УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ КОНТАКТОР ДЛЯ СИЛЬНОТОЧНЫХ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЙ
IMPROVED CONTACTOR FOR HIGH-CURRENT SWITCHING

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к усовершенствованному контактору для сильноточных переключений.
Более конкретно, но не исключительно, изобретение относится к контактору для применения в промышленности или железнодорожной отрасли, где необходимо включать и отключать сильный постоянный ток с высокой частотой переключений.
Уровень техники
Как хорошо известно в данной области техники, контакторы представляют собой дистанционные переключатели с электромагнитным приводом.
Вообще говоря, различают управляющую схему для контактора с обмоткой контактора и цепь нагрузки для контактора, который должен переключаться с подключенными нагрузками.
Во многих случаях, как только через обмотку контактора протекает достаточный пусковой ток, контактор реагирует и включает нагрузки, подключенные в цепи нагрузки. Чтобы поддерживать контактор в этом состоянии, через контактор должен протекать удерживающий ток.
После отключения удерживающего тока контактор отключается. Энергия, запасенная в обмотке контактора, рассеивается в свободной цепи.
Контакторы известной конструкции обычно включают в себя неподвижный контакт и подвижный контакт.
Оба контакта присоединены к ответвлению линии подачи питания, чтобы они соединялись и разъединялись с помощью мостового соединителя или металлических гибких соединителей, например медного шнура. В частности, подвижный контакт обычно подключается к клемме источника питания через гибкий соединительный шнур.
Для сравнительно высокой рабочей частоты переключающего устройства требуется очень гибкий соединительный шнур, который подвержен повреждениям, что сокращает срок службы переключающего устройства.
Более того, подвижный контакт перемещается на сравнительно большое расстояние относительно неподвижного контакта, чтобы обеспечить эффективное достаточное пространство размыкания, когда необходимо прервать ток без создания электрической дуги.
Чтобы гарантировать эффективное переключение, подвижный контакт устанавливается на механической системе перемещения, для которой требуется сложная конструкция и чувствительное угловое движение, достаточное для создания заранее определенного пространства между контактами.
Известные механизмы перемещения подвижного контакта, как правило, являются сложными, дорогими и не позволяют реализовать компактную конструкцию контактора.
Техническая задача, лежащая в основе настоящего изобретения, заключается в том, чтобы предложить усовершенствованный контактор для сильноточных переключений, обладающий конструктивными и функциональными характеристиками, позволяющими улучшить общие характеристики переключающего устройства, получая при этом более компактную физическую конструкцию.
Другая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить контактор, имеющий более высокую надежность и более длительный срок службы.
Еще одна задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить контактор, для которого не требуется каких-либо специальных действий по техническому обслуживанию или не требуется механическая регулировка в течение срока его службы.
Раскрытие сущности изобретения
Эти задачи решены посредством признаков независимого пункта 1 формулы изобретения. Другие преимущественные усовершенствования являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Идея решения, лежащая в основе настоящего изобретения, состоит в том, чтобы удалить неподвижный контакт из контактора, выполнив при этом пару подвижных контактов, движущихся навстречу друг другу и друг от друга относительно положения взаимного контакта.
В соответствии с приведенной выше идеей техническая задача решена с помощью усовершенствованного контактора для сильноточных переключений, в частности используемого в промышленности или железнодорожной отрасли, где необходимо включать и выключать сильный постоянный ток, при этом упомянутый контактор включает в себя основную переключающую часть, включающую в себя электрическое средство переключения высоковольтной части, и дугогасительную часть, покрывающую упомянутое средство переключения, отличающегося тем, что он содержит пару подвижных контактов, движущихся навстречу друг другу и друг от друга относительно положения взаимного контакта и примыкания, причем упомянутые контакты установлены на соответствующих контактных концах коленчато-рычажного механизма, активируемого низковольтной приводной частью, встроенной в упомянутую основную переключающую часть и действующей на упомянутый коленчато-рычажный механизм.
Упомянутые подвижные контакты являются симметричными и расположены на соответствующем контактном конце соответствующего удлиненного рычага упомянутого коленчато-рычажного механизма.
Предпочтительно, коленчато-рычажный механизм включает в себя пару тяг, имеющих соответствующие концы, соединенные скользящим шарниром, который может перемещаться вверх и вниз вдоль вертикального паза рамы в упомянутой основной переключающей части; причем упомянутые тяги выполнены из диэлектрического материала и имеют соответствующие противоположные концы, шарнирно соединенные с соответствующими концами упомянутых рычагов, противоположными упомянутым контактам соответственно.
Более предпочтительно, чтобы каждый конец упомянутых рычагов, противоположный упомянутым контактам, поддерживался соответствующей удлиненной частью элемента, выполненного из того же диэлектрического материала, что и упомянутые тяги, и соединенного, предпочтительно шарнирно соединенного, с соответствующим из упомянутых противоположных концов.
Кроме того, еще более предпочтительно, чтобы удлиненный рычаг поддерживался с возможностью поворота в раме упомянутой основной переключающей части с помощью соответствующего шарнира, электрически соединенного с неподвижными силовыми контактами, выступающими за пределы упомянутой основной переключающей части.
Предпочтительно, чтобы каждый из упомянутых рычагов поддерживался соответствующим шарниром, продолжающимся в поперечном направлении на конце вилкообразного рычага, каждый из которых соединен с одним соответствующим контактом из упомянутых силовых контактов.
Следует также отметить, что скользящий шарнир предпочтительно находится в контакте с активным концом низковольтной приводной части.
Более предпочтительно, низковольтная приводная часть включает в себя катушку, воздействующую на стержень, имеющий свободный дальний конец, связанный с одним концом рычага, который шарнирно установлен на опоре, неподвижно установленной или выполненной за одно целое с внутренней рамой упомянутой основной переключающей части; причем упомянутый рычаг имеет второе плечо со свободным концом, воздействующим на упомянутый коленчато-рычажный механизм, чтобы активировать переключение упомянутых подвижных контактов.
Более предпочтительно, между каждым рычагом и соответствующим поддерживающим вилкообразным рычагом расположен элемент, предназначенный для компенсации возможной деградации или износа контактов.
Более того, более предпочтительно, над каждым из упомянутых подвижных контактов предусмотрен дугогаситель, при этом каждый из упомянутых дугогасителей электрически соединен с соответствующей рассеивающей катушкой, установленной на плече каждого контактного конца каждого из упомянутых рычагов.
Предпочтительно, пара боковых металлических фланцев сбоку связана с каждым подвижным контактом; каждый металлический фланец имеет выступающий флажок в направлении соответствующего дугогасителя.
Более предпочтительно, с обеих сторон подвижных контактов расположен полюсный наконечник в виде металлической пластины.
Наконец, необходимо отметить, что изобретение может быть реализовано в силовой электрической системе, включающей в себя по меньшей мере контактор, раскрытый в последующем описании.
Дополнительные признаки и преимущества контактора в соответствии с настоящим изобретением станут очевидными из последующего описания, приведенного в качестве неограничивающего примера со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематично показан вид в перспективе контактора, выполненного в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 1А - вид в перспективе многополюсной конструкции, включающей в себя три контактора в соответствии с настоящим изобретением, образующих 3-полюсную модульную комбинацию;
на фиг. 1В - вид в перспективе однополюсного контактора в соответствии с настоящим изобретением, но включающего в себя верхнюю дугогасительную часть, отличную от той, которая показана на фиг. 1;
на фиг. 2 - внутренний вид спереди основной части контактора, показанного на фиг. 1;
на фиг. 3 - вид в перспективе верхнего участка основной части контактора, показанного на фиг. 2;
на фиг. 4 - вид в перспективе нижнего участка основной части контактора, показанного на фиг. 2;
на фиг. 5 и 6 - виды внутренних подробностей контакта контактора в соответствии с настоящим изобретением в двух разных рабочих условиях;
на фиг. 7А и 7В - виды подробностей контакта контактора в соответствии с настоящим изобретением в двух разных рабочих условиях соответственно;
на фиг. 8 - вид в перспективе контактора в соответствии с настоящим изобретением, встроенного в более сложную энергосистему или конструкцию, например в систему с двумя полюсами, контактором для предварительной зарядки и резистором для предварительной зарядки.
Осуществление изобретения
На чертежах позицией 1 в целом и схематично показан контактор, реализованный в соответствии с настоящим изобретением.
Контактор 1 специально предназначен для применения в промышленности или железнодорожной отрасли, где необходимо включать и отключать сильный постоянный ток с высокой частотой переключений.
Только чтобы дать представление об условиях работы и диапазоне значений тока, используемых для такого рода контакторов, следует отметить, что эти устройства должны иметь возможность эффективно переключать токи по меньшей мере в диапазоне от 400 до 1800 А и в диапазонах рабочих напряжений от 1000 до 4000 В.
Эти рабочие диапазоны могут даже относиться к единственному полюсу контактора. Однако во многих случаях необходимо обеспечить двухполюсную конфигурацию и/или трехполюсную конфигурацию.
В этом отношении контактор 1 в соответствии с настоящим изобретением имеет модульную конструкцию, относящуюся к конфигурации с одним полюсом, которая может быть удвоена или выполнена в конфигурации с тремя полюсами, включающей в себя три параллельных модуля в соответствии с потребностями пользователя, например, как показано на фиг. 1А.
Ниже описана конструкция только однополюсного модуля.
Модуль представляет собой кожух или корпус 10, включающий в себя все подвижные части контактора 1, которые будут описаны ниже.
Кожух 10 изготовлен из синтетического пластика, имеющего заданный коэффициент изоляции. Такой кожух 10 имеет фланец 13 основания и включает в себя внутреннюю раму 20, поддерживающую различные подвижные компоненты контактора 1.
Следует отметить, что для контактора 1 предусмотрены неподвижные выводные силовые контакты 11 и 12. Эти неподвижные контакты 11, 12 выступают на противоположных боковых сторонах кожуха 10. Каждый из этих выводных контактов 11, 12 связан с соответствующим внутренним подвижным контактом 21, 22, расположенным внутри контактора 1, как будет объяснено ниже.
Контактор 1 в соответствии с настоящим изобретением предназначен для использования на электрооборудовании, работающем в условиях сильных ударов и вибраций, которые обычно возникают на борту тяговых транспортных средств.
Однако ничто не мешает использовать контакторы 1 такого типа во всех областях, где необходимо включать и выключать сильный постоянный ток, например: в линейных контакторах, силовых переключателях или преобразователях, тяговых двигателях, электромагнитных тормозах и системах отопления/кондиционирования воздуха.
Контактор 1 содержит основную переключающую часть 2 и верхнюю дугогасительную часть 3.
Основная переключающая часть 2 является общей для каждого отдельного модульного контактора 1 и соответствует кожуху 10, тогда как верхнюю дугогасительную часть 3 можно рассматривать как верхнюю крышку кожуха 10, которая может иметь разные размеры в соответствии с различной категорией мощности и диапазонами напряжений, которые должен обеспечивать контактор. Основная переключающая часть 2 включает в себя средство электрического переключения, а дугогасительная часть 3 предназначена для того, чтобы закрывать и/или защищать средство электрического переключения.
Следовательно, верхняя дугогасительная часть 3 может конструктивно различаться в зависимости от различных диапазонов напряжения, с которыми необходимо работать, и от соответствующего типа дугогасительной камеры и энергетической емкости, которую необходимо погасить в полной безопасности.
Например, дугогасительная часть 3, предназначенная для напряжения 1000 В, может иметь конструкцию, показанную на фиг. 1, в то время как для дугогасительной части 3', предназначенной для напряжения 3000 В, может потребоваться более крупная или более толстая часть 3', включающая в себя несколько средств разряда, или могут потребоваться большие полюсные наконечники, как показано, например, в варианте осуществления контактора 1' на фиг. 1В.
Общая основная переключающая часть 2 является сердечником контактора 1 или 1' в соответствии с настоящим изобретением.
Внутренняя схематическая конструкция этой основной переключающей части 2, включающей в себя электрическое переключающее средство в соответствии с настоящим изобретением, показана на фиг. 2.
Можно считать, что переключающая часть 2 разделена на часть 4 с более низким напряжением и часть 5 с более высоким напряжением.
Низковольтная часть 4 предназначена для приведения в действие верхней высоковольтной части 5.
Контактор 1 в соответствии с настоящим изобретением можно считать моностабильным элементом, который может быть оснащен нормально замкнутыми контактами или нормально разомкнутыми контактами в соответствии с потребностями пользователя.
В этом отношении, в соответствии с настоящим изобретением, переключающая часть 2 включает в себя пару подвижных электрических контактов 21 и 22, которые необходимо упереть друг в друга, чтобы обеспечить прохождение или протекание сильного постоянного тока. Преимущественно, упомянутые электрические контакты 21, 22 симметрично перемещаются друг к другу и друг от друга.
Необходимо отметить, что контактор 1, 1' в соответствии с настоящим изобретением, в отличие от известных решений, не имеет неподвижных контактов, а имеет пару взаимно симметрично перемещающихся контактов, перемещающихся друг к другу и друг от друга относительно положения взаимного контакта и примыкания.
Каждый подвижный контакт 21 или 22 расположен на контактном конце 23 или 24 соответствующего удлиненного рычага 25, 26 коленчато-рычажного механизма 30, как показано на фиг. 2 и 3 и описано ниже. Рычаги 25, 26 изготовлены из проводящего материала, например из металла.
Над контактами 21, 22, но все еще в основной переключающей части 2, предусмотрены соответствующие дугогасители 53, 54.
Эти дугогасители 53, 54 помогают рассеивать электрическую дугу, образованную во время фазы размыкания подвижных контактов 21, 22. Более конкретно, каждый из дугогасителей электрически соединен с соответствующей рассеивающей катушкой 51, 52, предусмотренной на плече каждого контактного конца 23, 24 каждого рычага 25, 26. К каждому подвижному контакту 21 или 22 присоединена пара боковых металлических фланцев 55, 56, имеющих флажок, выступающий в направлении соответствующего дугогасители 53 или 54.
Кроме того, с обеих сторон подвижных контактов 21, 22 расположен полюсный наконечник 50, то есть металлическая пластина или фланец.
На фиг. 3 показана только одна из этих металлических пластин 50, но следует учитывать также наличие соответствующей пластины, расположенной параллельно с другой стороны контактов 21, 22.
Коленчато-рычажный механизм 30 включает в себя пару тяг 31 и 32, соответствующие концы которых соединены скользящим шарниром 33, который может перемещаться вверх и вниз вдоль вертикального паза 27 рамы 20, как показано на фиг. 7А и 7В. Тяги 31 и 32 изготовлены из изоляционного материала, например из термореактивного материала.
Противоположные концы 44, 45 каждой из тяг 31, 32 соединены, предпочтительно шарнирно, с соответствующим концом рычагов 25 и 26 напротив контактов 21, 22 соответственно. Более конкретно, каждый конец рычагов 25, 26, противоположный контактам 21, 22, поддерживается посредством соответствующей удлиненной части 41, 42 элемента, выполненного из того же изоляционного материала, что и тяги 31, 32.
Эти удлиненные части 41, 42 соединены, предпочтительно шарнирно, с соответствующей тягой 31 или 32, но также соединены с соответствующим концом каждого рычага 25, 26, так что перемещение удлиненных частей 41, 42 отражается на перемещении соответствующего рычага 25, 26.
Каждый рычаг 25 или 26 шарнирно поддерживается в раме 20 с помощью соответствующего шарнира 28, 29. Каждый из рычагов 25, 26 шарнирно поддерживается соответствующим шарниром 28 или 29 в положении, которое по существу соответствует одной трети от всей продольной длины рычага.
Тяги 31, 32 и рычаги 25, 26 вместе с соответствующим шарнирным соединением 33, шарнирами 28, 29 и соединениями между тягами 31, 32 с удлиненными частями 41, 42 и опосредованно с рычагами 25, 26 образуют упомянутый коленчато-рычажный механизм 30, который позволяет перемещать подвижные электрические контакты 21 и 22 друг к другу и наоборот. Коленчато-рычажный механизм активируется посредством низковольтной приводной части 4, которая будет описана ниже.
Тяги 31, 32, а также рычаги 25, 26 образованы парой идентичных параллельных компонентов, которые связаны друг с другом более или менее в виде шпренгельной балки.
Как было сказано выше, каждый из рычагов 25, 26 поддерживается с помощью соответствующего шарнира 28, 29, но эти шарниры продолжаются в поперечном направлении на конце вилкообразоного рычага 35 или 36 соответственно. Эти вилкообразные рычаги 35, 36 изготовлены из проводящего материала, такого как металл.
Эти вилкообразные рычаги 35, 36 по существу связаны с неподвижными выводными контактами 11 и 12. Следовательно, электрическая связь между подвижными электрическими контактами 21, 22 и неподвижными выводными контактами 11, 12 обеспечивается непрерывностью металла между компонентами 11, 35, 25 и 21, с одной стороны, и 12, 36, 26 и 22, с другой стороны.
Следует также отметить, что между каждым рычагом 25 или 26 и соответствующим опорным вилкообразным рычагом 35, 36 расположен упругий элемент 47 или 48, например пружина сжатия, чтобы компенсировать возможную деградацию или износ подвижных контактов 21, 22.
Шарнирное соединение 33 снабжено центральным кольцевым упругим элементом 43, который контактирует с активным концом 19 низковольтной приводной части 4 и может рассматриваться как амортизатор между указанным активным концом 19 и всем коленчато-рычажным механизмом 30. Это шарнирное соединение 33 вынуждено скользить вдоль вертикального паза 27 с помощью направляющей 39 скольжения, которая видна на фиг. 7А и 7В, на которых она показана в двух разных рабочих положениях, соответствующих разомкнутым (внизу) и замкнутым (вверху) контактам.
Возвращаясь к низковольтной приводной части 4, такая часть включает в себя катушку 6, на которую подается питание от опорного потенциала низкого напряжения (не показан), являющегося обычным и приводимым в действие с помощью соответствующего переключающего привода.
Катушка 6 воздействует на шток 7, который проходит горизонтально и параллельно фланцу 13 основания кожуха 10 контактора внутри основной переключающей части 2. Шток 7 перемещается против упругого элемента 8, например сжимаемой удлиненной пружины.
Свободный или дальний конец 14 штока 7 соединен с одним концом 17 рычага 15, который шарнирно установлен на опоре 16, неподвижно установленной на внутренней раме 20 основной переключающей части 2 контактора 1 или выполненной с ней за одно целое.
Рычаг 15 имеет первое плечо 38, соединенное со свободным дальним концом 14 штока 7, и другое или второе плечо 18, свободно перемещающееся вокруг точки опоры, когда рычаг 15 приводят в действие с помощью катушки 6 и штока 7.
Свободный конец 19 этого второго плеча 18 действует на шарнирное соединение 33 коленчато-рычажного механизма 30 через кольцевой упругий элемент 43.
В заключение следует отметить, что для подачи на катушку 6 различных значений напряжения в соответствии с различными приводами низковольтной приводной части предусмотрена электрическая схема 49. Эта схема 49 является, по существу, схемой сдвига уровня напряжения, пригодной для приема множества различных значений напряжения. Кроме того, в низковольтной приводной части 4 также имеется реле-прерыватель 46 для подключения всех возможных промежуточных цепей.
Ввиду предыдущего описания должно быть очевидно функционирование контактора 1 в соответствии с настоящим изобретением.
В соответствии с идеей решения, лежащей в основе настоящего изобретения, в контакторе 1 нет неподвижного контакта, а, напротив, имеется пара подвижных контактов, движущихся навстречу друг другу и друг от друга относительно положения взаимного контакта.
Как ясно показано в примере на фиг. 5 и 6, в соответствии с потребностями пользователя контактор может иметь конфигурацию с изначально разомкнутыми контактами или конфигурацию с замкнутыми контактами.
В любом случае, в соответствии с заданными начальными условиями, катушка 6 низковольтной приводной части 4 смещена, чтобы перемещать шток 7, который присоединен к одному концу 17 двухплечевого рычага 15, шарнирно закрепленного на опоре 16.
Движение штока 7, противодействующее упругому элементу 8, и связанного с ним рычага 15 перемещает свободный конец 19 рычага, который воздействует на скользящий шарнир 33 коленчато-рычажного механизма 30.
Этот скользящий шарнир 33 может свободно перемещаться вверх и вниз или в осевом направлении вдоль паза рамы 20, чтобы обеспечить толкающее движение вверх или вниз, которое заставляет весь коленчато-рычажный механизм 30 обеспечивать замыкание или размыкание подвижных контактов 21, 22 в соответствии с потребностями.
Конструкция двойных симметрично движущихся контактов 21, 22 в соответствии с настоящим изобретением позволяет получить физическое разделение контактов по меньшей мере на 73 мм, что обеспечивает снижение риска возникновения электрической дуги и делает особенно надежным переключение контактора в соответствии с изобретением.
Контактор в соответствии с настоящим изобретением может также использоваться для переключения там, где используется сильный переменный ток.
В вышеприведенном описании такие термины, как: "вперед", "назад", "спереди", "сзади", "сверху", "снизу", "над", "под", "вверх", "вниз", "верх", "низ", "боковой", "вертикальный", "горизонтальный", "перпендикулярный" и "поперечный", а также любые другие подобные термины направления относятся только к устройству, как показано на чертежах, и не относятся к возможному использованию того же устройства. Соответственно, эти термины направления, используемые для описания контактора в его вертикальном положении на горизонтальной поверхности, имеют смысл для идентификации одной части устройства относительно другой части, как показано на чертежах.
Используемый в этом документе термин "содержащий" и его производные предназначены для обозначения неограничивающих терминов, которые определяют наличие заявленных признаков, элементов, компонентов, групп, целых чисел и/или этапов, но не исключают присутствие других неупомянутых функций, элементов, компонентов, групп, целых чисел и/или этапов. Эта концепция также применима к словам аналогичного значения, например: "иметь", "включать в себя" и их производным.
Кроме того, термины "деталь", "секция", "участок", "часть" и "элемент" при использовании в единственном числе могут иметь двойное значение, обозначая как одну часть, так и множество частей.