Контактное устройство с электродинамической компенсацией

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, электрическим аппаратам и может быть использовано при конструировании контактных устройств с электродинамической компенсацией для автоматических выключателей, контакторов и других коммутационных электрических аппаратов.
Известны контактные устройства с электродинамической компенсацией, работа которых основана на взаимодействии токов, проходящих по параллельным токоведущим элементам [1]. Так, устройство с одиночной токовой петлей содержит неподвижный контакт и подпружиненный малоподвижный контакт, расположенный параллельно неподвижному контакту и электрически соединенный одним концом посредством оси токопроводящего шарнира с неподвижным контактом, а другим концом посредством контактной накладки осуществляющий коммутацию электрической цепи [Справочник по расчету и конструированию контактных частей сильноточных электрических аппаратов / Н.М. Адоньев, В.В. Афанасьев, Л.Н. Карпенко, Ю.А. Филиппов. Под ред. Афанасьева В.В. - Л.: Энергоатомиздат, 1988, 384 с, рис. 7-10 а, б]. Условие компенсации усилия отталкивания электрических контактов достигается выбором длины малоподвижного контакта и геометрии взаимного расположения электродинамически взаимодействующих ветвей токовой петли, образованной подвижным контактом устройства и малоподвижным контактом. Достижение желаемого результата требует увеличения длины малоподвижного контакта, что приводит к увеличению габаритов контактного узла.
Наиболее близким к заявляемому является контактное устройство с электродинамической компенсацией, включающее малоподвижный контакт, неподвижный контакт, образующие две токовые П-образные петли, одна из которых образована П-образным изгибом неподвижного контакта, а другая - Г-образным изгибом конца неподвижного контакта и шарнирно электрически соединенным с ней концом малоподвижного контакта, причем, на другом конце малоподвижного контакта установлена контактная накладка для взаимодействия с накладкой на подвижном контакте (См. https://studref.com/493309/tehnika/ispolzovanie_elektrodinamicheskih_apparatah).
В коммутационных аппаратах при протекании электрического тока возникают силы отброса контактов. Размыкаемые малоподвижный и подвижный контакты стремятся оттолкнуться друг от друга, образуя при этом электрическую дугу, разрушающую контакты. Силы отброса необходимо скомпенсировать.
В однопетлевом контактном устройстве с электродинамической компенсацией, каким является вышеописанный аналог, между элементами токовых петель, под действием встречно направленных токов возникает электродинамическая сила, стремящаяся оттолкнуть малоподвижный контакт и прижать его к подвижному контакту. Эта сила компенсирует электродинамическую силу отброса контактов.
В прототипе заявляемой полезной модели, двухпетлевом контактном устройстве с электродинамической компенсацией, электродинамическая сила, компенсирующая силу отброса, значительно увеличивается, так как появляются силы отталкивания в одной токовой петле и силы притяжения в другой токовой петле, действующие на малоподвижный контакт. Между элементами петель под действием токов, направленных в одном направлении, возникает электродинамическая сила, стремящаяся притянуть малоподвижный контакт к неподвижному элементу. Сила прижатия малоподвижного контакта к подвижному контакту усиливается. Эта сила компенсирует электродинамическую силу отброса. Двухпетлевые контактные устройства с электродинамической компенсацией применяются в автоматических выключателях с высокой электродинамической стойкостью.
Известное решение позволяет существенно уменьшить длину активно электродинамически взаимодействующего во время работы устройства участка малоподвижного контакта и, таким образом, длину контактов, и тем самым уменьшить линейные размеры устройства и всего контактного узла.
Однако, на малоподвижный контакт с контактной накладкой действует составляющая электродинамической силы относительно оси вращения токопроводящего шарнира, ухудшающая условия функционирования контактного устройства, что является недостатком.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение надежности и эффективности функционирования, а также уменьшение линейных размеров контактного устройства с электродинамической компенсацией.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение надежности и эффективности функционирования контактного устройства с электродинамической компенсацией усилия отталкивания электрических контактов путем более полной компенсации электродинамического усилия отталкивания контактов, а также уменьшение линейных размеров контактного устройства с электродинамической компенсацией.
Для достижения этого технического результата контактное устройство с электродинамической компенсацией, включающее подвижный контакт с контактной накладкой, и образующие П-образные токовые петли неподвижный и малоподвижный контакты, причем, малоподвижный контакт шарнирно электрически соединён своим концом с Г-образным концом неподвижного контакта с образованием П-образной петли, а на другом его конце установлена контактная накладка, отличающееся тем, что П-образные петли неподвижного контакта образованы П-образным расщепленным концом этого контакта и охватывают с двух сторон шарнирно соединенный с ними подпружиненный к подвижному контакту малоподвижный контакт, причем, другой конец малоподвижного контакта с расположенной на нем контактной накладкой выполнен с образованием дополнительной П-образной токовой петли для формирования протекающего по ней противоположно направленного относительно токов в петле неподвижного контакта тока.
При этом длина конца ветви П-образной петли малоподвижного контакта от вершины петли до оси симметрии токовой накладки может быть равной половине длины от оси шарнира до вершины токовой П-образной петли неподвижного контакта.
На рис. 1 изображено заявляемое устройство, на рис. 2 - вид сверху, на рис. 3 показано уравновешивание возникающих при работе устройства усилий.
а
б
а
б
а
б
а,
б,
а
б
.
Контактное устройство с электродинамической компенсацией включает подвижный контакт 1, неподвижный контакт 3 и малоподвижный контакт 8. На подвижном контакте установлена контактная накладка 2, П-образные токовые петли неподвижного контакта 3, включающие части: ветвь 4, разделенную на две части 4 и 4 П-образным расщеплением, ветвь 5, также разделенную П-образным расщеплением на две части 5 5, их вершины 12 - соответственно 12 и 12. Г-образные концы токовых ветвей неподвижного контакта электрически соединены с помощью шарнира 6, ось которого выполнена из электропроводного материала, с концом подпружиненного пружиной 7 малоподвижного контакта 8, на другом конце которого установлена контактная накладка 9. При этом П-образные петли неподвижного контакта 3 с П-образным расщепленным концом этого контакта охватывают с двух сторон шарнирно соединенный с ними подпружиненный к подвижному контакту малоподвижный контакт 8. Другой конец малоподвижного контакта с расположенной на нем контактной накладкой выполнен в виде дополнительной П-образной токовой петли с вершиной 10, ветвями 8, 11 для формирования протекающего по ней противоположно направленного относительно токов в петле неподвижного контакта с частями 4 4 5 5тока
а,
б,
а
б,
а
б
а
б
а
б
а,
б
а
б
а
б
а
б
При прохождении тока (путь тока показан пунктирными стрелками) по частям 4 4 5 512 и 12 неподвижного контакта, через токопроводящий шарнир 6 по частям 8, 10, 11 малоподвижного контакта на подвижный контакт 1 и установленную на его конце контактную накладку 9, в замкнутых накладках 9, 2 электрических контактов возникает электродинамическое усилие отталкивания накладок контактов по направлению, показанному на рисунке стрелкой . , как показано это на рис. 1, 3 - это результирующее усилие сил, действующих на контактные накладки. направленное вдоль оси симметрии контактных накладок. Это усилие относительно оси токопроводящего шарнира 6 на расстоянии  от точки приложения силы  вдоль оси симметрии токовых накладок до оси токопроводящего шарнира 6 создает вращающий момент , действующий на малоподвижный контакт по часовой стрелке и стремящийся разомкнуть замкнутые накладки контактов. При протекании электрического тока по частям 4 и 4, а также расщепленным частям 5 5 двух П-образных петлей неподвижного контакта на находящийся между ними малоподвижный контакт 8 со стороны расщепленных частей 4 4 действует притягивающее электродинамическое усилие, а со стороны расщепленных частей 5 5 действует отталкивающее электродинамическое усилие. Эти усилия действуют в направлениях, при которых, складываясь, создают результирующее электродинамическое усилие компенсатора . Результирующее усилие  приложено к середине активно электродинамически взаимодействующего участка малоподвижного контакта, фактически на расстоянии /2, где  - длина ветви 55 неподвижного контакта от оси шарнира до вершин 12 его П-образных петель - 12 и 12
а,
б
а
б
При этом ввиду симметричного расположения малоподвижного контакта 8 относительно расщепленных частей 4 4 и 5 5 неподвижного контакта 3, составляющие электродинамических усилий со стороны этих частей на малоподвижный контакт в направлении, параллельном оси вращения токопроводящего шарнира 6, взаимно компенсируются и их результирующая сила равна нулю, что создает благоприятные условия для функционирования контактного устройства.
Результирующее электродинамическое усилие в устройстве  приложено на расстоянии от оси шарнира  подпружиненного малоподвижного контакта 8 и создает относительно оси вращения токопроводящего шарнира 6 вращающий момент компенсатора , действующий на подпружиненный малоподвижный контакт 8 против часовой стрелки и стремящееся сильнее прижимать замкнутые контакты (см. рисунок 3).
L
Таким образом, вращающие моменты от электродинамического усилия отталкивания контактов  и электродинамического усилия компаратора  направлены встречно и момент  ослабляет отталкивающее действие электродинамического усилия отталкивания контактов. Причем чем длиннее конец П-образной петли с установленной на ней контактной накладкой малоподвижного контакта, тем меньше расстояние от осевой линии контактных накладок до оси токопроводящего шарнира , на которое действует электродинамическая сила отталкивания контактов, и, соответственно, меньше момент от электродинамического усилия отталкивания контактов , а компенсирующее действие в устройстве усиливается.
L,
Условием наиболее полной компенсации электродинамического усилия отталкивания контактов является равенство моментов , что будет наблюдаться при равенстве расстояния  от оси симметрии контактных накладок до оси токопроводящего шарнира равном половине расстояния от оси шарнира до вершин 12 П-образных петель неподвижного контакта (). При этом создаются условия и для уменьшения габаритов устройства.
Таким образом, в заявляемом контактном устройстве условие компенсации электродинамического усилия отталкивания контактов будет выполняться при меньшей длине активно электродинамически взаимодействующего участка подпружиненного малоподвижного контакта, что способствует повышению эффективности и уменьшению линейных размеров компенсатора и всего контактного узла в целом.