Магнитный контактор

Техническое решение относится к магнитному контактору с дугогасительной камерой для быстрого гашения электрической дуги во время процесса выключения. Предлагаемый электромагнитный контактор не является поляризованным, поэтому может быть применен в цепях как постоянного, так и переменного тока.
Уровень техники
Из уровня техники, патент РФ №2581049, известен выключатель с дугогасительными камерами. Выключатель содержит два отдельных неподвижных контакта с двумя областями контакта и по меньшей мере один подвижный электропроводящий мостиковый контакт с двумя вторыми областями контакта, четыре пластинчатые постоянных магнита, по два магнита разных полярностей расположенных напротив друг друга для создания по существу постоянного магнитного поля (М) на участке первых и вторых областей контакта для воздействия магнитной силой (F) на электрическую дугу, возникающую между первыми и вторыми областями контакта при установлении выключенного состояния, две дугогасительные камеры для гашения электрических дуг. Подвижный мостиковый контакт содержит две мостиковые пластины, которые для гашения электрических дуг со вторым направлением тока, противоположным первому направлению тока, проходят от мостикового контакта вдоль оси (ВА) перемещения мостикового контакта в третью и четвертую дугогасительные камеры. Однако такая конструкция имеет ряд недостатков:
Четыре громоздкие дугогасительные камеры существенно увеличивают массу и габариты выключателя;
Для компоновки всех деталей в выключателе, длины направляющих пластин увеличены, тем самым увеличивается время перемещения дуги до дугогасительных камер, т.е. время её горения. Это вызывает больший локальный нагрев и может привести к термическим повреждениям (износам) контактных групп, тем самым снижая надежность выключателя;
Наличие четырех пластинчатых магнитов по краям выключателя также увеличивает его габариты.
Техническая проблема, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в уменьшении массы и габаритов магнитного контактора с одновременным повышением надежности.
Технический результат – уменьшение массы и габаритов магнитного контактора с одновременным повышением надежности.
Технический результат достигается тем, что магнитный контактор, включает в себя корпус, содержащий подвижный и неподвижные контакты, имеющие контактные элементы для контакта друг с другом, привод, выполненный с возможностью перемещения подвижного контакта для установления электропроводящего соединения между подвижным и неподвижными контактами и для разъединения подвижного и неподвижных контактов, первую область размыкания и замыкания контактных элементов подвижного контакта и первого неподвижного контакта, вторую область размыкания и замыкания контактных элементов подвижного контакта и второго неподвижного контакта, магниты, выполненные с возможностью создания разнонаправленных постоянных магнитных полей в первой и второй областях для воздействия силой магнитного поля на электрическую дугу, возникающую между контактными элементами подвижного и неподвижных контактов при их размыкании, дугогасительную камеру, выполненную с возможностью гашения электрических дуг и содержащую по меньшей мере по два рога с каждой из сторон, причем дугогасительная камера закреплена в корпусе над первой и второй областями, рога дугогасительной камеры направлены вниз в сторону расхождения и замыкания контактных элементов подвижного и неподвижных контактов и выполнены с возможностью перемещения электрической дуги в дугогасительную камеру, причем по меньшей мере один рог с каждой из сторон дугогасительной камеры связан с потенциалом неподвижных контактов.
Сущность заявленного технического решения поясняется чертежами фиг.1-7, где
- на фиг.1 показан общий вид контактора;
- на фиг.2 показан общий вид дугогасительной камеры;
- на фиг.3, 4 показан общий вид дугогасительной камеры с использованием токовой дугогасительной катушки;
- на фиг.5, 6 показана работа контактора при коммутации токов прямой последовательности;
- на фиг.7 показана работа контактора при коммутации токов обратной последовательности.
На фигурах обозначены:
1 – корпус контактора;
2 – контакты вспомогательные;
3, 15 – контакт неподвижный;
4, 5, 13, 14 – контактные элементы;
6, 12 – полюса;
7, 9, 10, 11 – рога дугогасительные;
8 – дугогасительный блок;
16 – камера дугогасительная;
17 – контакт подвижный;
18, 19 – постоянные магниты;
21 – дугогасительная катушка;
22 – сердечник;
23 – полюс.
Ниже приведен пример осуществления технического решения.
Контактор состоит из корпуса 1 содержащего привод, например, электромагнитный привод, который вертикально перемещает подвижный контакт 17, содержащий контактные элементы 4,14. Контактор также содержит неподвижные контакты 3,15, содержащие контактные элементы 5, 13. Вспомогательные контакты 2 прикреплены к корпусу контактора 1 сборочными операциями. Главная цепь контактора состоит из двух неподвижных 3, 15 и одного подвижного контакта 17 имеющего конструкцию мостикового типа. Посредством движения подвижного контакта 17, контактные элементы 4, 14 и 5,13 размыкаются или замыкаются, тем самым осуществляя коммутацию цепи. При этом контактор не является поляризованным, так как может работать при переменном токе.
Дугогасительная камера 16 крепится в корпусе 1 над контактными элементами 4, 14 и 5,13 посредством сборочных соединений, например, крепежом 20. В камере по её бокам установлены постоянные магниты 18, 19 имеющие чередующуюся полярность «S», «N» к ним перпендикулярно прикреплены полюса 6, 12 которые формируют распределение магнитного поля в зоне расхождения и замыкания контактных элементов. Зона размыкания и замыкания контактных элементов 4 и 5 может называться первой областью, такая область может включать как саму область контакта 4-5, так и часть контактов 17 и 3 и, по сути, зависит от формы и размеров полюса 6 (см. фиг.1), которые в свою очередь подбираются в зависимости от желаемой степени воздействия магнитного поля на электрическую дугу. Аналогично, зона размыкания и замыкания контактных элементов 13 и 14 может называться второй областью. Таким образом, в правой и левой частях (первой и второй областях соответственно) дугогасительной камеры постоянными магнитами формируются магнитные поля разных направлений.
Дугогасительная камера имеет также дугогасительные рога 7,9,10,11 и дугогасительный блок 8. При этом рогов может быть и больше, но увеличение их количества не будет влиять на обеспечение возможности уменьшения массы и габаритов магнитного контактора с одновременным повышением надежности. Рог 7 связан с потенциалом неподвижного контакта 3, а рог 11 с потенциалом контакта неподвижного 15. Дугогасительный блок 8 может быть выполнен в виде нескольких пластин, проходя через которые дуга растягивается, охлаждается и гаснет.
Уменьшение количества дугогасительных камер (у аналога было две дугогасительные камеры, теперь же можно использовать только одну с теми же габаритными и весовыми характеристиками) и появившаяся при этом возможность уменьшить время горения дуги позволяют обеспечить уменьшение массы и габаритов контактора с одновременным повышением надежности.
Повышение надежности в вышеописанной конструкции достигается также и за счет того, что при коммутации контактор не имеет критических токов отключения, так как в системе дугогашения применены постоянные магниты.
Представленная выше дугогасительная камера 16 эффективно работает до напряжения 900 В. При напряжениях, превышающих 900 В, для сохранения эффективности работы в конструкцию может вводиться одна токовая катушка 21 с сердечником 22 (см. фиг.3), расположенная по центру камеры и потенциально связанная с рогами 9, 10. Распределение магнитного поля катушки выполнено полюсами 23 (см. фиг.4).
Таким образом, при больших напряжениях нагрузки включается в работу дугогасительная катушка 21. Как только дуга переходит на рога 9, 10, создаваемое катушкой 21 магнитное поле затягивает дугу в левую и в правую половину дугогасительной камеры, повышая напряжения отключаемой дуги. Также магнитное поле катушки воздействует на дугу на рогах и в дугогасительной камере удлиняет ее, что способствует ускорению её гашения, и тоже содействуя повышению напряжения отключаемой дуги.
За счет того, что вышеописанная конструкция позволяет использовать только одну дугогасительную камеру (вместо двух таких же у аналога), то и при гашении дуги (свыше 900 В) используется только одна токовая дугогасительная катушка, что снижает массогабаритные показатели контактора.
Контактор с дугогасительный камерой работает следующим образом.
Ток прямой последовательности (фиг.5,6).
При отключении тока прямой последовательности (период положительной полуволны) - размыкании контактов 3, 15, 17 - электрические дуги, возникшие на контактных элементах 4-5 и 13-14, начинают перемещаться как показано на фиг.5,6.
1
2
1
В предлагаемой нами конструкции (см. фиг.5), дуга 2 возникшая между контактными элементами 4-5 в первой области движется влево под воздействием магнитного поля первой области между подвижным контактом 17 и неподвижным 4 (см. дуга 2). Во второй области дуга 1, имеющая противоположенное направление тока (см. фиг.6) и на которое действует магнитное поле второй области, направление которого противоположено направлению магнитного поля первой области, также движется влево к рогам 7 и 11.
1
1
3
3
4
9
При этом дуга 2 гаснет, как только дуга 1 возникшая на контактных элементах 13-14 перейдет на рога 7 и 11 (см. положение дуги 1на фиг.5,6) электрически связанные с неподвижными контактами 3, 15 соответственно. Дальше дуга 1 перейдет на элементы 9,10, разбиваясь на дуги 1-1. В конечном счете дуга распределяется между дугогасительными пластинами дугогасительного блока 8.
2
Время горения дуги 2занимает незначительныйпромежуток (при общем времени гашения дуги 40-50 мс, время горения дугипорядка 3-6 мс) и за это время дуга перемещается по контактам невызывая их чрезмерного локального нагрева, ведущего к термическим повреждениям.
Таким образом,предлагаемое решение позволяет избежать возможности термическогоизноса контактных групп (повышая надежность), и одновременно более рационально использоватьгеометрию дугогасительного устройства (сократив количество дугогасительных камер и расстояние между элементами контактора), уменьшив массо-габаритныепоказатели аппарата.
Ток обратной последовательности (фиг.7).
При отключении тока обратной последовательности (период отрицательной полуволны) - размыкании контактов 3, 15, 17 электрические дуги, возникшие на контактных элементах 4-5 и 13-14, начинают перемещаться, как показано на фиг.7.
1
1
Так как изменилось направление тока, то под воздействием магнитных полей первой и второй областей дуги 2 и 1двигаются вправо.
1
1
3
3
4
9
При этом дуга 1 гаснет, как только дуга 2 возникающая на контактных элементах 4-5 перейдет на рога 7 и 11 (см. положение дуги 2на фиг.7) электрически связанные с неподвижными контактами 3, 15 соответственно. Дальше дуга 2 перейдет на элементы 9,10, разбиваясь на дуги 2-2. В конечном счете дуга распределяется между дугогасительными пластинами дугогасительного блока 8.
Из вышеприведенных примеров следует, что контактор работает при любом направлении тока, т.е. может работать при переменном токе и не является поляризованным.