МАГНИТОПРОВОД ЭЛЕКТРОМАГНИТА КОММУТАЦИОННОГО АППАРАТА

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к вакуумным выключателям или контакторам с электромагнитным приводом. Во включающих приводах этих аппаратов применяются магнитопроводы с одним рабочим зазором - втяжные электромагниты - (броневого типа) и электромагниты с двумя рабочими зазорами.
Во включенном положении аппараты удерживаются: с помощью механических защелок постоянных магнитов или пропусканием небольшого тока удержания через включающую катушку. Силы удержания вакуумных коммутационных аппаратов велики - порядка тысяч ньютонов - из-за торцевой конструкции их контактов.
В вакуумном выключателе (патент РФ №2020631, Н 01 Н 33/66, 1992) используется втяжной электромагнит, якорь которого удерживается во включенном положении за счет выполнения наружной цилиндрической части корпуса магнитопровода из магнитотвердого материала, намагничивающегося во время включения. Отключение производится подачей размагничивающего импульса.
Из-за необходимых больших удерживающих усилий электромагниты имеются на каждом полюсе трехфазного выключателя. Для надежного отключения необходим стабилизированный источник питания с накопителем; площадь якоря имеет уменьшенное сечение в рабочем зазоре. Из-за свойственного втяжным электромагнитам некалиброванного зазора в направляющих якоря увеличиваются габариты привода, уменьшается усилие удержания во включенном состоянии.
В модуле вакуумного контактора (патент РФ на полезную модель №36566, H 01 Н 33/66, 2003), выбранном за прототип, магнитопровод выполнен с двумя рабочими зазорами; внутри него расположены пружины отключения и
поджатия и шток из немагнитного материала. И корпус, и якорь выполнены «литыми», то есть, из одной заготовки. Для получения минимальных поперечных зазоров полость магнитопровода для катушки выполнена узкой и длинной. Удержание контактора во включенном положении осуществляется периодическими импульсами с большой скважностью, что обеспечивает минимальные: потребление энергии и нагрев блока управления (патент РФ на изобретение №2195732, H 01 F 7/18:H 01 H 47/32, 2000). Отключение осуществляется снятием напряжения питания.
Недостатком конструкции является неконтролируемая величина одного из рабочих зазоров при притянутом якоре в разных экземплярах аппаратов из-за допусков на изготовление нескольких деталей, что приводит к снижению эффективности привода по упомянутому патенту, так как даже небольшой воздушный зазор существенно ослабляет силу тяги электромагнита. Кроме того, имеются значительные трудности в изготовлении его корпуса из одной заготовки из-за большой глубины паза под катушку, велики трудоемкость и расход материалов.
Предлагаемая конструкция позволяет устранить указанные недостатки прототипа и: максимально увеличить силу тяги в притянутом состоянии или уменьшить размагничивающий импульс; упростить изготовление; уменьшить габариты, расход материалов и потребление электроэнергии.
Для этого в магнитопроводе электромагнита коммутационного аппарата корпус или якорь магнитопровода, или и тот и другой выполнены составными, причем наружные части зафиксированы относительно соответствующих внутренних частей корпуса или якоря в стянутом состоянии магнитопровода при наличии или отсутствии калиброванной технологической прокладки в одном из зазоров.
Сущность предлагаемого решения позволяет получить следующие положительные результаты: при фиксации магнитопровода в стянутом состоянии без прокладки получаются нулевые зазоры в обоих рабочих зазорах во включенном состоянии электромагнита, что обеспечивает максимальное
тяговое усилие при минимальной намагничивающей силе; это целесообразно делать для вакуумных контакторов; для выключателей один небольшой калиброванный зазор в притянутом состоянии полезен для быстрого отпускания якоря при включении выключателя на короткое замыкание; в обоих случаях получаются меньшие поперечные размеры магнитопровода и всего аппарата; для наружных частей могут магнитопровода могут использоваться трубы, что значительно сокращает трудоемкость изготовления и расход материалов, легко выполняются корпуса магнитопровода и якоря для длинных катушек.
Принципиальная конструкция магнитопровода электромагнита со сборочным приспособлением поясняется чертежами: на фиг.1 - продольный разрез - вариант стягивания корпуса с напрессовкой при наличии технологической прокладки во внешнем зазоре: верхняя часть рисунка - перед началом стягивания, нижняя часть - после стягивания и фиксации; на фиг.2 - вариант сборки магнитопровода со скольжением наружного цилиндра корпуса по внутренней части и без технологической прокладки; верхняя часть рисунка - перед сборкой, нижняя часть - после сборки и фиксации.
Корпус магнитопровода состоит из двух частей: наружного цилиндра 1 и внутренней части 2; якорь 3 показан состоящим из одной части, но может быть составным, как и корпус. Корпус и якорь имеют обращенные друг к другу рабочие торцы 4, 5 и 6, 7, образующие рабочие зазоры электромагнита в отключенном состоянии. Внутреннее пространство 8 может быть предназначено, например, для пружин и штока, как в прототипе; полость 9 предназначена для размещения катушки. В собранном виде части 1 и 2 жестко зафиксированы относительно друг друга штифтами 10 равномерно по окружности. Вместо штифтов могут применяться винты.
Технологическое приспособление для сборки и фиксации состоит из: шпильки 11; гаек 12, 13, 14; поджимающих втулок 15 и 16; направляющей втулки 17 и калиброванной прокладки 18.
Порядок сборки магнитопровода с натягом цилиндра 1 на внутреннюю часть 2 (фиг.1): на шпильку 11, втулку 15, направляющую 17 надеваются якорь 3, прокладка 18 и цилиндр 1; с помощью гаек 12 и 13 начинается их стягивание до зажима цилиндра 1 между деталью 2 и якорем 3; при дальнейшем навинчивании гаек 12 и 13 происходит напрессовка цилиндра 1 на деталь 2 с уменьшением зазора δ между торцами 6 и 7 до их упора; в стянутом со стоянии производится фиксация деталей 1 и 2 сверлением отверстий и запрессовкой штифтов 10. Если вместо штифтов 10 использовать винты, конструкция будет разборной.
После разборки приспособления с дальнейшим приклеиванием катушки к детали 2 и креплением корпуса магнитопровода в аппарате электромагнит будет иметь во включенном состоянии гарантированный калиброванный зазор в наружной части, равный толщине прокладки 18, что может быть полезно для быстрого отпускания якоря и связанных с ним подвижных деталей аппарата после снятия напряжения питания с катушки. Если при сборке не было прокладки 18, то при работе электромагнита в притянутом состоянии не будет рабочих воздушных зазоров, магнитное сопротивление цепи магнитопровода будет минимальным и вследствие этого, будет минимальной потребная намагничивающая сила - минимальный ток удержания; а при использовании в режиме удержания балластного резистора будут минимальными нагрев и потребление электроэнергии.
Если цилиндр 1 и деталь 2 собираются по скользящей посадке, то применяются при стягивании дополнительно поджимающая втулка 16 и гайка 14 (фиг.2). Вначале стягиваются до упора деталь 2 и якорь 3 с помощью шпильки 11, гаек 12 и 13 и поджимающей втулки 15. Затем с помощью гайки 14 и втулки 16 цилиндр 1 поджимается торцом 4 к торцу 5 якоря 3, ликвидируя начальный зазор δ. В стянутом состоянии производится фиксация цилиндра 1 и детали 2, как указано выше. На этом рисунке не использована калиброванная прокладка. В этом случае при работе электромагнита во включенном состоянии
не будет воздушных зазоров, тяга электромагнита при прочих равных условиях будет максимальной.
Работа электромагнита в аппарате по предложенной конструкции магнитопровода аналогична работе прототипа.
Следует отметить, что идентичность изготовления электромагнитов и существенное упрощение их сборки при серийном производстве легко обеспечиваются за счет применения шаблона для сверления отверстий под штифты или винты в виде охватывающего цилиндра с координированными отверстиями.
В настоящее время изготовлены и испытаны опытные образцы контакторов постоянного и переменного тока с использованием предлагаемого решения.