Электромагнитный коммутационный аппарат

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к электромагнитным коммутационным аппаратам, предназначенным для коммутации силовых электрических цепей переменного трехфазного тока.
Известен электромагнитный коммутационный аппарат (варианты) по патенту на изобретение RU 2339113 (опубликовано 27.04.2008, бюл. № 12). Аппарат по варианту 1 содержит корпус, сердечник с включающей катушкой, якорь, амортизаторы, расположенные между сердечником и корпусом, камеру с расположенными в ней неподвижными контактными узлами, траверсу, соединенную с якорем, подвижные мостиковые контактные узлы, выполненные в виде мостиков с серебросодержащими контакт-деталями, установленные в траверсе, короткозамкнутые витки, установленные в пазах крайних кернов сердечника, возвратную пружину. При этом амортизаторы выполнены U-образной формы, повторяющей контур сердечника, и в крайних ответвлениях которых со стороны рабочих частей кернов сердечника выполнены углубления (пазы) и отверстия для установки и фиксации короткозамкнутых витков.
Данное известное решение выбрано заявителем в качестве ближайшего аналога полезной модели.
К недостаткам данного известного решения следует отнести невозможность безопасной коммутации трех цепей переменного трехфазного тока. Под коммутацией цепи понимается замыкание и/или размыкание и/или проведение переменного тока.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении полезной модели, является создание электромагнитного коммутационного аппарата, обеспечивающего надежную и безопасную коммутацию трех цепей переменного трехфазного тока за счет обеспечении достаточного контактного усилия в контактной паре.
Технический результат заключается в обеспечении достаточного контактного усилия в контактной паре.
Технический результат достигается тем, что электромагнитный коммутационный аппарат, содержащий корпус, неподвижные контакты, траверсу, соединенную с якорем, согласно полезной модели, содержит не менее трех оснащенных контакт-деталями подвижных мостиковых контактов, каждый из которых подпружинен установленной над подвижным мостиковым контактом пружиной, положение которой зафиксировано посредством двух выступов, каждый подвижный мостиковый контакт оснащен выступом для фиксации положения одного конца пружины, а положение второго конца пружины зафиксировано при помощи выступа траверсы, при этом перемещение подвижных мостиковых контактов управляется общим электромагнитом.
Конструктивное исполнение электромагнитного коммутационного аппарата с тремя подвижными мостиковыми контактами обеспечивает одновременную коммутацию трех цепей переменного трехфазного тока. Каждый из трех подвижных мостиковых контактов коммутирует свою отдельную цепь переменного трехфазного тока, а три контакта (по числу цепей) обеспечивают безопасную коммутацию трех цепей переменного трехфазного тока.
Выполнение подвижных мостиковых контактов медесодержащими и их оснащение медесодержащими контакт-деталями существенно для достижения технического результата ввиду следующего.
Согласно таблице удельных сопротивлений проводников:
меди
-8
ρ = 1,68⋅10[Ом⋅м];
алюминия
-8
ρ = 2,7⋅10[Ом⋅м];
железа
-8
ρ = 9,9⋅10[Ом⋅м].
Поскольку электропроводность обратно пропорциональна сопротивлению, чистая медь по электропроводности обладает наивысшей проводимостью среди всех известных недрагоценных проводников (вывод подтвержден приведенными выше значениями удельных сопротивлений). Электропроводность - это мера того, насколько хорошо материал переносит электрический заряд, насколько применение данного материала эффективно для коммутации (проведения тока). Так как электропроводность обратно пропорциональна сопротивлению, можно сделать вывод, что медесодержащий материал лучше всех среди приведенных примеров подходит для коммутации тока. Это обеспечивает возможность выдерживания при коммутации повышенной нагрузки, связанной с прохождением (коммутацией) трехфазного переменного тока (380В-660В).
Так, в сравнении с однофазным током трехфазный переменный ток имеет большее значение напряжения, и на каждый проводник приходится большая нагрузка. Именно поэтому использование медесодержащих проводников необходимо для надежной и безопасной коммутации одновременно трех цепей переменного трехфазного тока.
Таким образом, из приведенных значений удельных сопротивлений следует, что изготовление отдельных токоведущих деталей электромагнитного коммутационного аппарата (подвижных мостиковых контактов, контакт-деталей подвижных мостиковых контактов и контакт-деталей неподвижных контактов) из медесодержащих материалов необходимо для надежной и безопасной коммутации переменного трехфазного тока.
Каждый из трех медесодержащих подвижных мостиковых контактов обеспечивает коммутацию одной цепи переменного трехфазного тока, а три (по числу цепей) медесодержащих подвижных мостиковых контакта обеспечивают надежную и безопасную коммутацию трех цепей переменного трехфазного тока.
Место контакта подвижного мостикового контакта и неподвижного контакта наиболее подвержено перегреву, так как при размыкании контактов образуется дуга. Согласно предлагаемому конструктивному решению на подвижном мостиковом контакте в месте его контакта с неподвижным контактом закреплены медесодержащие контакт-детали. Это усиливает место контакта и обеспечивает возможность выдерживания повышенной нагрузки, связанной с прохождением (коммутацией) трехфазного переменного тока (380В-660В).
Сопротивление проводника обратно пропорционально площади его поперечного сечения, т.е. чем больше площадь поперечного сечения, тем сопротивление меньше, и это обеспечивает возможность выдерживания повышенной нагрузки, связанной с прохождением (коммутацией) трехфазного переменного тока (380В-660В).
Перемещение трех подвижных мостиковых контактов (каждый из которых отвечает за коммутацию одной из трех цепей перемеренного тока) управляется общим электромагнитом, содержащим включающую катушку с обмоткой. Это позволяет плотно прижать подвижные мостиковые контакты к неподвижным контактам, которые они замыкают, и удерживать их в этом состоянии в процессе работы, что обеспечивает надежную и безопасную коммутацию переменного трехфазного тока.
Три пружины (по числу подвижных мостиковых контактов) обеспечивают прилегание подвижного и неподвижного контактов при прохождении переменного трехфазного тока по токоведущим деталям. В результате прохождении переменного трехфазного тока по токоведущим деталям возникает сила, стремящаяся разъединить контактную пару "подвижный мостиковый контакт - неподвижный контакт", при этом подвижный мостиковый контакт под действием этой силы отбрасывает от неподвижного контакта. Эта проблема решается введением в конструкцию аппарата над каждым из трех подвижных мостиковых контактов пружины, обеспечивающей противостояние силе, стремящейся разъединить контактную пару "подвижный мостиковый контакт - неподвижный контакт". Так, три пружины, размещенные над тремя подвижными мостиковыми контактами, обеспечивают коммутацию трех контактных пар "подвижный мостиковый контакт - неподвижный контакт". Каждая из трех пружин коммутирует свою отдельную цепь переменного трехфазного тока, а три пружины (по числу цепей) обеспечивают надежную и безопасную коммутацию трех цепей переменного трехфазного тока.
Сила, отбрасывающая подвижный мостиковый контакт от неподвижного контакта при прохождении переменного трехфазного тока по токоведущим деталям, велика. Для компенсации силы, действующей на подвижный мостиковый контакт и на пружину, траверса оснащена тремя выступами (по числу пружин) для фиксации пружин. Сила, отбрасывающая подвижный мостиковый контакт от неподвижного контакта, действует на пружину, при этом пружина, местоположение которой зафиксировано на выступе, упирается в траверсу и не позволяет возникающей силе отбросить подвижные мостиковые контакты от неподвижных контактов. Каждая из трех пружин, положение которой зафиксировано посредством выступа траверсы и размещенная над подвижным мостиковым контактом, коммутирует свою отдельную цепь переменного трехфазного тока, а три пружины (по числу цепей) обеспечивают надежную и безопасную коммутацию трех цепей переменного трехфазного тока.
Также, согласно полезной модели, электромагнитный коммутационный аппарат содержит не менее двух межполюсных диэлектрических перегородок, размещенных между местами контакта подвижных мостиковых контактов и неподвижных контактов двух смежных полюсов аппарата. Первая перегородка разделяет первый и второй полюс аппарата, коммутирующие соответственно первую и вторую фазы трехфазного переменного тока, а вторая перегородка разделяет второй и третий полюс аппарата, коммутирующие соответственно вторую и третью фазы трехфазного переменного тока.
Как было указано, место контакта подвижного мостикового контакта и неподвижного контакта наиболее подвержено перегреву, так как при размыкании контактов образуется дуга. Две межполюсных диэлектрических перегородки внутри аппарата формируют три камеры (по числу фаз переменного тока). Внутри каждой из камер располагаются детали одного из полюсов, коммутирующие одну фазу переменного тока. Так внутри каждой камеры коммутируется одна фаза трехфазного переменного тока.
Место контакта подвижного мостикового контакта и неподвижного контакта - это место смыкания контакт-детали подвижного мостикового контакта и контакт-детали неподвижного контакта в замкнутом положении контактов. Согласно полезной модели, электромагнитный коммутационный аппарат выполнен с двумя межполюсными диэлектрическими перегородками. Эти перегородки создают преграду, благодаря свойствам диэлектрика, исключая заброс тока с одного полюса аппарата, коммутирующего ток одной фазы, на другой полюс, коммутирующий другую фазу трехфазного переменного тока, и позволяет каждому полюсу безопасно и без перегрузки коммутировать свою фазу трехфазного переменного тока.
Благодаря наличию двух диэлектрических перегородок, ток каждой из трех фаз протекает по отдельному полюсу коммутационного аппарата (по отдельной заданной траектории без потерь и без утечки на другую фазу), вследствие чего обеспечивается надежная и безопасная коммутация трех цепей переменного трехфазного тока.
Электромагнит, управляющий коммутацией трех медесодержащих подвижных мостиковых контактов, размещен в диэлектрическом корпусе. Это позволяет обеспечивать надежную и безопасную коммутацию трех цепей переменного трехфазного тока. Так как корпус, в котором размещен электромагнит, выполненный из электротехнической содержащей кремний стали, изготовлен из диэлектрика, это исключает потери электромагнитного потока на корпус. Благодаря свойствам диэлектрика, не проводящего электрический ток, исключается утечка тока, а, следовательно, и электромагнитного поля через корпус. Это позволяет сохранять высокую мощность для управления сразу тремя подвижными мостиковыми контактами, соответственно обеспечивается безопасная и надежная коммутация трех цепей трехфазного переменного тока.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид электромагнитного коммутационного аппарата; на фиг. 2 - разрез В-В; на фиг. 3 - траверса с подвижными мостиковыми контактами, оснащенными пружинами (частичный разрез).
На фиг. 1 - 3 номерами позиций обозначены:
1 - контакт-детали неподвижного контакта;
2 - корпус;
3 - контакт-деталь подвижного мостикового контакта;
4 - подвижный мостиковый контакт;
5 - пружина;
6 - выступ для фиксации пружины;
7 - неподвижный контакт;
8 - траверса;
9 - якорь;
10 - сердечник;
11 - диэлектрическая перегородка;
12 - крышка корпуса.
Электромагнитный коммутационный аппарат содержит корпус 2 с крышкой 12 (фиг. 1), электромагнитную систему: сердечник 10 с катушкой, якорь 9, работа которого управляет траверсой 8 (фиг. 2). Аппарат также содержит подвижные мостиковые контакты 4, оснащенные контакт-деталями 3, и неподвижные контакты 7, оснащенные контакт-деталями 1. Место контакта соответствует месту смыкания контакт-деталей 3 подвижного мостикового контакта 4 и контакт-деталей 1 неподвижного контакта 7 при замыкании контактов.
Подвижные мостиковые контакты 4 оснащены (подпружинены) пружинами 5. Один конец пружины 5 фиксируется на выступе, выполненном на самом подвижном контакте 4, а второй - на выступе, выполненном в траверсе 8. Пружины 5 обеспечивают прилегание подвижного 4 и неподвижного 7 контактов при прохождении переменного трехфазного тока по токоведущим деталям. Пружина оказывает давление на подвижный мостиковый контакт. Она прижимает подвижный мостиковый контакт к неподвижному контакту и противодействует силе, стремящейся разъединить контакты, вследствие этого осуществляется надежная и безопасная коммутация одной фазы переменного тока.
В аппарате предусмотрено не менее трех подвижных мостиковых контактов, каждый из которых подпружинен установленной над подвижным мостиковым контактом пружиной, положение которой зафиксировано посредством двух выступов, при этом подвижный мостиковый контакт оснащен выступом для фиксации положения одного конца пружины, а положение второго конца пружины зафиксировано при помощи выступа траверсы. Это позволяет пружине оказывать давление на подвижный мостиковый контакт. Таким образом, пружина прижимает подвижный мостиковый контакт к неподвижному контакту и противодействует силе, стремящейся разъединить контакты. Так как каждый из трех подвижных мостиковых контактов оснащен выступом и подпружинен пружиной, то обеспечивается надежная и безопасная коммутация трех цепей переменного тока трехфазного тока.
Подвижные мостиковые контакты 4 и контакт-детали 3 выполнены медесодержащими. Контакт-детали 1 неподвижных контактов 7 также выполнены медесодержащими. Под медесодержащим материалом подразумевается материал, в составе которого содержится медь, включая медь М1.
Перемещение подвижных мостиковых контактов 4 управляется общим электромагнитом, содержащим катушку с обмоткой. Траверса 8 соединена с якорем 9 электромагнита.
Электромагнит, управляющий коммутацией трех подвижных мостиковых контактов, размещен в диэлектрическом корпусе. Это позволяет сохранять высокую мощность электромагнита и позволяет электромагниту управлять сразу тремя цепями трехфазного переменного тока. Электромагнит изготавливается из электротехнической стали, содержащей кремний. Особенность такой стали в ее свойствах. Электротехническая сталь, содержащая кремний, обладает хорошими магнитными характеристиками - высокой индукцией насыщения, малой коэрцитивной силой и малыми потерями на гистерезис. Благодаря зернистой структуре и низкой плотности, которая формируется сложным производственным процессом, текстурированная электротехническая сталь обладает отличными магнитными свойствами. Благодаря свойствам электротехнической стали она создает мощное электромагнитное поле. Высокая мощность электромагнита позволяет электромагниту коммутировать три цепи трехфазного переменного тока.
Электромагнитный коммутационный аппарат содержит не менее двух межполюсных диэлектрических перегородок 11, каждая из которых размещена между местами контакта подвижного мостикового контакта 4 и неподвижных контактов 7 двух смежных полюсов аппарата. Диэлектрические перегородки 11 могут быть выполнены в части корпуса, на которой установлены неподвижные контакты, или они могут быть образованы при смыкании крышки корпуса аппарата и части корпуса, на которой установлены неподвижные контакты, а также они могут быть выполнены в крышке электромагнитного коммутационного аппарата.
Электромагнитный коммутационный аппарат работает следующим образом.
При подаче тока на обмотку катушки вокруг обмотки возникает электромагнитное поле, которое притягивает якорь 9 электромагнита к сердечнику 10. Траверса 8, соединенная с якорем 9 электромагнита, приходит в движение. За счет перемещения траверсы 8 подвижные мостиковые контакты 4 замыкаются с неподвижными контактами 7. При отключении питания от катушки якорь 9 возвращается в исходное положение. Подвижные мостиковые контакты 4 размыкают цепь.
Предлагаемый электромагнитный коммутационный аппарат надежен в работе и обеспечивает безопасную коммутацию трех цепей переменного трехфазного тока за счет обеспечении достаточного контактного усилия в контактной паре. Предлагаемое решение также расширяет арсенал электрических коммутационных аппаратов.