Электромагнитный коммутационный аппарат

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к электромагнитным коммутационным аппаратам, предназначенным для коммутации силовых электрических цепей переменного тока.
Известен электромагнитный коммутационный аппарат (варианты) по патенту на изобретение RU 2339113 (опубликовано 27.04.2008, бюл. №12). Аппарат по варианту 1 содержит корпус, сердечник с включающей катушкой, якорь, амортизаторы, расположенные между сердечником и корпусом, камеру с расположенными в ней неподвижными контактными узлами, траверсу, соединенную с якорем, подвижные мостиковые контактные узлы, выполненные в виде мостиков с серебросодержащими контакт-деталями, установленные в траверсе, короткозамкнутые витки, установленные в пазах крайних кернов сердечника, возвратную пружину. При этом амортизаторы выполнены U-образной формы, повторяющей контур сердечника, и в крайних ответвлениях которых со стороны рабочих частей кернов сердечника выполнены углубления (пазы) и отверстия для установки и фиксации короткозамкнутых витков.
Данное известное решение выбрано заявителем в качестве ближайшего аналога полезной модели.
К недостаткам данного известного решения следует отнести возможность перегрева электромагнитного коммутационного аппарата, обусловленное тем, что серебросодержащие контакт-детали плохо работают в длительном режиме, низкая температура плавления серебра приводит к эффекту «разбрызгивания» серебра (нарушение поверхностного серебросодержащего слоя) в процессе эксплуатации и перегреву контакт-детали и всего аппарата при дальней работе. Перегрев устройства снижает его безопасность, производительность, надежность, а также может вывести его из строя.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении полезной модели, является создание электромагнитного коммутационного аппарата, обеспечивающего надежность работы аппарата и безопасную коммутацию электрической цепи переменного тока без перегрева аппарата и его элементов.
Техническим результатом является обеспечение безопасной коммутации электрической цепи без перегрева электромагнитного коммутационного аппарата и его элементов.
Технический результат достигается тем, что в электромагнитном коммутационном аппарате, содержащем неподвижные контакты, траверсу, установленные на траверсе подвижные контактные мостики, согласно полезной модели, подвижные контактные мостики выполнены медесодержащими и оснащены медесодержащими контактными напайками, закрепленными при помощи припоя, при этом неподвижные контакты также оснащены медесодержащими контактными напайками, закрепленными при помощи припоя.
Конструктивное исполнение электромагнитного коммутационного аппарата с медесодержащими подвижными контактными мостиками с медесодержащими контактными напайками обеспечивает безопасную коммутацию электрической цепи переменного тока без перегрева аппарата и его элементов.
Нагрев проводника с током рассчитывается по формуле:
Q = I2Rt, где
Q - количество теплоты,
I - сила тока,
R - сопротивление.
В случае постоянных силы тока I и характеристики времени t нагрев проводника с током будет тем сильнее, чем больше его сопротивление.
Согласно таблице удельных сопротивлений проводников:
еди
-8
ρм = 1,68⋅10 [Ом⋅м];
алюминия
-8
ρ = 2,7⋅10 [Ом⋅м];
железа
-8
ρ = 9,9⋅10 [Ом⋅м].
Таким образом, из приведенных расчетов следует, что изготовление отдельных токоведущих деталей электромагнитного коммутационного аппарата (подвижных контактных мостиков, контактных напаек) из медесодержащих материалов позволяет уменьшить электрическое сопротивление этих элементов, их нагрев и исключить перегрев аппарата.
Место контакта подвижного и неподвижного контактов наиболее подвержено перегреву, так как при размыкании контактов образуется дуга. Согласно предлагаемому конструктивному решению на подвижном контактном мостике в месте его контакта с неподвижным контактом закреплены при помощи припоя медесодержащие контактные напайки. Это усиливает место контакта, увеличивает площадь его поперечного сечения и способствует снижению перегрева элементов аппарата в месте контакта. Припаивание контактных напаек к подвижному контактному мостику позволяет создать высокопрочное соединение и обеспечить полное прилегание контактных напаек к контактному мостику, обеспечивая их работу с контактным мостиком как единое целое. В прототипе используются контактные накладки, не обеспечивающие плотное прилегание этих элементов, ввиду чего образуется зазор между накладкой и мостиком, поэтому их использование менее эффективно, чем предлагаемое в заявляемом конструктивном решении использование контактных напаек (припаянная контакт-деталь). Контактные напайки полностью исключают образование зазора между контактным мостиком и контактной накладкой, увеличивая площадь поперечного сечения проводника в месте контакта подвижного контактного мостика и неподвижного контакта.
Сопротивление проводника обратно пропорционально площади его поперечного сечения, т.е. чем больше площадь поперечного сечения, тем сопротивление меньше и тем меньше будет нагреваться москитов контактный узел в месте его контакта с неподвижным контактом.
Таким образом, увеличение площади поперечного сечения в месте контакта, отсутствие зазора между подвижным контактным мостиком и неподвижным контактом способствует уменьшению нагрева этих элементов и мест их контакта.
Также, согласно полезной модели, электромагнитный коммутационный аппарат выполнен с межполюсной диэлектрической перегородкой, размещенной между местами контакта подвижных контактных мостиков и неподвижных контактов двух смежных полюсов аппарата. Как было указано, место контакта подвижного контактного мостика и неподвижного контакта наиболее подвержено перегреву, так как при размыкании контактов образуется дуга. Электромагнитный коммутационный аппарат содержит не менее двух полюсов, и в каждом из этих полюсов имеется место контакта подвижного контактного мостика и неподвижного контакта. Место контакта подвижного и не подвижного контактов это место смыкания контактной напайки подвижного контактного мостика и контактной напайки неподвижного контакта в замкнутом положении контактов. Согласно полезной модели, электромагнитный коммутационный аппарат выполнен с межполюсной диэлектрической перегородкой. Такая перегородка создает преграду, исключая заброс дуги или тока с одного полюса аппарата на другой при размыкании контактов. Электрическая дуга гаснет при столкновении с межполюсной диэлектрической перегородкой (благодаря свойствам диэлектрика). Таким образом, наличие межполюсной диэлектрической перегородки, размещенной между местами контакта подвижных контактных мостиков и неподвижных контактов двух смежных полюсов аппарата, способствует уменьшению нагрева этих элементов и мест их контакта.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид электромагнитного коммутационного аппарата, на фиг. 2 - контактный узел (подвижный контактный мостик с напайками и неподвижные контакты в замкнутом положении).
Электромагнитный коммутационный аппарат содержит подвижные контактные мостики 1, межполюсную перегородку 2, неподвижные контакты 3, траверсу 4, корпус, электромагнитную систему: сердечник с включающей катушкой, якорь (на чертеже не показан), работа которого управляет траверсой 4 (фиг. 1). На траверсе 4 установлены подвижные контактные мостики 1.
Электромагнитный коммутационный аппарат содержит не менее двух полюсов. В каждом из полюсов имеется место контакта 5 подвижных контактных мостиков 1 с контактными напайками 6 и неподвижных контактов 3 с контактными напайками 7.
Электромагнитный коммутационный аппарат выполнен с межполюсной диэлектрической перегородкой 2, размещенной между местами контакта 5 подвижных контактных мостиков 1 и неподвижных контактов 3 двух смежных полюсов. На фиг. 1 показан один из вариантов выполнения межполюсной перегородки. Межполюсная диэлектрическая перегородка создает преграду, исключая заброс дуги или тока с одного полюса аппарата на другой при размыкании контактов. Такая перегородка обеспечивает гашение дуги и исключает перегрев элементов коммутационного аппарата.
В конструкции аппарата может несколько межполюсных диэлектрических перегородок в зависимости от количества полюсов аппарата.
На подвижном контактном мостике 1 в местах для контакта с неподвижным контактом 3 закреплены при помощи припоя медесодержащие контактные напайки 6 (фиг. 2). Это усиливает место контакта 5, увеличивает площадь его поперечного сечения и обеспечивает снижение перегрева элементов аппарата в месте контакта. На неподвижном контакте 3 также могут быть закреплены при помощи припоя медесодержащие контактные напайки 7.
Подвижные контактные мостики 1, контактные напайки 6 и 7 и обмотка включающей катушки выполнены из медесодержащих материалов. Под медесодержащим материалом подразумевается материал, в составе которого содержится медь, включая медь М1. Это позволяет уменьшить электрическое сопротивление этих элементов, их нагрев и исключить перегрев деталей аппарата.
Перемещение подвижных контактных мостиков управляется электромагнитом, содержащим включающую катушку с обмоткой. Это позволяет плотно прижать подвижные контактные мостики к неподвижным контактам, которые они замыкают, и удерживать их в этом состоянии в процессе работы, что в свою очередь исключает образование зазора в месте контакта, кроме того увеличивается площадь поперечного сечения в месте контакта.
Электромагнитный коммутационный аппарат работает следующим образом.
При подаче питания на включающую катушку якорь под действием электромагнитной силы катушки притягивается к сердечнику. Траверса 4, жестко соединенная с якорем, перемещается вместе с ним, подвижные контактные мостики 1 соприкасаются с неподвижными контактами 3, замыкая электрическую цепь между ними. Аппарат включен. При снятии электрического напряжения с включающей катушки удерживающая электромагнитная сила исчезает, и якорь вместе с траверсой 4 и установленными на ней подвижными контактными мостиками 1 под действием возвратной пружины (не чертеже не показана) возвращаются в исходное положение. Электрическая цепь между неподвижными контактами размыкается. Аппарат отключен.
Предлагаемый электромагнитный коммутационный аппарат обеспечивает безопасную коммутацию электрической цепи переменного тока без перегрева аппарата и его элементов. Кроме того, аппарат надежен в работе и расширяет арсенал устройств, используемых в качестве электромагнитных коммутационных аппаратов.