассеивающие пластины расположены в шахматном порядке в дугогасительной полости указанного корпуса. Дополнительно или в качестве альтернативы, множество рассеивающих пластин содержит множество нечетных рассеивающих пластин и множество четных рассеивающих пластин, поочередно установленных в дугогасительной полости корпуса, при этом каждая из нечетных рассеивающих пластин имеет первую форму, а каждая из четных рассеивающих пластин имеет вторую форму, отличающуюся от первой формы.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения корпус содержит два кожуха, образующих между собой полости для различных компонентов контактора.
Предпочтительно, корпус содержит половинный основной фланец, выполненный заодно с каждым кожухом корпуса, таким образом, что при сборке с соединением кожухов корпуса образуется единый основной фланец.
Предпочтительно, корпус или кожухи корпуса выполнены из синтетического пластмассового материала с заданным коэффициентом изоляции.
Вышеуказанные и другие отличительные особенности и преимущества изобретения станут более понятными после ознакомления с приведенным ниже подробным описанием, приводимым в качестве поясняющего, неограничивающего примера возможного варианта осуществления изобретения, со ссылками на приложенные чертежи.
На фиг. 1 показан контактор согласно первому варианту осуществления изобретения, вид в перспективе;
на фиг. 2 – контактор по фиг. 1, с одним удаленным кожухом корпуса, вид сбоку;
на фиг. 3 – контактор по фиг. 1 с одним удаленным кожухом корпуса, вид сбоку в перспективе;
на фиг. 4 – компоненты контактора по фиг. 1 с удаленным корпусом, вид в перспективе;
на фиг. 5 – компоненты контактора по фиг. 1, вид сбоку в перспективе со стороны, которая противоположна показанной на фиг. 4 стороне; и
на фиг. 6 – компоненты контактора по фиг. 1 с удаленным корпусом, вид сбоку в перспективе со стороны, которая аналогична показанной на фиг. 4 стороне.
На фиг. 1 - 6 представлены различные изображения варианта выполнения контактора согласно изобретению. Одинаковым компонентам контактора на всех изображениях присвоены одинаковые ссылочные позиции.
Контактор 1 представляет собой переключающее устройство, специально предназначенное для промышленного или железнодорожного применения, в котором высокий переменный или постоянный ток должен быть включен и отключен для коммутации с высокой частотой. Более конкретно, контактор 1 предназначен для применения высокого номинального напряжения в системах электрической тяги, в частности, в железнодорожных и подземных транспортных системах.
Просто для того, чтобы дать представление об условиях работы и диапазоне значений силы тока, задействованных в контакторах такого рода, следует отметить, что такие устройства должны быть в состоянии эффективно переключать токи не ниже 50А в диапазоне рабочих напряжений от 900В до 1800В. Такие рабочие диапазоны могут иметь место даже на одном полюсе контактора. В связи с этим, в этом описании контактор 1 согласно варианту выполнения раскрывается как устройство однополюсной конфигурации с однократным прерыванием в воздухе, электромагнитным управлением с помощью катушки, работающей от полного напряжения, и функционированием в одном состоянии.
Контактор 1 содержит корпус 2, в котором размещены и который защищает все различные компоненты контактора 1, как будет показано ниже. Корпус 2 выполнен из синтетического пластмассового материала с заданным коэффициентом изоляции. Корпус 2 образован двумя формованными кожухами 2A и 2B, соединенными друг с другом так, чтобы сформировать полости для различных компонентов контактора 1. В частности, корпус 2 в собранном виде содержит центральную контактную полость 4, нижнюю приводную полость 5, нижнюю индикаторную полость 6 и верхнюю дугогасительную полость 7.
Как показано на фиг. 1-3, корпус 2 содержит половинный основной фланец, выполненный заодно с каждым кожухом 2A, 2B корпуса, так, что при сборке кожухов 2A, 2B корпуса вместе образуется единый основной фланец 3. Основной фланец 3 служит для установки контактора 1, например, на несущую стенку, которая может быть вертикальной или горизонтальной, в зависимости от конструкции в конкретном случае применения.
В центральной контактной полости 4 контактора 1 расположен первый неподвижный контактный элемент 8, соединенный с первым выводом (например, положительным полюсом) контактора 1, второй неподвижный контактный элемент 10, соединенный со вторым выводом (например, отрицательным полюсом) контактора 1, и подвижный контактный элемент 11. В рассматриваемом варианте выполнения нижний конец подвижного контактного элемента 11 обычным кабелем (на иллюстрациях не показан) электрически соединен со вторым неподвижным контактным элементом 10, первый неподвижный контактный элемент 8 содержит неподвижный контакт 9, и подвижный контактный элемент 11 содержит подвижный контакт 12. Подвижный контактный элемент 11 может перемещаться таким образом, чтобы вводить подвижный контакт 12 в контакт с неподвижным контактом 9, чтобы электрически соединять два неподвижных контактных элемента 8, 10, или отодвигать подвижный контакт 12 от неподвижного контакта 9, чтобы электрически разъединять два неподвижных контактных элемента 8, 10. Два вывода 13, 14 контактора 1 выполнены на одной и той же боковой стороне корпуса 2.
В верхней дугогасительной полости 7 контактора 1 расположено дугогасительное средство 32, закрывающее неподвижные и подвижные контакты 9, 12 неподвижного и подвижного контактных элементов 8, 11. В частности, дугогасительное средство 32 содержит множество рассеивающих пластин 38, 38’ (более подробно описаны ниже), первый полюсный элемент 33, содержащий дуговой контакт 34, второй полюсный элемент 36 и дополнительный подвижный контакт 35 на подвижном контактном элементе 11. Неподвижный контакт 9 первого неподвижного контактного элемента 8 может быть выполнен из серебряного сплава, а дуговой контакт 34 первого полюсного элемента 33 может быть выполнен из вольфрамового сплава с более высоким сопротивлением.
Между первым неподвижным контактным элементом 8 и первым полюсным элементом 33 установлена обычная плавкая катушка 40. Эта плавкая катушка 40 используется в разомкнутой фазе контактора 1 для облегчения рассеяния энергии электрического поля положительного полюса 13 к дугогасительному средству 32 для уменьшения возможной электрической дуги.
В нижней приводной полости 4 контактор 1 содержит электромагнитное приводное средство 15. Приводное средство 15 содержит электромагнитную катушку 17, расположенную в прямоугольной полости 18. Электромагнитная катушка 17 может быть выполнена с любым количеством обмоток, в зависимости от напряжения, при котором работает катушка 17. Обмотки могут располагаться вокруг цилиндрического сердечника обычной звездочки.
Независимо от количества витков обмотки, корпус 18 катушки выполнен из металла, имеет прямоугольную форму, и в нем расположена звездочка. Таким образом, в прямоугольной полости 18 может быть установлена электромагнитная катушка 17 любого типа, требующегося для конкретного контактора 1.
Приводное средство 16 содержит катушечный ползун 19, выступающий наружу из электромагнитной катушки 17 и катушечной полости 18. Катушечный ползун 19 толкается электромагнитной силой, создаваемой электромагнитной катушкой 17, преодолевая тянущее усилие пружины 21, установленной на противоположном крае катушечного ползуна 19, выступающем с противоположной стороны электромагнитной катушки 17.
Катушечный ползун 19 соединен с перемещающим механизмом 15 через соединительный элемент 20. Перемещающий механизм 15 содержит рычаг 22, шарнирно установленный в корпусе 2 с помощью кронштейна 25, поперечно закрепленного в корпусе 2. Рычаг 22 имеет первое плечо 23, отходящее вверх для поддержания подвижного контактного элемента 11, и второе плечо 24, отходящее вниз для соединения с соединительным элементом 20.
Соединительный элемент 20 одной своей стороной шарнирно соединен с концом катушечного ползуна 19, и другой стороной соединительным штифтом 26 шарнирно соединен со вторым плечом 24 рычага 22. Предпочтительно, соединительный штифт 26 расположен рядом с опорным штифтом 25 рычага 22.
Когда электромагнитная сила, создаваемая электромагнитной катушкой 17, толкает катушечный ползун 19 приводного средства 16, соединительный элемент 20 поворачивает рычаг 22 перемещающего механизма 15. В результате поворачивания рычага 22 подвижный контактный элемент 11 перемещается к первому неподвижному контактному элементу 8, так что подвижный контакт 12 входит в контакт с неподвижным контактом 9. Когда генерирование электромагнитной силы электромагнитной катушкой 17 прекращается, катушечный ползун 19 оттягивается назад тянущим усилием пружины 21. В результате, рычаг 22 перемещающего механизма 15 возвращается в исходное положение соединительным элементом 20, так что подвижный контактный элемент 11 перемещается в сторону от первого неподвижного контактного элемента 8, чтобы отсоединить подвижный контакт 12 от неподвижного контакта 9.
В своей индикаторной полости 6 контактор 1 содержит индикаторное средство 27, выполненное в виде дополнительного переключателя. Этот дополнительный переключатель 27 может быть однополюсным или двухполюсным переключателем.
Предпочтительно, между дополнительным переключателем 27 и перемещающим механизмом 15 расположен промежуточный качающийся исполнительный механизм 28, приспособленный для воздействия на дополнительный переключатель 27 при активации перемещающего механизма 15 катушечным ползуном 19 приводного средства 16. Этот исполнительный механизм 28 содержит по меньшей мере один рычаг, один конец которого шарнирно закреплен в неподвижной опорной точке 29 корпуса 2. Консольно расположенный рычаг качающегося исполнительного механизма 28 отходит вниз и удерживается на заданном расстоянии от дополнительного переключателя 27 посредством смещающего силы пружины 39.
Более конкретно, рычаг исполнительного механизма 28 приспособлен для воздействия на кнопку 41 дополнительного переключателя 27, преодолевая смещающее усилие пружины 39, когда комбинированное действие катушечного ползуна 19 и второго плеча 24 перемещающего механизма 15 толкает указанный рычаг к дополнительному переключателю 27. В случае двухполюсного дополнительного переключателя 27, исполнительный механизм 28 содержит два параллельно расположенных рычага, служащих для воздействия на две кнопки 41 дополнительного переключателя 27.
Далее, на нижнем конце рычага исполнительного механизма 28 установлено небольшое эластичное колесо 30 для уменьшения ударного воздействия второго плеча 24 перемещающего механизма 15, когда он толкается к свободному концу рычага перемещающего механизма. Кроме того, боковая часть второго плеча 24 рычага 22 перемещающего механизма 15, обращенная к механизму 28, может быть выполнена в виде круглого углубления 31, форма которого соответствует форме эластичного колеса 30 для обеспечения большей амортизации ударного воздействия боковой части второго плеча 24 на эластичное колесо 30 рычага механизма, с учетом высокой числа переключений, выполняемых контактором 1.
Далее будет более подробно описано вышеупомянутое дугогасительное средство 32.
Фактически, без соответствующей защиты дугообразование приводит к значительному снижению характеристик контактов 9, 12, которые подвергаются значительному износу. Дуговой разряд между двумя контактами 9, 12 возникает при их отделении друг от друга (“дуга при размыкании контактов”) и при их соединении друг с другом (“дуга при замыкании контактов”). Как правило, дуга при размыкании контактов является более сильной, и, следовательно, более разрушительной. Количество тепла, создаваемое электрической дугой, может быть очень большим, что, в конечном счете, может приводить к уносу металла контактов в зоне дугового разряда. Чрезвычайно высокая температура электрической дуги медленно разрушает металл контакта, в результате чего материал контактов постепенно уносится в воздух в виде мелких частиц.
Дугогасительное средство 32 контактора 1 согласно изобретению выполнено в виде множества параллельных рассеивающих пластин 38, 38’, удерживаемых в половинной крышке, образованной в каждом кожухе 2A, 2B корпуса 2. В отличие от решений известного уровня техники, в которых в крышку дугогасительного средства вставлялся единичный керамический элемент, согласно изобретению, в верхней дугогасительной полости 7 каждого кожуха 2A, 2B корпуса 2 выполнено множество пазов. В каждый паз вставлена рассеивающая пластина 38, 38'. Предпочтительно, рассеивающие пластины 38, 38’выполнены из керамики, но могут быть использованы и другие материалы.
Предпочтительно, рассеивающие пластины 38, 38’ установлены в шахматном порядке, таким образом, что рядом с каждой нечетной рассеивающей пластиной 38 расположена четная рассеивающая пластина 38', смещенная относительно нечетной рассеивающей пластины в вертикальном направлении. Дополнительно или в качестве альтернативного варианта, нечетные рассеивающие пластины 38 могут иметь форму, немного отличающуюся от формы четных рассеивающих пластин 38'.
Дугогасительное средство 32 может содержать различные количество рассеивающих пластин 38, 38', в зависимости от различных диапазонов напряжений, которые должны быть применены, и соответствующего типа дугогасительной камеры и энергетической емкости, которая должна быть погашена с полной уверенностью. Длина пути утечки и разделительное расстояние между рассеивающими пластинами 38, 38' дугогасительного средства 32 могут варьироваться в широком диапазоне с целью обеспечения безопасности при работе контактора в загрязненной среде.
Контактор 1 согласно изобретению решает вышеуказанные технические проблемы и обеспечивает ряд преимуществ, главными из которых являются повышенная надежность и увеличенный срок службы. Перемещающий механизм 15, предназначенный также для воздействия на дополнительный переключатель 27, обладает более прочной и надежной конструкцией по сравнению с известными техническими решениями. Применение прямых или косвенных плавких цепей делает контактор 1 пригодным для работы с высокими и низкими токами. Предпочтительно, контактор 1 согласно изобретению разработан также в соответствии с требованиями стандарта IEC 60077 для возможности его использования в системах электрооборудования железнодорожного подвижного состава.
Ссылочные позиции
1 контактор
2 корпус
2A, 2B кожухи корпуса
3 основной фланец
4 контактная полость
5 приводная полость
6 индикаторная полость
7 дугогасительная полость
8 первый неподвижный контактный элемент
9 неподвижный контакт
10 второй неподвижный контактный элемент
11 подвижный контактный элемент
12 подвижный контакт
13 первый вывод
14 второй вывод
15 перемещающий механизм
16 приводное средство, в частности, электромагнитное приводное средство
17 электромагнитная катушка
18 катушечная полость
19 катушечный ползун
20 соединительный элемент
21 пружина
22 рычаг
23 первое плечо
24 второе плечо
25 опорный штифт
26 соединительный штифт
27 индикаторное средство, в частности, дополнительный переключатель
28 исполнительный механизм, в частности, рычаг
29 опорная точка
30 эластичное колесо
31 углубление
32 дугогасительное средство
33 первый полюсный элемент
34 дуговой контакт
35 дополнительный подвижный контакт
36 второй полюсный элемент
38, 38’ рассеивающие пластины
39 пружина
40 плавкая катушка
41 кнопка