Контактор электромагнитный высоковольтный

Полезная модель относится к элементам конструкции электрических переключателей, а именно к устройствам для гашения дуги между токонесущими элементами, и может быть использована для отключения электрических цепей.
Известны различные способы гашения дуги в зависимости от области применения: контактор, работающий на постоянном токе постоянного направления обычно имеет постоянные магнитные дугогасящие поля, которые размещены так, что магнитное поле направлено перпендикулярно дуге. Дугогасящие поля воздействуют на дугу силой Лоренца, которой дуга перемещается в направлении дугогасительной камеры.
При работе на двунаправленном постоянном токе, например, в случае возврата электроэнергии в сеть при трамвайном движении или во внутрисхемных эмуляторах, при использовании нескольких попеременно активных пантографов, а также при работе на переменном токе постоянные магнитные поля использовать нельзя, поскольку направление тока в дугах меняется. В связи с этим в таких случаях обычно используют так называемые дугогасительные катушки, создающие электромагнитное дугогасящее поле, направление которого определяется направлением тока. В результате, на дугу в каждом случае воздействует корректно ориентированная сила независимо от направления тока.
Однако использование катушек имеет ряд недостатков. В результате постоянного протекания через катушку больших токов, как это обычно происходит на железнодорожном транспорте, возникает сильный нагрев. Поэтому, стараются задержать возбуждение катушки до момента отключения. Тем не менее, катушка создает электромагнитное дугогасящее поле с временным запаздыванием (экспоненциальная зависимость), в результате чего время горения дуги в зоне контакта контактора еще более увеличивается.
С другой стороны, при малых токах катушка создает слабое дугогасящее поле. В результате может оказаться, что этого дугогасящего поля будет недостаточно для втягивания дуги в дугогасительную камеру и гашения дуги (диапазон критических токов).
Известен контактор, в котором для создания дугогасящего поля используют постоянный магнит вместе с катушкой индуктивности [1].
Известный контактор электромагнитный высоковольтный содержит контакт - детали с неподвижными контактами и подвижными контактами. Возле каждой из контакт - деталей размещены два постоянных магнита для создания постоянного магнитного дугогасящего поля, и две катушки для создания электромагнитного дугогасящего поля. Для втягивания и гашения дуг, возникающих при размыкании контакт - деталей, служит дугогасительная камера. Возле каждой контакт - детали размещена направляющая для дуги, изолированная от неподвижных контактов. Катушки электрически связаны соответственно с неподвижными контактами и направляющей для дуги. Подвижные контакты размещены на контактном мостике. Неподвижные контакты расположены на медных пластинах, выполненных ступенчатыми с наклонным переходом сверху вниз от расположения постоянных магнитов относительно их уровня в зоне катушек. Постоянные магниты, относящиеся к двум контакт - деталям, поляризованы в противоположных направлениях.
Возникающая при размыкании контактов дуга смещается магнитным полем, создаваемым постоянным магнитом, в сторону направляющей для дуги и «перепрыгивает» на нее. Поскольку направляющая электрически связана с катушкой, то катушка при этом возбуждается и создает электромагнитное дугогасящее поле, посредством которого дуга втягивается в дугогасительную камеру и там гасится.
Недостатки известного технического решения обусловлены его конструкцией и заключаются в следующем:
- выполнение контактора с одной дугогасительной камерой существенно ухудшает условия гашения образующихся при размыкании двух контакт - деталей дуг, (т.к. обе дуги гасятся одной дугогасительной камерой), что снижает эффективность дугогашения;
- наличие всего двух направляющих для образующихся при размыкании контакт - деталей дуг не обеспечивает поглощения тепловой энергии дуги и не дает возможности ослабить ее, чтобы облегчить дугогашение, снижая тем самым эффективность устройства. Хотя в описании и говорится об образовании между основными направляющими направляющего канала, он фактически является очень коротким (только между короткими сторонами направляющих) и наличие его существенно не влияет на эффективность дугогашения. Кроме того, такая конструкция усиливает возможность эрозии контактов, что снижает срок их службы и тем самым уменьшает надежность устройства.
Известен контактор электромагнитный высоковольтный, в котором используется две дугогасительные камеры с промежутком в центре и медной П-образной направляющей, установленной между камерами [2].
Известный контактор электромагнитный высоковольтный (1) работает на постоянном токе и содержит две контакт - детали (2, 3) с неподвижными контактами (4, 5), подвижные контакты (6, 7), которые размещены на контактном мостике (18), по меньшей мере, два постоянных магнита (8, 9), размещенные возле каждой контакт - детали (2, 3) и предназначенные для создания постоянного магнитного дугогасящего поля, и по меньшей мере две катушки (10, 11), размещенные возле контакт - деталей (2, 3) и предназначенные для создания электромагнитного дугогасящего поля для втягивания дуг (21, 22), возникающих при размыкании контакт - деталей (2, 3), в две дугогасительные камеры (12, 13), причем постоянные магниты (8, 9), относящиеся к двум контакт - деталям (2, 3), поляризованы в противоположных направлениях.
При этом возле каждой контакт - детали (2, 3) размещена направляющая (15, 16) для дуги, изолированная от неподвижных контактов (4, 5), а соответствующая катушка (10, 11) электрически связана с соответствующим неподвижным контактом (4, 5) и соответствующей направляющей (15, 16) для дуги.
Кроме того, возле контакт-деталей (2, 3) размещены полюсные пластины (25, 26), относящиеся к постоянным магнитам (8, 9).
При этом с катушками (10, 11) соотнесены полюсные пластины (19, 20), размещенные возле направляющих для дуги (15, 16).
Кроме того, контактор имеет промежуток 14 между дугогасительными камерами.
Кроме того, возле направляющих (15, 16, 17) для дуги размещены две дугогасительных камеры.
Кроме того, в промежутке 14 между двумя направляющими 15 и 16 и между камерами 12 и 13 вертикально расположена третья направляющая 17, выполненная в виде П-образной пластины, доходящей верхней частью до половины высоты камер, при этом корпус контактора выполнен разборным.
Недостатки известного технического решения обусловлены его конструкцией и являются следующими.
Выполнение контактора с медной П-образной направляющей ухудшает условия гашения дуги, происходит чрезмерный нагрев сторон П-образной пластины, тем самым происходит нагрев центральной части контактора, что в свою очередь снижает износостойкость контактора в целом.
П-образная пластина изготовлена из дефицитного материала типа «медь».
Таким образом, основным недостатком известного контактора является то, что он не обеспечивает достаточного поглощения тепловой энергии дуги и не дает возможности ослабить ее, чтобы обеспечить надежное дугогашение, снижая тем самым эффективность устройства в целом. Применение материала типа «медь» приводит к увеличению стоимости изделия.
Задачей является снизить тепловыделение в процессе дугогашения, что положительно скажется на эффективности дугогашения и надежности контактора, уменьшить количество редкоземельных материалов в изделии.
Технический результат - повышение эффективности дугогашения и повышение надежности за счет снижения тепловыделения в процессе дугогашения, что в свою очередь влияет на износостойкость деталей контактора и как следствие на надежность работы контактора.
Поставленная задача решается тем, что собранный в корпусе контактор, работающий на постоянном токе, и содержащий две контакт-детали с неподвижными и одну контакт-деталь с подвижными контактами, два постоянных магнита, размещенных возле каждой из контакт-деталей и предназначенных для создания постоянного магнитного дугогасящего поля, и две катушки, размещенные возле каждой из контакт-деталей и предназначенные для создания электромагнитного поля для втягивания дуг, возникающих при размыкании контакт-деталей, в дугогасительные камеры, при этом подвижные контакты контакт-деталей размещены на контактном мостике, постоянные магниты, относящиеся к двум контакт-деталям, поляризованы в противоположных направлениях, возле каждой из двух контакт-деталей размещена направляющая для дуги, изолированная от неподвижных контактов, а соответствующая катушка электрически связана с соответствующим неподвижным контактом и соответствующей направляющей для дуги, согласно полезной модели, имеется наличие двух разделительных элементов, вертикально расположенных в промежутке между направляющими и между камерами, и выполненных в виде керамических пластин.
Введение в контактор двух разделительных элементов, расположенных между двумя направляющими и между двумя камерами, обеспечивает эффективное рассеивание части тепловой энергии дуги, ослабляя ее и облегчая тем самым дугогашение, также влияет на эффективность дугогашения. Введенные разделительные элементы были изготовлены из керамики, что в свою очередь снижает количество редкоземельных материалов в изделии.
Заявляемый контактор обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как введение в него двух разделительных элементов, вертикально расположенных в промежутке между направляющими и между камерами, и выполненных в виде керамических пластин, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявляемая полезная модель может найти широкое применение в железнодорожных сетях и локомотивах для отключения нагрузок и размыкания электрических цепей с большими токами или высокими напряжениями, и потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где представлены на:
Фиг. 1 - вид контактора спереди со снятым корпусом;
Фиг. 2 - общий вид контактора в сборе.
Контактор (фиг. 1 и фиг. 2) работает на постоянном токе. Он собран в корпусе 1 и содержит две контакт-детали 2, 3 с неподвижными контактами 4 и 5 и мостик с подвижными контактами 6 и 7. Возле каждой из контакт-деталей 2 и 3 размещены два постоянных магнита 8, 9, предназначенные для создания постоянного магнитного дугогасящего поля, и две катушки 10 и 11, служащие для создания электромагнитного дугогасящего поля для втягивания дуг. Для втягивания дуг, возникающих при размыкании контакт-деталей 2 и 3, служат дугогасительные камеры 12 и 13, расположенные симметрично друг относительно друга. При этом возле каждой контакт-деталей 2 и 3 размещена направляющая 16 и 17 для дуги, изолированная от неподвижных контактов 4 и 5. Между направляющими 16 и 17 и между камерами 12 и 13 вертикально расположены разделительные элементы 14 и 15 в виде керамических пластин. Соответствующие катушки 10 и 11 электрически связаны с соответствующими неподвижными контактами 4 и 5 и соответствующей направляющей 16 и 17 для дуги. Подвижные контакты 6 и 7 контакт-деталей 2 и 3 размещены на контактном мостике 18. Неподвижные контакты 4 и 5 расположены на пластинах 19 и 20, которые выполнены ступенчатыми с наклонными переходом сверху вниз от зоны расположения постоянных магнитов 8, 9 относительно их уровня в зоне катушек 10, 11. Постоянные магниты 8 и 9, относящиеся к двум контакт-деталям 2 и 3, поляризованы в противоположных направлениях. Корпус 1 контактора выполнен разборным.
Контактор работает следующим образом. При включении контактора электромагнитный привод (на чертежах не показан) поднимает контактный мостик 18 до замыкания контакт-деталей 2 и 3 (неподвижные контакты 4 и 5 соприкасаются с подвижными контактами 6 и 7).
При выключении контактора возвратная пружина (на чертежах не показана) электромагнитного привода перемещает контактный мостик 18 вниз. При этом на серебряных контактах 4-7 образуются две электрические дуги 21, 22, которые под воздействием силы Лоренца, возникающей от постоянных магнитов 8, 9 начинают движение в одном направлении (в зависимости от направления протекания электрического тока). Дуги 21 и 22 растягиваются, и одна из них перескакивает на направляющую 16 или 17, вследствие чего через соответствующую катушку 10 или 11 начинает протекать электрический ток и катушка 10 или 11 образует электромагнитное поле, втягивающее дугу в камеру 12 или 13, снабженные керамическими рассеивателями 23, 24. Продолжая движение, дуга 21 (22) попадает на направляющую 16 или 17, вследствие чего во второй катушке (10 или 11) начинает протекать электрический ток и появляется электромагнитное поле, затягивающее дугу во вторую камеру 13 или 12. Разделительные элементы 14 и 15 разделяет дугу (21 или 22) на две части и рассеивает часть энергии дуги в виде тепла. Электрические дуги 21, 22 под действием силы Лоренца в обеих камерах 12, 13 движутся по направляющим 16 и 17 к керамическим рассеивателям 23, 24, где отдают им остатки энергии в виде тепла и разрываются, тем самым размыкая цепь.
В сравнении с прототипом заявляемый контактор является более эффективным в дугогашении и более надежным в работе.
Источники информации
1 Патент RU №2417475, МПК Н01Н 9/44, дата подачи заявки 26.07.2007, дата публикации 10.02.2009.
2 Патент на полезную модель RU 162074, МПК Н01Н 9/44, дата подачи заявки 05.08.2015, дата публикации 20.05.2016.