ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОММУТАЦИОННЫЙ АППАРАТ, СОДЕРЖАЩИЙ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЕ ДУГОГАСИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
ELECTRIC SWITCHING APPARATUS COMPRISING IMPROVED ARC-SUPPRESSING APPARATUS

Настоящее изобретение относится к электрическому коммутационному аппарату согласно ограничительной части независимого п. 1 формулы изобретения.
В общем случае электрический коммутационный аппарат содержит по меньшей мере одну контактную точку, дугогасительное устройство, связанное с контактной точкой, и дуговыдувающее устройство для генерирования выдувающего магнитного поля. Дугогасительное устройство содержит множество гасительных элементов, которые расположены на расстоянии друг от друга и распределены вдоль первого направления, причем каждый из гасительных элементов содержит постоянный магнит.Под действием выдувающего магнитного поля коммутационная дуга, создаваемая при размыкании контактной точки, выдувается от контактной точки в направлении гасительных элементов. Выдувающее магнитное поле по меньшей мере частично генерируется или поддерживается с помощью постоянных магнитов гасительных элементов.
Электрический коммутационный аппарат согласно ограничительной части независимого п. 1 формулы изобретения известен, например, из WO 2015/144309 А1. Электрический коммутационный аппарат, известный из данной публикации, содержит гасительную камеру, спереди от выпускного отверстия которой расположены несколько цилиндрических постоянных магнитов, которые, с одной стороны, поддерживают постоянно генерируемое магнитным способом выдувающее магнитное поле и, с другой стороны, одновременно образуют гасительные элементы и при этом расположены и поляризованы таким образом, что коммутационная дуга подвергается воздействию постоянных магнитов и, таким образом, гасится. Каждый из постоянных магнитов предпочтительно окружен защитным кожухом, изготовленным из керамики, по меньшей мере в области, в которой он подвергается воздействию дуги.
Задача настоящего изобретения состоит в создании электрического коммутационного аппарата универсального типа, содержащего усовершенствованное дугогасительное устройство, благодаря которому электрический коммутационный аппарат должен оставаться особо компактным.
Указанная задача решена с помощью признаков независимого п. 1 формулы изобретения. Исходя из них, электрический коммутационный аппарат согласно ограничительной части независимого п. 1 формулы изобретения решает указанную задачу патентоспособным образом, если гасительные элементы смещены относительно друг друга во втором направлении, перпендикулярном первому направлению. Кроме того, согласно настоящему изобретению, постоянные магниты гасительных элементов расположены и поляризованы таким образом, что коммутационная дуга подвергается воздействию указанных постоянных магнитов или затягивается на указанные постоянные магниты и гасится с помощью указанных постоянных магнитов. На пути от контактной точки до постоянных магнитов гасительных элементов коммутационная дуга удлиняется. Смещение, обеспечиваемое согласно настоящему изобретению между постоянными магнитами гасительных элементов, приводит к дополнительному удлинению коммутационной дуги в результате искривления коммутационной дуги, например, в форме волны или зигзага. Это искривление коммутационной дуги приводит к надежному гашению коммутационной дуги с помощью особо компактной конструкции коммутационного аппарата согласно настоящему изобретению.
Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения являются объектом зависимых пунктов формулы изобретения.
Согласно особо предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, второе направление проходит параллельно основному направлению выдувающего магнитного поля. Поскольку направление перемещения коммутационной дуги и основное направление магнитного выдувающего поля перпендикулярны друг другу, второе направление перпендикулярно направлению перемещения коммутационной дуги. Данный вариант осуществления обеспечивает возможность особо выраженного искривления или дополнительного удлинения коммутационной дуги благодаря смещению постоянных магнитов гасительных элементов. Основное направление магнитного выдувающего поля соответствует направлению намагничивания постоянных магнитов гасительных элементов и направлению намагничивания специализированного выдувающего магнита, при его наличии.
Согласно еще одному особо предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, постоянные магниты гасительных элементов на виде в плоскости, образованной первым направлением и вторым направлением, расположены согласно волнистой конфигурации. Данный вариант осуществления также обеспечивает, чтобы коммутационная дуга была особо сильно удлиненной и таким образом была обеспечена возможность ее особо надежного гашения. Указанная волнистая конфигурация содержит множество волновых впадин и волновых гребней. Указанная волнистая конфигурация также предпочтительно представляет собой синусоидальную волну. Постоянные магниты гасительних элементов предпочтительно расположены по меньшей мере как в местах пересечения волнистой линии с нулем, так и в местах положительных и отрицательных пиков волнистой линии.
Согласно альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения, постоянные магниты гасительных элементов на виде в плоскости, образованной первым направлением и вторым направлением, расположены согласно зигзагообразной конфигурации. Данный вариант осуществления также обеспечивает возможность особо сильного искривления или дополнительного удлинения коммутационной дуги.
Согласно еще одному особо предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, каждый из гасительных элементов содержит защитный кожух, изготовленный из электроизоляционного материала и окружающий соответствующий постоянный магнит гасительного элемента. Электроизоляционный материал предпочтительно является теплоустойчивый. Данный вариант осуществления обеспечивает возможность особо продолжительного срока службы электрического коммутационного аппарата согласно настоящему изобретению. Особо предпочтительно, защитный кожух изготовлен из керамики. Тем не менее, возможны также защитные кожухи, изготовленные, например, из теплоустойчивой пластмассы или других подходящих материалов.
Согласно еще одному особо предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, гасительные элементы содержат разделители, с помощью которых постоянные магниты удерживаются в разных местах внутри защитных кожухов, в результате чего обеспечивается смещение во втором направлении между постоянными магнитами гасительных элементов. Данный вариант осуществления обеспечивает особо простую конструкцию и легкий монтаж электрического коммутационного аппарата согласно настоящему изобретению.
Разделители особо предпочтительно представляют собой часть держателя, который удерживает все гасительные элементы дугогасительного устройства на месте. Это также обеспечивает упрощенную конструкцию коммутационного аппарата согласно настоящему изобретению. Держатель предпочтительно выполнен из двух частей, причем первый разделитель каждого гасительного элемента соответственно выполнен в едином блоке с первой половиной держателя, а второй разделитель того же самого гасительного элемента выполнен в едином блоке со второй половиной держателя. Связанный постоянный магнит гасительного элемента расположен между двумя указанными разделителями. В зависимости от того, насколько большим выбрано смещение, один или два разделителя могут не использоваться. Держатель предпочтительно изготовлен из керамики. В качестве альтернативы, он также может быть изготовлен из теплоустойчивой пластмассы.
Согласно еще одному особо предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, дуговыдувающее устройство содержит по меньшей мере один специализированный выдувающий магнит, который оснащен двумя полюсными пластинами, которые выровнены параллельно друг другу, причем указанные полюсные пластины вместе с гасительными элементами образуют узел, который может быть извлечен из коммутационного аппарата без помощи инструментов и который может быть зафиксирован с помощью выдувающего магнита за счет магнитной фиксации. С помощью выдувающего магнита, который предпочтительно также выполнен в виде постоянного магнита, и двух полюсных пластин, связанных с выдувающим магнитом, генерируется однородное выдувающее магнитное поле. Данный вариант осуществления имеет, прежде всего, преимущество, заключающееся в обеспечении возможности особо легкого и быстрого извлечения указанного узла, состоящего из гасительных элементов и полюсных пластин, из электрического коммутационного аппарата согласно настоящему изобретению для целей техобслуживания. Указанный по меньшей мере один выдувающий магнит не обязательно должен представлять собой часть указанного узла. Вместо этого, указанный по меньшей мере один выдувающий магнит может быть прочно соединен с шасси электрического коммутационного аппарата. Предпочтительно, одно дуговыдувающее устройство оснащено двумя выдувающими магнитами. Также предпочтительно, полюсные пластины имеют язычки, которые могут быть зафиксированы с помощью соответствующего постоянного магнита за счет магнитной фиксации. Предпочтительно, каждый из выдувающих магнитов расположен между язычком первой полюсной пластины и язычком второй полюсной пластины, когда указанный узел, состоящий из гасительных элементов и полюсных пластин, зафиксирован с помощью выдувающих магнитов.
Согласно еще одному особо предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, каждый из гасительных элементов оснащен ребром, проходящим по существу перпендикулярно первому направлению и перпендикулярно второму направлению на внешней стороне, обращенной в противоположную сторону от контактной точки. Указанные ребра предотвращают нежелательное повторное зажигание коммутационной дуги вне области гашения. Указанные ребра предпочтительно представляют собой часть держателя и могут быть изготовлены из пластмассы или, более предпочтительно, из керамики. Вдоль направления перемещения коммутационной дуги указанные ребра представляют собой в некотором роде продолжение гасительных элементов. Они выступают предпочтительно по центру от соответствующего кожуха наружу. Указанные ребра сходны с обычными гасительными элементами.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, гасительные элементы расположены на двух противоположных сторонах, а также на той стороне гасительной камеры электрического коммутационного аппарата, которая соединяет две указанных противоположных стороны. Данный вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает возможность как особо компактной конструкции, так и особо надежного гашения коммутационной дуги.
Постоянные магниты гасительных элементов предпочтительно представляют собой особо сильные постоянные магниты. Например, постоянные магниты могут состоять из неодима-железа-бора. В качестве альтернативы, постоянные магниты также могут состоять из твердого феррита. Также предпочтительно, постоянные магниты выполнены в виде цилиндрических стержневых магнитов, так что возможно использование недорогих стандартных магнитов. В этом случае защитные кожухи имеют форму полых цилиндров.
Настоящее изобретение особенно подходит для контактора предварительной зарядки.
Вариант осуществления настоящего изобретения будет пояснен ниже более подробно со ссылками на чертежи.
На Фиг. 1 показано схематическое изображение электрического коммутационного аппарата согласно настоящему изобретению, в соответствии с первым вариантом осуществления, в косой проекции,
на Фиг. 2 показан вид в поперечном сечении электрического коммутационного аппарата по Фиг. 1 согласно настоящему изобретению, по линии II сечения, показанной на Фиг. 3,
на Фиг. 3 показан вид в продольном сечении электрического коммутационного аппарата по Фиг. 1 и 2 согласно настоящему изобретению, по линии III сечения, показанной на Фиг. 2,
на Фиг. 4 показан вид в поперечном сечении по Фиг. 2, согласно применению, обеспечивающему соответственно удлиненную коммутационную дугу, и
на Фиг. 5 показано продольное сечение через коммутационный аппарат согласно настоящему изобретению, в соответствии со вторым вариантом осуществления.
В нижеследующих пояснениях одинаковые детали обозначены одинаковыми ссылочными номерами. Если фигура содержит ссылочные номера, которые не обсуждаются более подробно в соответствующем описании данной фигуры, то ссылки относятся к описаниям предыдущих или последующих фигур.
На Фиг. 1 показано схематическое изображение электрического коммутационного аппарата 1 согласно настоящему изобретению в косой проекции. Коммутационный аппарат содержит контактную точку 2, дугогасительное устройство, связанное с контактной точкой, и дуговыдувающее устройство для генерирования выдувающего магнитного поля. Иллюстрация на Фиг. 1 показывает лишь те компоненты или части электрического коммутационного аппарата, которые являются существенными для настоящего изобретения.
Контактная точка 2 состоит из контакта 3 и противоположного контакта 4. Контакт 3 и противоположный контакт 4 могут быть введены в контакт друг с другом с помощью привода (не показан) коммутационного аппарата согласно настоящему изобретению.
Дугогасительное устройство, связанное с контактной точкой 2, содержит множество гасительных элементов 5, которые расположены на расстоянии друг от друга и из которых лишь один гасительный элемент виден на Фиг. 1. Гасительные элементы 5 лучше всего видны на Фиг. 3, на котором показано продольное сечение коммутационного аппарата согласно настоящему изобретению, и на Фиг. 2, на котором показано поперечное сечение коммутационного аппарата согласно настоящему изобретению, проведенное через группу гасительных элементов. Как показано на Фиг. 2, каждый из гасительных элементов 5 содержит постоянный магнит 6.
Дуговыдувающее устройство электрического коммутационного аппарата согласно настоящему изобретению по существу состоит из двух выдувающих магнитов 15, показанных на Фиг. 1, и двух полюсных пластин 16, которые выровнены параллельно друг другу и предназначены для двух выдувающих магнитов 15. Выдувающие магниты 15 также представляют собой постоянные магниты. Вместе с полюсными пластинами 16 они генерируют однородное выдувающее магнитное поле, под действием которого коммутационная дуга, возникающая при размыкании контактной точки 2, выдувается от контактной точки 2 в направлении гасительных элементов 5. Здесь выдувающее магнитное поле поддерживается с помощью постоянных магнитов 6 гасительных элементов 5. В любом случае, постоянные магниты 6 гасительных элементов 5 поляризованы таким образом, что коммутационная дуга притягивается к гасительным элементам 5 и гасится ими. Хотя постоянные магниты 15 прочно соединены с остальной конструкцией электрического коммутационного аппарата, дополнительно не показанной, полюсные пластины 16 представляют собой часть узла 17, который также заключает в себе дугогасительное устройство электрического коммутационного аппарата согласно настоящему изобретению. Узел 17 может вставляться и извлекаться конкретным простым способом, без использования инструментов. Для этой цели полюсные пластины 16 содержат выступающие язычки 22, которые могут быть зафиксированы с помощью выдувающих магнитов 15 за счет магнитной фиксации.
Как показано на Фиг. 3, гасительные элементы 5 расположены на верхней стороне 19, нижней стороне 20, противоположной верхней стороне, и внешней стороне 21 гасительной камеры электрического коммутационного аппарата. Верхняя сторона 19 и нижняя сторона 20 соединены друг с другом посредством внешней стороны 21. Гасительные элементы 5 расположены на расстоянии друг от друга и распределены вдоль первого направления. Это первое направление проходит по линии соединения между верхней стороной, внешней стороной и нижней стороной и показана на Фиг. 3 точечно-пунктирной линией 11. Как показано на Фиг. 2, каждый из гасительных элементов содержит постоянный магнит 6 и защитный кожух 8, окружающий постоянный магнит 6. Защитные кожухи 8 предпочтительно изготовлены из керамики, но они также могут быть изготовлены из другого подходящего электроизоляционного материала. Постоянные магниты 6 гасительных элементов 5 удерживаются в разных местах внутри защитных кожухов 8 с помощью соответствующих разделителей 9, так что постоянные магниты 6 смещены друг от друга во втором направлении 12, которое перпендикулярно первому направлению 11 и показано на Фиг. 2. Постоянные магниты 6 на виде в плоскости, образованной первым направлением 11 и вторым направлением 12, расположены согласно волновой конфигурации. Постоянные магниты 6 расположены в местах пересечения синусоидальной волной нулевого уровня и в местах положительных и отрицательных пиков синусоидальной волны.
Разделители 9 представляют собой часть держателя 10, который, в свою очередь, представляет собой часть узла 17, и удерживает на месте все гасительные элементы 5 дугогасительного устройства. Держатель 10 имеет двухкомпонентную конструкцию и состоит из половин 13 и 14. Первый разделитель каждого гасительного элемента соответственно изготовлен как единое целое с первой половиной 13 держателя, и второй разделитель того же самого гасительного элемента изготовлен как единое целое со второй половиной 14 держателя. Связанный постоянный магнит гасительного элемента расположен между двумя указанными разделителями. В случае постоянных магнитов 6, которые расположены в местах пиков синусоидальной кривой, один или два разделителя не используются.
На Фиг. 3 показано, что каждый из гасительных элементов, расположенных на внешней стороне, обращенной в противоположную сторону от контактной точки 2, также имеет предназначенное для него ребро 18, проходящее по существу перпендикулярно первому направлению 11 и перпендикулярно второму направлению 12. Ребра 18 схожи с обычными гасительными элементами и образуют удлинение гасительных элементов 5. Они выступают по центру от гасительных элементов 5 или от керамических защитных кожухов 8 наружу. Ребра могут быть изготовлены из пластмассы или керамики. Они предпочтительно изготовлены в виде единого блока с одной половиной держателя 10.
Функционирование электрического коммутационного аппарата согласно настоящему изобретению пояснено ниже.
При размыкании контактной точки 2, между контактом 3 и противоположным контактом 4 создается коммутационная дуга 7. Это показано на Фиг. 3. Она вытягивается от контактной точки 2 в направлении гасительных элементов 5 дугогасительного устройства под действием выдувающего магнитного поля, генерируемого выдувающими магнитами 15 и двумя полюсными пластинами 16. В результате она удлиняется соответствующим образом на пути от контактной точки до гасительных элементов. Для иллюстрации этого, на Фиг. 3 показаны разные места коммутационной дуги, обозначенные через 7, 7', 7'', 7''' и 7''''. Чем ближе коммутационная дуга приближается к гасительным элементам, тем длиннее она становится. Под действием постоянных магнитов 6 гасительных элементов 5, которые поддерживают выдувающее магнитное поле, коммутационная дуга в конечном итоге затягивается на гасительные элементы 5 и гасится ими. Ребра 18, обращенные в противоположную сторону от контактной точки 2, предотвращают нежелательное повторное зажигание коммутационной дуги вне области гашения.
Как показано на Фиг. 4, благодаря смещению постоянных магнитов 6 во втором направлении 12, коммутационная дуга 7 претерпевает волнообразное искривление, в дополнение к удлинению, показанному на Фиг. 3, что в конечном итоге также означает дополнительное удлинение коммутационной дуги и обеспечивает надежное гашение коммутационной дуги. Конкретное преимущество этого состоит в возможности сохранения особой компактности электрического коммутационного аппарата, благодаря смещению, обеспечиваемому согласно настоящему изобретению во втором направлении 12.
На Фиг. 5 показано продольное сечение через коммутационный аппарат согласно настоящему изобретению, в соответствии со вторым вариантом осуществления. Коммутационный аппарат согласно Фиг. 5 представляет собой разновидность варианта осуществления по Фиг. 1-4, так что общие признаки не будут описаны повторно. В отличие от первого варианта осуществления, коммутационный аппарат 1 по Фиг. 5 имеет двойной разрыв с двумя контактными точками 2. В этом случае контакты 3 представляют собой неподвижные контакты. Противоположные контакты 4 двух указанных контактных точек расположены на общем контактом мостике. Коммутационный аппарат имеет одно дугогасительное устройство, которое предназначено для обеих контактных точек. В данном варианте осуществления дугогасительное устройство также состоит из множества гасительных элементов, которые выполнены по аналогии с первым вариантом осуществления. Дугогасительное устройство расположено с другой стороны контактного мостика относительно неподвижных контактов 3. Две коммутационных дуги, возникающих при размыкании контактных точек, объединяются с образованием единой коммутационной дуги 7, которую перемещают между двумя неподвижными контактами в дугогасительое устройство. В варианте осуществления, показанном на Фиг. 5, ребра 18 выполнены таким образом, что каждое из них, вместе с цилиндрическими защитными кожухами 8, образует срезанный каплеобразный профиль в поперечном сечении.