КОММУТАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО С ГАШЕНИЕМ ДУГИ С ПОМОЩЬЮ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ
SWITCHING DEVICE WITH THE ARC EXTINCTION WITH THE HELP OF PERMANENT MAGNETS

Настоящее изобретение относится к коммутационному устройству в соответствии с ограничительной частью независимого пункта 1 формулы изобретения.
Стандартное коммутационное устройство состоит по меньшей мере из одного контактного места и дуговыдувающего устройства, связанного с указанным контактным местом. Указанное дуговыдувающее устройство содержит по меньшей мере один магнит дутья для создания магнитного поля дутья. Природа указанного поля дутья такова, что коммутационная дуга, которая возникает в момент размыкания контакта, гасится в контактном месте.
Стандартное коммутационное устройство известно, например, из ЕР 2230678 А2. Это дугостойкий контактор, чье дуговыдувающее устройство содержит как постоянные магниты, так и электроуправляемые катушки дутья. Использование катушек дутья для магнитного поля дутья обычно означает, что коммутационное устройство является относительно тяжелым, большим и дорогим в производстве. Кроме того, эффект дутья дуги зависит от плотности тока, что приводит к появлению критических диапазонов тока. Срабатывание катушек дутья в момент переключения требует дополнительных затрат.
Цель настоящего изобретения состоит в предоставлении переключающего устройства указанного стандартного типа, которое будет гарантировать надежное гашение дуги независимо от направления тока, и при этом будет иметь простую и недорогую конструкцию.
Указанная цель достигнута с помощью признаков, содержащихся в независимом пункте 1 формулы изобретения. Согласно ему, решение для стандартного коммутационного устройства в соответствии с данным изобретением задается в случае, когда поле дутья содержит первую область магнитного поля и вторую область магнитного поля, расположенную рядом с первой областью магнитного поля, при этом силовые линии первой области магнитного поля ориентированы в противоположном направлении по отношению к силовым линиям второй области магнитного поля, и при этом поле дутья дополнительно содержит переходную область, которая соединяет друг с другом первую область магнитного поля и вторую область магнитного поля, при этом ориентация силовых линий магнитного поля в переходной области, каждая из которых начинается от первой области магнитного поля и второй области магнитного поля, выровнена по направлению к контактному месту, так что коммутационная дуга в пределах переходной области зависит от направления тока, начиная от контактного места, направлена или в первую область магнитного поля, или во вторую область магнитного поля, но в обоих случаях выдувается в одном и том же направлении от контактного места.
Решение согласно данному изобретению обладает тем преимуществом, что коммутационная дуга всегда выдувается в одном направлении от корпуса коммутационного устройства независимо от направления тока, так что для гашения дуги требуется только дугогасящее устройство. Магнитное поле дутья в этом случае будет создаваться исключительно с помощью постоянных магнитов, и можно будет полностью обойтись без тяжелых и дорогих катушек дутья. Поэтому коммутационное устройство в соответствии с данным изобретением является очень компактным. Поэтому коммутационная дуга образуется в центре переходной области поля дутья и поэтому направляется или в первую область магнитного поля или во вторую область магнитного поля в зависимости от направления тока. Силовые линии магнитного поля в переходной области преимущественно расходятся в пределах угла 180°. Особенно простая компоновка получается в том случае, когда вторая область магнитного поля создается как зеркальное отображение первой области магнитного поля.
Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения первая область магнитного поля связана с первым каналом, и вторая область магнитного поля связана со вторым каналом, при этом первый канал и второй канал проходят параллельно и расположены возле друг друга, и при этом первый канал пересекается поперечно своему продольному направлению силовыми линиями магнитного поля первой области магнитного поля, и второй канал пересекается поперечно своему продольному направлению силовыми линиями магнитного поля второй области магнитного поля.
Благодаря установленным каналам коммутационная дуга может безопасно и надежно отводиться от контактного места.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения коммутационное устройство также содержит дугогасящее устройство, которое выполнено таким образом, что коммутационная дуга выдувается через дуговыдувающее устройство в дугогасящее устройство независимо от направления тока. Таким образом, надежное гашение дуги достигается малозатратным способом.
В дополнительном, особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения дуговыдувающее устройство содержит первую боковую полюсную пластину, вторую боковую полюсную пластину и расположенную между ними центральную полюсную пластину, при этом первая область магнитного поля задана между первой боковой полюсной пластиной и центральной полюсной пластиной, и при этом вторая область магнитного поля задана между второй боковой полюсной пластиной и центральной полюсной пластиной. В этом варианте осуществления поле дутья может быть создано точно и простым способом. Кроме того, этот вариант осуществления предоставляет особенно компактное и конструктивно предпочтительное решение. В первой области магнитного поля и во второй области магнитного поля силовые линии магнитного поля направлены по существу поперечно полюсным пластинам. Каждый из вышеупомянутых каналов проходит между боковой полюсной пластиной и центральной полюсной пластиной. Полюсные пластины предпочтительно образуют боковые стенки каналов.
В дополнительном, особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения первая боковая полюсная пластина связана по меньшей мере с одним первым магнитом дутья, и вторая боковая полюсная пластина связана по меньшей мере с одним вторым магнитом дутья, при этом первый магнит дутья и второй магнит дутья имеют противоположные полярности. Как первый магнит дутья, так и второй магнит дутья предпочтительно расположены между боковой полюсной пластиной и центральной полюсной пластиной. Кроме того, первый магнит дутья предпочтительно находится в непосредственном контакте с первой боковой полюсной пластиной, и второй магнит дутья предпочтительно находится в непосредственном контакте со второй боковой полюсной пластиной.
В другом, также особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения центральная полюсная пластина по меньшей мере на одном первом конце, обращенном к контактному месту, короче двух боковых полюсных пластин. Благодаря этому достигается особенно эффективное разнесение силовых линий магнитного поля в переходной области. Особенно выгодным является вариант, когда две боковые полюсные пластины проходят по бокам рядом с контактным местом, так что контактное место расположено между первым концом первой боковой полюсной пластины и первым концом второй боковой полюсной пластины. Благодаря такой компоновке, электрическая дуга после своего образования гарантированно направляется или в первую область магнитного поля, или во вторую область магнитное поля, что зависит от направления тока. Еще более предпочтительным является вариант, когда второй конец центральной полюсной пластины, который находится с противоположной стороны от первого конца пластины, короче двух боковых полюсных пластин. Таким образом, коммутационная дуга перед попаданием в дугогасящее устройство снова направляется к центру, если можно так сказать, в плоскости симметрии центральной полюсной пластины. Благодаря этому конструкция дугогасящего устройства может быть особенно компактной.
В другом, особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения контактное место содержит неподвижный контакт и подвижный контакт, при этом первая направляющая дугу пластина и вторая направляющая дугу пластина связаны с неподвижным контактом, при этом и первая направляющая дугу пластина, и вторая направляющая дугу пластина расположены между контактным местом и дугогасящим устройством и электропроводным способом соединены с неподвижным контактом, при этом третья направляющая дугу пластина и четвертая направляющая дугу пластина связаны с подвижным контактным местом, при этом и третья направляющая дугу пластина, и четвертая направляющая дугу пластина также расположены между контактным местом и дугогасящим устройством, и при этом и третья направляющая дугу пластина, и четвертая направляющая дугу пластина проходят на некотором расстоянии от подвижного контакта, и при этом первая направляющая дугу пластина и третья направляющая дугу пластина образуют первую пару направляющих дугу пластин, связанную с первой областью магнитного поля, и вторая направляющая дугу пластина и четвертая направляющая дугу пластина образуют вторую пару направляющих дугу пластин, связанную со второй областью магнитного поля, и при этом все направляющие дугу пластины первой и второй пар, начиная с контактного места, отклоняются таким образом, что коммутационная дуга вытягивается или между первой направляющей дугу пластиной и третьей направляющей дугу пластиной, или между второй направляющей дугу пластиной и четвертой направляющей дугу пластиной, когда коммутационная дуга выдувается через дуговыдувающее устройство в дугогасящее устройство. Гашение коммутационной дуги в этом варианте осуществления значительно упрощается благодаря ее вытягиванию. Третья и четвертая направляющие дугу пластины не соединены с подвижным контактом. Поэтому они могут быть прикреплены простым способом к неподвижному компоненту коммутационного устройства. Поэтому масса, которая соединена с подвижным контактом и которой поэтому необходимо придавать ускорение при замыкании и размыкании контактного места, является очень маленькой. Соответственно, привод подвижного контакта может иметь небольшой размер. Чтобы коммутационная дуга могла перескакивать с подвижного контакта на третью или на четвертую направляющую дугу пластину, предпочтительно, чтобы, соответственно, между третьей или четвертой направляющей дугу пластиной и подвижным контактом существовал только небольшой зазор. Однако первая и вторая направляющие дугу пластины предпочтительно жестко соединены с неподвижным контактом и еще более предпочтительно образуют одно целое с неподвижным контактом. При таком подходе необходимо изготовить и установить только несколько компонентов. Благодаря этому конструкция коммутационного устройства остается простой и недорогой.
В дополнительном, особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения коммутационное устройство содержит первое контактное место и второе контактное место, при этом подвижные контакты первого и второго контактного места скомпонованы на общем контактном мосте, и при этом третья направляющая дугу пластина и четвертая направляющая дугу пластина в первом контактном месте электрически соединены с третьей направляющей дугу пластиной и четвертой направляющей дугу пластиной во втором контактном месте. В этом варианте осуществления простой способ позволяет добиться, чтобы коммутационная дуга перескакивала на направляющие дугу пластины и направлялась и, вследствие этого, вытягивалась между задействованными направляющими дугу пластинами на пути к соответствующему дугогасящему устройству.
Такой вариант будет особенно предпочтительным при условии, что третья направляющая дугу пластина в первом контактном месте посредством первого электропроводного соединения электрически соединена с третьей или четвертой направляющей дугу пластиной во втором контактном месте, при этом четвертая направляющая дугу пластина в первом контактном месте посредством второго электропроводного соединения электрически соединена с соответствующей другой третьей или четвертой направляющей дугу пластиной во втором контактном месте, при этом между первым электропроводным соединением и вторым электропроводным соединением существует третье электропроводное соединение, и при этом в третьем электропроводном соединении предпочтительно установлен диод, пропускающий ток только в одном направлении. В этом варианте осуществления коммутационное устройство согласно данному изобретению подходит для работы не только в цепи постоянного тока, но и в цепи переменного тока. Коммутационная дуга надежно гасится даже в том случае, когда к коммутационному устройству прикладывается напряжение переменного тока. Если коммутационная дуга возникает в первом контактном месте, например, во время положительного полупериода, тогда она с соответствующей полярностью направляется в первую область магнитного поля, при этом ток протекает в том числе через электрическую дугу в первом контактном месте, диод и коммутационную дугу во втором контактном месте. После окончания положительного полупериода ток больше не течет, поскольку диод не пропускает ток в противоположном направлении. Происходит возврат в твердое состояние, и коммутационная дуга исчезает. Третье электропроводное соединение может быть образовано в любой точке между первым и вторым электропроводными соединениями. Например, можно установить третье электропроводное соединение между третьей и четвертой направляющими дугу пластинами в первом контактном месте. Действия по компоновке будут особенно незначительными, когда третья и четвертая направляющие дугу пластины в первом и втором контактных местах соединены друг с другом параллельно. Это означает, что третья направляющая дугу пластина в первом контактном месте электрически соединена с противоположно расположенной третьей направляющей дугу пластиной во втором контактном месте, а четвертая направляющая дугу пластина в первом контактном месте электрически соединена с противоположно расположенной четвертой направляющей дугу пластиной во втором контактном месте. При соответствующем изменении полярности магнитного поля дутья третья и четвертая направляющие дугу пластины могут быть соединены в двух контактных местах, но могут также и пересекать друг друга.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения коммутационное устройство содержит первое контактное место и расположенное рядом второе контактное место, при этом центральная полюсная пластина в первом контактном месте и центральная полюсная пластина во втором контактном месте имеют различную полярность магнитного поля. Благодаря этому становятся оптимальными поля дутья в двух контактных местах. Центральная полюсная пластина в первом контактном месте предпочтительно выровнена на одном уровне с центральной полюсной пластиной во втором контактном месте.
В дополнительном, особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения один или несколько магнитов дутья являются исключительно постоянными магнитами. Поэтому это коммутационное устройство данного изобретения имеет чрезвычайно простую конструкцию и является недорогим в изготовлении. Компактную конструкцию можно сделать еще более оптимальной, если постоянные магниты будут магнитами из редкоземельных металлов.
В соответствии с дополнительным, особенно предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, коммутационное устройство содержит первое контактное место и второе контактное место, при этом первое контактное место связано с первым дуговыдувающим устройством, и второе контактное место связано со вторым дуговыдувающим устройством, при этом первое контактное место содержит первый неподвижный контакт и первый подвижный контакт, второе контактное место содержит второй неподвижный контакт и второй подвижный контакт, при этом первый подвижный контакт и второй подвижный контакт расположены на противоположных концах общего контактного моста, при этом первый неподвижный контакт связан по меньшей мере с одной первой направляющей дугу пластиной, и второй неподвижный контакт связан по меньшей мере с одной второй направляющей дугу пластиной, при этом первая направляющая дугу пластина и вторая направляющая дугу пластина расположены между соответствующим неподвижным контактом и дугогасящим устройством и электрически соединены с соответствующим неподвижным контактом, при этом дополнительно выполнены третья направляющая дугу пластина и четвертая направляющая дугу пластина, при этом и третья направляющая дугу пластина и четвертая направляющая дугу пластина проходят дугообразно от первого подвижного контакта ко второму подвижному контакту, так что третья направляющая дугу пластина и четвертая направляющая дугу пластина каждая по отдельности образуют с контактным мостом почти замкнутый контур, и при этом центральные полюсные пластины первого и второго дуговыдувающих устройств расположены между третьей и четвертой направляющими дугу пластинами.
В этом варианте осуществления особенно простая конструкция, и поэтому его производство будет недорогим. В то же время, этот вариант осуществления обладает особенно высоким потенциалом гашения дуги как в цепях постоянного тока, таки в цепях переменного тока. Компоновки первого дуговыдувающего устройства и второго дуговыдувающего устройства обладают по существу зеркальной симметрией друг к другу. Поэтому полярность магнитного поля полюсных пластин первого дуговыдувающего устройства в этом варианте осуществления совпадает с полярностью магнитного поля полюсных пластин второго дуговыдувающего устройства. Концы третьей и четвертой направляющих дугу пластин находятся на небольшом расстоянии от концов контактного моста, так что контактный мост может перемещаться относительно третьей и четвертой направляющих дугу пластин. Когда дуга выдувается из контактного места, нижняя точка дуги перескакивает из контактного моста на третью или на четвертую направляющую дугу пластину. Особенно эффективная компоновка получается в том случае, когда контактный мост устанавливается над неподвижными контактами. Первая направляющая дугу пластина и вторая направляющая дугу пластина предпочтительно расположены под соответствующей центральной полюсной пластиной, и каждая из них расположена по ширине как первого канала, так параллельного ему второго канала, связанного дуговыдувающего устройства. Каждая из них предпочтительно соединяет неподвижный контакт со связанным концевым контактом. Углы контактного моста предпочтительно закруглены для увеличения срока службы.
В соответствии с особенно предпочтительным вариантом осуществления, первый магнит дутья первого дуговыдувающего устройства и первый магнит дутья второго дуговыдувающего устройства расположены внутри контура, образованного третьей направляющей дугу пластиной и контактным мостом, при этом второй магнит дутья первого дуговыдувающего устройства и второй магнит дутья второго дуговыдувающего устройства расположены внутри контура, образованного четвертой направляющей дугу пластиной и контактным мостом. Таким образом, магниты дутья простым способом экранированы от коммутационной дуги. Защитное покрытие для магнитов дутья, которое изготавливается из керамики или из другого аналогичного материала, не требуется.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления центральные полюсные пластины первого и второго дуговыдувающих устройств защищены электроизоляционным образом. Такая защитная оболочка может быть изготовлена из подходящей пластмассы или керамики.
В соответствии с дополнительным предпочтительным развитием этого варианта осуществления, дугогасящее устройство содержит первое дугогасящее устройство и второе дугогасящее устройство, при этом первое и второе дугогасящие устройства установлены на противоположных сторонах корпуса коммутационного устройства таким образом, что первый канал и второй канал первого дуговыдувающего устройства ведут к первому дугогасящему устройству, при этом первый и второй каналы второго дуговыдувающего устройства ведут ко второму дугогасящему устройству. Особенно предпочтительным является вариант, когда третье дугогасящее устройство дополнительно установлено на верхней стороне корпуса, соединяющей две противоположные стороны, так что первый и второй каналы первого и второго дуговыдувающих устройств также ведут к третьему дугогасящему устройству. В результате, способность гашения при необходимости может быть дополнительно увеличена. Части корпуса, расположенные между дугогасящим устройством, могут быть подходящими медными пластинами, защищенными при необходимости от дуги. Дополнительным преимуществом является то, что для выполнения техобслуживания дугогасящее устройство может, возможно вместе с двумя дуговыдувающими устройствами, полностью выниматься из корпуса коммутационного устройства, что обеспечивает простой беспрепятственный доступ к неподвижным контактам и контактному мосту. Привод коммутационного устройства предпочтительно расположен под двумя неподвижными контактами.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, каждое из дугогасящих устройство содержит множество гасящих элементов, установленных друг на друге. Указанные гасящие элементы могут быть изготовлены из керамики. Каждый из гасящих элементов на конце, обращенном к контактному месту или, соответственно, к третьей и четвертой направляющих дугу пластинам, содержит по меньшей мере две клинообразные грани, при этом указанные клинообразные грани каждого гасящего элемента дополняют клинообразные грани следующего гасящего элемента, образуя V-образные канавки, каждая из которых связана с одним из двух каналов. В зависимости от направления тока, дуга выдувается или через первый канал, или через второй канал соответствующего дуговыдувающего устройства в одну из двух V-образных канавок. Каждое из дугогасящих устройств содержит множество отверстий, направленных наружу, так что плазма, создаваемая коммутационная дугой, может выходить через корпус коммутационного устройства. Указанные отверстия предпочтительно образованы соответствующими канавками в гасящих элементах.
Коммутирующую способность можно дополнительно увеличить, если контактный мост согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления установить на держатель контакта, изготовленный из диэлектрического материала, при этом указанный держатель контакта расположен между первым контактным местом и вторым контактным местом по всей ширине корпуса коммутационного устройства. Держатель контакта крайне предпочтительно заходит с обеих сторон в соответствующие канавки корпуса таким образом, что для плазмы, созданной дугой, образуется барьер в виде лабиринтного уплотнения. Под держателем контакта можно дополнительно установить гофрированные элементы для предотвращения короткого замыкания на землю, которое может произойти вследствие действия плазмы, создаваемой дугой в случае дугового пробоя на коромысле привода коммутационного устройства при коммутации больших нагрузок.
Коммутационное устройство предпочтительно является контактором.
Настоящее изобретение также предлагает дуговыдувающее устройство для коммутационного устройства.
Ниже более подробно объяснены варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи, где:
Фигура 1: показывает вид сбоку коммутационного устройства в соответствии с данным изобретением с открытым корпусом согласно первому варианту осуществления,
Фигура 2: показывает вид сверху в разрезе коммутационного устройства в соответствии с данным изобретением, показанного на Фигуре 1,
Фигура 3: показывает коммутационное устройство, показанное на фигурах 1 и 2, в виде Фигуры 1 сразу же после размыкания точек контакта,
Фигура 4: показывает представление Фигуры 3 с обратным направлением тока,
Фигура 5: показывает вид сбоку коммутационного устройства в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения,
Фигура 6: показывает вид в разрезе коммутационного устройства в соответствии с данным изобретением, показанного на Фигуре 5, по линии сечения VI, указанной на Фигуре 5 (поперечный вид в разрезе),
Фигура 7: показывает вид в разрезе коммутационного устройства в соответствии с данным изобретением, показанного на Фигуре 5, по линии сечения VII, указанной на Фигуре 5 (продольный вид в разрезе),
Фигура 8: показывает вид в разрезе коммутационного устройства в соответствии с данным изобретением, показанного на Фигуре 5, по линии сечения VIII, указанной на Фигуре 5 (вид сверху в разрезе),
Фигура 9: показывает гасящий элемент дугогасящего устройства коммутационного устройства в соответствии с данным изобретением, показанного на фигурах 5-8,
Фигура 10: показывает дополнительный гасящий элемент дугогасящего устройства коммутационного устройства в соответствии с данным изобретением, показанного на фигурах 5-8,
Фигура 11: показывает два установленных друг на друге гасящих элемента, показанных на фигурах 9 и 10.
В приведенных ниже вариантах осуществления одинаковые компоненты обозначены одинаковыми номерами позиций. Если чертеж содержит номера позиций, которые не объяснены подробно в приложенном описании фигуры, в таком случае сделана ссылка на предыдущие или последующие описания фигур.
Фигура 1 показывает вид сбоку коммутационного устройства 1 в соответствии с данным изобретением. Указанное коммутационное устройство является однополюсным контактором. В части, проиллюстрированной на Фигуре 2, из соображений наглядности не показаны корпус коммутационного устройства и другие компоненты. Фигура 2 показывает вид сверху в разрезе. Разрез проходит через оси компонентов 2.1 и 2.2, показанных на Фигуре 1.
Контактор 1 содержит два неподвижных контакта 7.1 и 7.2, каждый из которых электрически соединен с соответствующим концевым контактом 8.1, 8.2. Два неподвижных контакта 7.1 и 7.2 могут быть электрически соединены друг с другом посредством контактного моста 10. Контактный мост 10 приводится в движение якорем электромагнитного привода 19 и содержит два подвижных контакта 9.1, 9.2. При замыкании контактов первый подвижный контакт 9.1 упирается торцом в первый неподвижный контакт 7.1. Второй подвижный контакт 9.2 образует контакт со вторым неподвижным контактом 7.2. Как уже было сказано, корпус контактора 1 не показан. На рисунке показана только монтажная опора 20 коммутационного устройства, к которой прикреплен электромагнитный привод.
Когда контакты размыкаются, между первым неподвижным контактом 7.1 и первым подвижным контактом 9.1 и между вторым неподвижным контактом 7.2 и вторым подвижным контактом 9.2 образуются коммутационные дуги.
Чтобы предотвратить повреждение коммутационного устройства вследствие образования коммутационных дуг, их необходимо отвести от области контакта и погасить. Комбинация первого неподвижного контакта 7.1 и первого подвижного контакта 9.1 далее будет называться первым контактным местом. Комбинация второго неподвижного контакта 7.2 и второго подвижного контакта 9.2 будет называться вторым контактным местом. Коммутационное устройство содержит дуговыдувающие устройства для каждой из двух точек контакта для выдувания коммутационных дуг из точек контакта. Каждое из двух дуговыдувающих устройств связано с дугогасящими устройствами 5.1 и 5.2 соответственно. Дугогасящие устройства схематически показаны на Фигуре 2 и могут известным способом содержить множество гасящих пластин или керамических гасящих элементов.
Конструкция дуговыдувающего устройства сначала объяснена для первого контактного места, состоящего из первого неподвижного контакта 7.1 и первого подвижного контакта 9.1. Поле дутья, создаваемое дуговыдувающим устройством в коммутационном устройстве, в соответствии с данным изобретением генерируется только с помощью постоянных магнитов. В электроуправляемых катушках дутья нет необходимости. Поэтому используются только два постоянных магнита 2.1 и 2.2. Два постоянных магнита 2.1 и 2.2 располагаются, соответственно, между первым контактным местом и дугогасящим устройством 5.1, которое соединено с первым контактным местом. Первый постоянный магнит 2.1 находится в непосредственном контакте с первой боковой полюсной пластиной 6.1, которая установлена на боковой стенке корпуса коммутирующего устройства, который не показан. Второй постоянный магнит 2.2 аналогичным образом находится в непосредственном контакте со второй боковой полюсной пластиной 6.2, которая установлена на противоположной стороне корпуса и не показана на Фигуре 1 из соображений удобства. Центральная полюсная пластина 6.3, которая также не показана на Фигуре 1, расположена между двумя боковыми полюсными пластинами 6.1 и 6.2 и параллельно им. Удаленный сердечник магнита расположен, соответственно, между двумя постоянными магнитами и центральной полюсной пластиной 6.3. Как удаленный сердечник, так и постоянные магниты имеют цилиндрическую форму. На Фигуре 2 видно, что оба компонента закрыты защитным покрытием 21.
Полюса двух постоянных магнитов 2.1 и 2.2 направлены в противоположные стороны. Южные полюса расположены, соответственно, на первой полюсной пластине 6.1 и на второй полюсной пластине 6.2. Общий северный полюс расположен на центральной полюсной пластине 6.3. Вследствие противоположной полярности полюсов силовые линии магнитного поля между второй боковой полюсной пластиной 6.2 (справа) и центральной полюсной пластиной 6.3 ориентированы прямо противоположно силовым линиям магнитного поля между первой полюсной пластиной 6.1 (слева) и центральной полюсной пластиной 6.3. Этот факт можно хорошо видеть по силовым линиям 23 магнитного поля, показанным на Фигуре 2.
Полюсные пластины задают между собой два канала, которые начинаются с первого контактного места и ведут к дугогасящему устройству 5.1. Первый канал 4.1 расположен между первой боковой полюсной пластиной 6.1 и центральной полюсной пластиной 6.3. Второй канал 4.2 расположен между второй боковой полюсной пластиной 6.2 и центральной полюсной пластиной 6.3. Поперечно продольному направлению каждого из каналов их проникают силовые линии одного из двух противоположно направленных магнитных полей. Как хорошо видно на Фигуре 2, две боковые полюсные пластины 6.1, 6.2 находятся на боковых сторонах и доходят непосредственно к контактному месту, а центральная полюсная пластина 6.3 немного короче и заканчивается перед контактным местом. Благодаря этому образуется переходная область магнитного поля дутья в контактном месте. Приблизительно в центре неподвижного контакта 7.1 или подвижного контакта 9.1 силовые линии этого магнитного поля перпендикулярны силовым линиям двух магнитных полей в каналах 4.1 и 4.2. Силовые линии магнитного поля в переходной области расходятся почти в пределах угла 180°. Вследствие этого направление магнитного поля в канале 4.1 будет изменяться в переходной области до тех пор, пока оно не совпадет с направлением магнитного поля в канале 4.2.
Если теперь первый концевой контакт 8.1 соединить с положительным полюсом источника питания, тогда при размыкании контактов в первом контактном месте образуется коммутационная дуга 3.1, которая под воздействием магнитного поля дутья, показанного на Фигуре 2, сначала отклоняется вправо и затем заходит в канал 4.2 между второй боковой полюсной пластиной 6.2 и центральной полюсной пластиной 6.3. Направление движения коммутационной дуги 3.1 для этого случая показано стрелочкой 24. Если первый концевой контакт 8.1 соединить с отрицательным полюсом источника питания, тогда коммутационная дуга сначала отклонится в противоположном направлении, то есть влево, и затем войдет по пути, показанному стрелочкой 25, в левый канал 4.1 между первой боковой полюсной пластиной 6.1 и центральной полюсной пластиной 6.3. В обоих случаях коммутационная дуга последовательно загоняется магнитным полем дутья в дугогасящее устройство 5.1. Центральная полюсная пластина 6.3 на своем противоположном конце напротив дугогасящего устройства 5.1 также немного короче двух боковых полюсных пластин 6.1, 6.2. Вследствие этого магнитное поле дутья непосредственно перед дугогасящим устройством 5.1 также содержит переходную область, которая направляет коммутационную дугу в центр дугогасящего устройства 5.1. Это обеспечивает компактную конструкцию дугогасящего устройства 5.1.
Во втором контактном месте, образованном вторым неподвижным контактом 7.2 и вторым подвижным контактом 9.2, также предусмотрено дуговыдувающее устройство, конструкция которого идентична конструкции дуговыдувающего устройства в первом контактном месте. Существенное отличие между ними состоит в том, что полюса двух постоянных магнитов 2.1, 2.2 противоположно ориентированы. Поэтому во втором контактном месте на центральной полюсной пластине 6.3 расположен южный полюс. Каждая из двух боковых полюсных пластин 6.1 и 6.2 образует северный полюс магнитного поля. Когда первый концевой контакт 8.1 соединен с положительным полюсом источника питания, а второй концевой контакт 8.2 - с отрицательным полюсом, тогда коммутационная дуга 3.2, возникающая на втором контактном месте, сначала отклоняется влево и затем входит в канал между левой боковой полюсной пластиной 6.1 и центральной полюсной пластиной 6.3. При изменении полярности напряжения коммутационная дуга 3.2 на втором контактном месте отражается вправо и входит в канал между правой боковой полюсной пластиной 6.2 и центральной полюсной пластиной 6.3.
На Фигуре 1 видно, что установлено несколько так называемых направляющих дугу пластин, который, во-первых, направляют коммутационную дугу в дугогасящее устройство и, во-вторых, вытягивают ее на этом пути. Компоновку направляющих дугу пластин сначала необходимо объяснить для первого контактного места. Первый неподвижный контакт 7.1 имеет первую направляющую дугу пластину 11.1 и вторую направляющую дугу пластину 12.1. Также две направляющие дугу пластины, а именно третья направляющая дугу пластина 13.1 и четвертая направляющая дугу пластина 14.1, связаны с расположенным напротив первым подвижным контактом 9.1. Третья направляющая дугу пластина 13.1 и четвертая направляющая дугу пластина 14.1 не соединены, соответственно, с подвижным контактом 9.1 или контактным мостом 10, но жестко закреплены в коммутационном устройстве. Поэтому между третьей направляющей дугу пластиной 13.1 и контактным мостом 10 и между четвертой направляющей дугу пластиной 14.1 и контактным мостом 10 существует зазор 22, показанный на Фигуре 2. Первая направляющая дугу пластина 11.1 вместе с третьей направляющей дугу пластиной 13.1 образуют пару направляющих дугу пластин, которая связана с первым каналом 4.1 между первой боковой полюсной пластиной 6.1 и центральной полюсной пластиной 6.3. Аналогичным образом вторая направляющая дугу пластина 12.1 вместе с четвертой направляющей дугу пластиной 14.1 образуют пару направляющих дугу пластин, которая связана со вторым каналом 4.2 между второй боковой полюсной пластиной 6.2 и центральной полюсной пластиной 6.3. Начиная с контактного места, две пары направляющих дугу пластин расходятся для вытягивания коммутационной дуги на пути к дугогасящему устройству.
Соответствующие направляющие дугу пластины также установлены во втором контактном месте, где третья и четвертая направляющие дугу пластины 13.1 и 14.1 в первом контактном месте электрически соединены, соответственно, с третьей и четвертой направляющими дугу пластинами 13.2 и 14.2 во втором контактном месте. Это означает, что третья направляющая дугу пластина 13.1 в первом контактном месте электрически соединена через электрическое соединение 15 с третьей направляющей дугу пластиной 13.2 во втором контактном месте. Аналогично четвертая направляющая дугу пластина 14.1 в первом контактном месте электрически соединена через электрическое соединение 16 с четвертой направляющей дугу пластиной 14.2 во втором контактном месте. В первом контактном месте между третьей направляющей дугу пластиной 13.1 и четвертой направляющей дугу пластиной 14.1 установлено дополнительное электрическое соединение 17, в котором установлен диод 18, пропускающий ток только в одном направлении. Следует отметить, что указанный диод необходим только в случае работы контактора в цепи переменного тока. Второй неподвижный контакт 7.2 соединен с двумя направляющими дугу пластинами 11.2 и 12.2. Направляющая дугу пластина 11.2 во втором контактном месте образует первую направляющую дугу пластину. Направляющая дугу пластина 12.2 образует вторую направляющую дугу пластину.
Далее режим работы направляющих дугу пластин и соответствующих электрических соединительных цепей объяснены более подробно. Когда первый концевой контакт 8.1 соединен с положительным полюсом источника питания, а второй концевой контакт 8.2 - с отрицательным полюсом, тогда коммутационная дуга 3.1, возникающая в первом контактном месте, входит во второй канал 4.2 между второй боковой полюсной пластиной 6.2 и центральной полюсной пластиной 6.3. Когда образуется коммутационная дуга 3.1, она существует между первым неподвижным контактом 7.1 и первым подвижным контактом 9.1, скомпонованным на контактном мосте 10. Чтобы попасть в канал 4.2, коммутационная дуга должна перескочить с контактного моста 10 на четвертую направляющую дугу пластину 14.1. Здесь ток протекает от первого неподвижного контакта 7.1 ко второму неподвижному контакту 7.2 через вторую направляющую дугу пластину 12.1, первую коммутационную дугу 3.1, четвертую направляющую дугу пластину 14.1, электрическую соединительную цепь 17, третью направляющую дугу пластину 13.1, электрическую соединительную цепь 15, третью направляющую дугу пластину 13.2 во втором контактном месте, вторую коммутационную дугу 3.2 и первую направляющую дугу пластину 11.2 во втором контактном месте. Этот случай показан на Фигуре 3.
При приложении напряжения обратной полярности возникает случай, показанный на Фигуре 4. Здесь ток протекает от второго неподвижного контакта 7.2 к первому неподвижному контакту 7.1 через вторую направляющую дугу пластину 12.2 во втором контактном месте, вторую коммутационную дугу 3.2, четвертую направляющую дугу пластину 14.2, электрическую соединительную цепь 16, третью направляющую дугу пластину 14.1, электрическую соединительную цепь 17, третью направляющую дугу пластину 13.1, первую коммутационную дугу 3.1 и первую направляющую дугу пластину 11.1 в первом контактном месте. В обоих случаях первая коммутационная дуга 3.1 и вторая коммутационная дуга 3.2 вытягиваются соответствующими направляющими дугу пластинами и неизбежно гасятся в соответствующем дугогасящем устройстве.
В соответствии с данным изобретением, при использовании диода 18 в электрической соединительной цепи 17 между третьей направляющей дугу пластиной 13.1 и четвертой направляющей дугу пластиной 14.1 в первом контактном месте коммутационное устройство может также работать в цепи переменного тока. Если коммутационные дуги 3.1 и 3.2 образуются во время положительного полупериода, тогда сначала возникает состояние, показанное на Фигуре 3. В сети с частотой 50 Гц длительность положительного полупериода составляет 10 миллисекунд. Этого времени достаточно, чтобы коммутационная дуга перескочила с контактного моста на соответствующую направляющую дугу пластину. Переход к отрицательному полупериоду просто устраняется с помощью диода 18. Направление тока больше не изменяется. Происходит возврат в твердое состояние, в результате чего коммутационная дуга в отрицательном полупериоде повторно зажечься не сможет. То же самое происходит и в случае, когда коммутационная дуга образуется во время отрицательного полупериода. В этом случае возникает ситуация, показанная на Фигуре 4. Здесь также происходит возврат в твердое состояние и предотвращается повторное зажигание дуги.
Фигуры 5-8 иллюстрируют второй вариант осуществления коммутационного устройства 1 в соответствии с данным изобретением. Его схема в основном соответствует схеме коммутационного устройства, показанного на Фигурах 1-4. Одинаковые компоненты обозначены одинаковыми номерами позиций. Отличия от первого варианта осуществления, показанного на Фигурах 1-4, будут по существу описаны ниже.
Как показано на Фигуре 6, контактный мост 10 соединяет два подвижных контакта 9.1 и 9.2 в отличие от первого варианта осуществления, где он находится над двумя неподвижными контактами 7.1 и 7.2. Как и в первом варианте осуществления, электромагнитный привод 19 расположен под двумя контактными местами. Преимущество такой компоновки состоит в том, что верхнюю часть корпуса можно полностью снимать для проведения техобслуживания, благодаря чему обеспечивается свободный доступ к контактам. Верхняя часть корпуса зафиксирована защелкой 26, показанной на Фигуре 5.
В соответствии со вторым вариантом осуществления, данное коммутационное устройство также содержит два контактных места. Первое контактное место 7.1/9.1 связано с первым дуговыдувающим устройством, второе контактное место 7.2/9.2 связано со вторым дуговыдувающим устройством. Первое дуговыдувающее устройство показано на Фигуре 8 в нижней части изображения, второе дуговыдувающее устройство показано на Фигуре 8 в верхней части изображения. Компоновки первого дуговыдувающего устройства и второго дуговыдувающего устройства по существу зеркально симметричны друг к другу. Поэтому в этом варианте осуществления полярность магнитных полюсов полюсных пластин 6.1, 6.2 и 6.3 первого дуговыдувающего устройства соответствует полярности магнитных полюсов полюсных пластин 6.1, 6.2 и 6.3 второго дуговыдувающего устройства.
Дугогасящее устройство коммутационного устройства 1 содержит первое дугогасящее устройство 5.1 и второе дугогасящее устройство 5.2, которые расположены на противоположных сторонах корпуса. Первое дугогасящее устройство 5.1 связано с первым контактным местом 7.1/9.1. И первый канал 4.1, и второй канал 4.2 первого дуговыдувающего устройства, связанного с первым контактным местом, ведут к первому дугогасящему устройству 5.1. Второе дугогасящее устройство 5.2 связано со вторым контактным местом 7.2/9.2. И первый канал 4.1, и второй канал 4.2 второго дуговыдувающего устройства, связанного со вторым контактным местом, ведут ко второму дугогасящему устройству 5.2. Третье дугогасящее устройство 5.3 дополнительно установлено на верхней стороне корпуса, где первый и второй каналы первого и второго дуговыдувающих устройств также ведут к третьему дугогасящему устройству 5.3. Способность гашения в случае необходимости усиливается третьим дугогасящим устройством. Части корпуса, расположенные между дугогасящим устройством, могут быть подходящими медными пластинами 32, защищенными от дуги. Каждое из трех дугогасящих устройств 5.1, 5.2 и 5.3 содержит несколько гасящих элементов 29 и 30, которые по очереди установлены друг на друге. Указанные гасящие элементы изготовлены из керамики. На конце, обращенном к контактному месту, каждый из них содержит по меньшей мере две клинообразные грани, при этом клинообразные грани первого гасящего элемента 29, показанного на Фигуре 9, дополняют клинообразные грани следующего второго гасящего элемента 30, образуя две V-образные канавки 31, каждая из которых связана с одним из двух каналов 4.1 или 4.2. Второй гасящий элемент 30 показан на Фигуре 10, полученные V-образные канавки показаны на Фигуре 11. В зависимости от направления тока, дуга выдувается или через первый канал 4.1, или через второй канал 4.2 соответствующего дуговыдувающего устройства в одну из двух V-образных канавок.
Первый неподвижный контакт 7.1 связан с первой направляющей дугу пластиной 11, и второй неподвижный контакт 7.2 связан со второй направляющей дугу пластиной 12. Первая направляющая дугу пластина 11 и вторая направляющая дугу пластина 12 расположены, соответственно, между неподвижным контактом 7.1 или 7.2 и связанным дугогасящим устройством 5.1 или 5.2. Каждая из них соединяет, соответственно, неподвижный контакт 7.1 или 7.2 со связанным концевым контактом 8.1 или 8.2. Первая направляющая дугу пластина 11 и вторая направляющая дугу пластина 12 расположены под соответствующей центральной полюсной пластиной 6.3, и каждая из проходит по ширине как первого канала 4.1, так и параллельного ему второго канала 4.2 связанного дуговыдувающего устройства. Кроме того, установлены третья направляющая дугу пластина 13 и четвертая направляющая дугу пластина 14. И третья направляющая дугу пластина 13, и четвертая направляющая дугу пластина 14 проходят по дугообразному пути от первого подвижного контакта 9.1 ко второму подвижному контакту 9.2 таким образом, что третья направляющая дугу пластина 13 и четвертая направляющая дугу пластина 14 образуют по отдельности почти замкнутый контур с контактным мостом 10. Как показано на Фигуре 6, центральные полюсные пластины 6.3 первого и второго дуговыдувающих устройств расположены, соответственно, между третьей направляющей дугу пластиной 13 и четвертой направляющей дугу пластиной 14. Третья направляющая дугу пластина 13 в представлении Фигуры 6 расположена за двумя центральными полюсными пластинами 6.3 и поэтому отмечена на фигуре штриховыми линиями.
Концы третьей направляющей дугу пластины 13 и четвертой направляющей дугу пластины 14 расположены на небольшом расстоянии от концов контактного моста 10, что позволяет контактному мосту 10 перемещаться относительно третьей и четвертой направляющих дугу пластин. Когда коммутационная дуга выдувается из контактного места, нижняя точка дуги перескакивает с контактного моста, соответственно, на третью или на четвертую направляющую дугу пластину. Чтобы увеличить срок службы, углы контактного моста предпочтительно закругляются.
Первый магнит 2.1 дутья первого дуговыдувающего устройства и первый магнит 2.1 дутья второго дуговыдувающего устройство расположены в пределах контура, образованного третьей направляющей дугу пластиной 13 и контактным мостом 10, и при этом второй магнит 2.2 дутья первого дуговыдувающего устройства и второй магнит 2.2 дутья второго дуговыдувающего устройства расположены в пределах контура, образованного четвертой направляющей дугу пластиной 14 и контактным мостом 10. Благодаря этому магниты дутья экранированы простым способом от дуги. Защитное покрытие для магнитов дутья, которое изготавливается из керамики или из другого аналогичного материала, не требуется.
Центральные полюсные пластины 6.3 первого и второго дуговыдувающих устройств защищены диэлектрической оболочкой. Контактный мост 10 расположен на держателе контакта 27, изготовленного из диэлектрического материала. Как показано на Фигуре 7, держатель контакта 27 расположен между первым контактным местом и вторым контактным местом по чистой ширине корпуса коммутационного устройства. Держатель контакта заходит с обеих сторон в соответствующие канавки корпуса таким образом, что для плазмы, созданной дугой, образуется барьер в виде лабиринтного уплотнения. Под держателем контакта 27 дополнительно установлены гофрированные элементы 28 для предотвращения короткого замыкания на землю, которое может произойти вследствие действия плазмы, создаваемой дугой в случае дугового пробоя на коромысле привода коммутационного устройства при коммутации больших нагрузок.
Во втором варианте осуществления, показанном на Фигурах 5-8, две коммутационные дуги 3.1 и 3.2, которые образуются в контактных местах 7.1/9.1 и 7.2/9.2 в представлении Фигуры 8 сначала отклоняются, в зависимости от направления тока, вправо или влево, затем выдуваются в соответствующее дугогасящее устройство 5.1 или 5.2 и далее также в третье дугогасящее устройство 5.3. Поэтому, в зависимости от направления тока, коммутационные дуги 3.1 и 3.2 попадают в дугогасящие устройства или через каналы 4.1, или, как показано на Фигуре 6, через каналы 4.2.