МНОГОПОЛЮСНЫЙ СИЛОВОЙ КОНТАКТОР
MULTIPOLE POWER CONTACTOR

Настоящее изобретение относится к многополюсному силовому контактору, содержащему электромагнитный привод с подвижным якорем, который имеет по меньшей мере два подвижных контакта, расположенных рядом друг с другом и соединенных с якорем. С подвижными контактами связаны соответствующие неподвижные контакты. Якорь выполнен с возможностью перемещения из разомкнутого положения, при котором подвижные контакты и неподвижные контакты не соприкасаются друг с другом, в замкнутое положение, при котором подвижные контакты соприкасаются с неподвижными контактами, а каждый контактный узел силового контактора универсального типа, состоящий из подвижного контакта и соответствующего ему неподвижного контакта, имеет дугогасительное устройство.
Силовые контакторы универсального типа используются, в частности, в качестве электромагнитного пускателя двигателя железнодорожных вагонов. Силовые контакторы, используемые в железнодорожных вагонах, должны, в частности, надежно отключать большие мощности. Все большее применение двигателей обуславливает также рост требований к рабочим характеристикам используемых в двигателях контакторов. В частности, в этом контексте также должны быть приняты во внимание неисправности. В связи с неисправностью возможен, например, пробой тиристора в преобразователе, который таким образом приведет к возникновению короткого замыкания. В случае неисправности электрический двигатель железнодорожного вагона работает как генератор и, таким образом, вырабатывает мощность порядка нескольких сотен киловатт. Силовой контактор должен обеспечивать безопасное и надежное отключение источника питания. То же самое происходит и в случае возникновения неисправности не в преобразователе, а непосредственно в самом контакторе. Таким образом, переключаемые частоты находятся в диапазоне от 50 до 400 Гц.
При размыкании контактов возникает электрическая дуга. В силовых контакторах такого типа используют дугогасительные устройства, в которые перемещают (загоняют) электрическую дугу посредством магнитного поля и в которых обеспечивают ее гашение. Чем выше отключаемая мощность, тем труднее достигнуть гашения электрической дуги за короткий период времени. При больших мощностях электрическая дуга образует большое количество электропроводящей плазмы, которая рассредоточена внутри устройства под давлением. Наличие плазмы создает опасность возникновения короткого замыкания в различных местах силового контактора. В частности, наличие плазмы способствует созданию электрической дугой короткого замыкания контактных узлов соседних полюсов или распространению дуги к "земле" устройства.
Таким образом, задача настоящего изобретения состоит в усовершенствовании силового контактора универсального типа и повышении его отключающей способности.
Решение поставленной задачи обеспечивается признаками независимого пункта 1 формулы изобретения. Согласно указанному пункту формулы, для решения поставленной задачи согласно изобретению в силовом контакторе универсального типа между двумя подвижными контактами соседних полюсов, расположенных рядом с друг другом, размещен плазменный барьер, состоящий из первого и второго барьеров, один из которых соединен с якорем, а другой соединен с неподвижной частью силового контактора, причем первый и второй барьеры перекрывают друг друга по меньшей мере частично в каждом промежуточном положении якоря между его разомкнутым и замкнутым состояниями.
Изобретение предотвращает перемещение плазмы, обусловленной образованием электрической дуги при размыкании контактов, от одного контактного узла и/или камеры, в которую заключен контактный узел, к соседнему контактному узлу и/или соответствующей камере. Изобретение также предотвращает переход электрической дуги на соседний контактный узел. Один из двух барьеров предпочтительно установлен на изоляционной пластине, расположенной на коромысле силового контактора, т.е. косвенно соединен с коромыслом. Для достижения оптимального уплотняющего эффекта этот барьер предпочтительно заканчивается на одном уровне с коромыслом. Барьер, соединенный с якорем, может быть связан с ним прямо или косвенно. Он предпочтительно соединен с якорем через контактодержатель.
Кроме того, расстояние между первым и вторым барьерами в области перекрытия предпочтительно составляет менее 5 мм, более предпочтительно менее 2 мм и, в частности, предпочтительно менее 1 мм.
Предпочтительные примеры осуществления настоящего изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
В частности, в предпочтительном примере осуществления настоящего изобретения первый и второй барьеры образуют лабиринтное уплотнение. Таким образом, эффективно предотвращают перемещение плазмы от одного контактного узла к соседнему контактному узлу.
Самым простым и экономически выгодным способом изготовления барьеров является их формирование в виде по меньшей мере одной пластины. В связи с этим с точки зрения уплотнительного эффекта наиболее целесообразно, если первый барьер имеет по меньшей мере две параллельных пластины, а по меньшей мере одна пластина второго барьера расположена между двумя параллельными пластинами первого барьера. Это позволяет получить наиболее эффективное лабиринтное уплотнение. Такой вариант конструкции легко осуществим, если две параллельные пластины установлены на контактодержателе, соединенном с якорем, или составляют часть контактодержателя.
В другом предпочтительном примере осуществления настоящего изобретения барьеры выполнены из пластмассы или керамики. Эти два материала не являются электропроводящими, что обеспечивает отсутствие электрической проводимости между двумя соседними контактными узлами.
В еще одном предпочтительном примере осуществления настоящего изобретения силовой контактор имеет коромысло, причем по меньшей мере один элемент силового контактора, установленный в непосредственной близости от одного контактного узла на коромысле, закреплен на коромысле с помощью одного или нескольких пластмассовых винтов. Предпочтительно используют высокопрочные пластмассовые винты. В этом примере осуществления изобретения, в отличие от обычных силовых контакторов, где использованы электропроводящие металлические винты, исключена возможность возникновения короткого замыкания на заземленном коромысле через плазму и винт. В этом примере осуществления изобретения также могут быть использованы винты, которые ввинчивают не в коромысло силового контактора, а в любой заземленный элемент силового контактора. К закрепляемым элементам можно, например, отнести корпусные детали или дугогасительные камеры. Следует отметить, что использование пластмассовых винтов подходит не только для силового контактора согласно настоящему изобретению, но и вообще для всех силовых контакторов. Таким образом, использование пластмассовых винтов для вышеупомянутых целей может представлять собой самостоятельное изобретение, даже если оно обеспечивает дальнейшее повышение отключающей способности силового контактора согласно изобретению.
В другом предпочтительном примере осуществления настоящего изобретения сторона коромысла силового контактора, которая обращена к контактным узлам, по меньшей мере частично покрыта изоляционной пленкой. Это позволяет предотвратить контакт с плазмой, а следовательно, дополнительно уменьшает опасность возникновения короткого замыкания.
В еще одном предпочтительном примере осуществления настоящего изобретения якорь соединен с приводной осью, изготовленной из металла и по меньшей мере частично заключенной в неподвижную изолирующую втулку. Это позволяет предотвратить контакт плазмы, образуемой в результате дугового разряда, с приводной осью, а следовательно, и возникновение короткого замыкания на приводной оси. Этот пример осуществления изобретения, в частности, может быть рекомендован в тех случаях, когда приводная ось расположена в непосредственной близости от одного из контактных узлов. В трехполюсном силовом контакторе, используемом в качестве электромагнитного пускателя двигателя в железнодорожных вагонах, одна из контактных перемычек (подвижный контакт), по существу, установлена непосредственно на одном конце приводной оси. Центральная контактная перемычка фактически расположена в той же плоскости, что и приводная ось. В этом примере существует значительная вероятность контактирования плазмы, образуемой в результате дугового разряда, с приводной осью. Однако такой контакт может быть предотвращен за счет использования неподвижной изолирующей втулки. Таким образом, неподвижная изолирующая втулка образует неподвижный элемент силового контактора и установлена предпочтительно на изоляционной пластине, расположенной на коромысле. Для достижения оптимального уплотняющего эффекта неподвижная изолирующая втулка предпочтительно заканчивается на одном уровне с коромыслом. Если приводная ось выполнена в виде цилиндра, то неподвижная изолирующая втулка может иметь вид полого цилиндра. Тем не менее, может быть выбрано любое другое сечение, обеспечивающее достаточный уплотняющий эффект.
В наиболее предпочтительном примере осуществления изобретения приводная ось по меньшей мере частично заключена в подвижную изолирующую втулку, которая выполнена с возможностью перемещения относительно неподвижной изолирующей втулки и имеет жесткое соединение с приводной осью, причем неподвижная изолирующая втулка и подвижная изолирующая втулка имеют телескопическое сопряжение. В этом примере осуществления изобретения неподвижная изолирующая втулка и подвижная изолирующая втулка образуют также лабиринтное уплотнение. Это позволяет эффективно предотвратить контакт плазмы, образуемой в результате дугового разряда, с приводной осью. Обе втулки предпочтительно изготовлены из пластмассы или керамики. Кроме того, предпочтительно расстояние между этими двумя втулками очень короткое для повышения уплотняющего эффекта. Это расстояние предпочтительно составляет менее 1 мм.
В другом предпочтительном примере осуществления настоящего изобретения на подвижных контактах и/или неподвижных контактах выполнены соответственно дугонаправляющие рога, которые по меньшей мере частично имеют коническую форму. Следует отметить, что контакты с коническими дугонаправляющими рогами применимы не только в силовом контакторе согласно настоящему изобретению, но и вообще во всех силовых контакторах. Таким образом, пример осуществления изобретения с коническим дугонаправляющим рогом, а также рассматриваемые ниже предпочтительные примеры осуществления изобретения могут представлять собой самостоятельное изобретение, которое, тем не менее, обеспечивает дополнительное повышение отключающей способности силового контактора согласно изобретению. Дугонаправляющий рог является выступающей частью, которая расположена под углом к соответствующему контакту и направляет образующуюся электрическую дугу в соответствующее дугогасительное устройство. Для этого используют магнитные поля, созданные постоянными магнитами или электромагнитами, или эффект электромагнитного дутья, обеспечиваемого специально сформированными контактами. Коническая форма дугонаправляющих рогов способствует сжатию линий магнитного поля, что, в свою очередь, ведет к усилению эффекта электромагнитного дутья. Таким образом, можно значительно улучшить условия гашения дуг в диапазоне малой мощности. Дугонаправляющие рога предпочтительно должны быть максимально узкими исходя из требований к техническому ресурсу. В любом случае дугонаправляющие рога имеют сужение относительно фактической площади соответствующего контакта по меньшей мере на 25%, предпочтительно по меньшей мере на 50%.
В частности, дугонаправляющий рог предпочтительно выполнен в виде отдельного элемента и закреплен на соответствующем неподвижном контакте и/или подвижном контакте. Крепление осуществляют путем заклепывания. Кроме того, дугонаправляющие рога предпочтительно выполнены из бронзы. В этом примере осуществления изобретения дугонаправляющие рога имеют значительно более высокий срок службы по сравнению с дугонаправляющими рогами, изготовленными традиционным способом и образующими единую медную деталь с соответствующим контактом. Очевидно, что обычные дугонаправляющие рога могут выйти из строя раньше времени вследствие вибрационной нагрузки.
В еще одном предпочтительном примере осуществления настоящего изобретения коромысло силового контактора имеет разрыв, который герметизирован посредством мата из губчатой резины. Такой вариант конструкции может, например, использоваться при наличии в соединительной части коромысла, имеющей жесткое соединение с якорем и/или контактодержателем, разрыва, через который приводят в действие вспомогательный переключатель, расположенный под коромыслом. Покрытие из губчатой резины предпочтительно формируют таким образом, что оно закрывает соединительную часть, обеспечивая ее герметизацию. Преимущество этой конструкции состоит в том, что плазма, образуемая при дуговом разряде, не контактирует с коромыслом через разрыв и/или с нижерасположенными заземленными элементами силового контактора, которые расположены ниже и, таким образом, создают риск короткого замыкания. Следует отметить, что герметизация посредством мата из губчатой резины может быть использована не только в силовом контакторе согласно настоящему изобретению, но и вообще во всех силовых контакторах. Таким образом, этот пример осуществления изобретения представляет собой отдельное изобретение, которое, тем не менее, обеспечивает дополнительное повышение отключающей способности силового контактора согласно изобретению.
Для более полного понимания сущности настоящего изобретения ниже приведено подробное описание со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 показан частичный косой вид в разрезе силового контактора согласно изобретению,
на фиг. 2 показан схематический продольный разрез силового контактора согласно изобретению (фиг. 1);
на фиг. 3 показан подробный вид контактных перемычек силового контактора согласно изобретению (фиг. 1 и 2).
В приведенных ниже разъяснениях одинаковые элементы обозначены одинаковыми номерами позиций. Если в чертеже указан номер позиции, не включенной в соответствующее описание чертежей, то ссылка будет дана на описание предшествующего или последующего чертежа.
На фиг. 1 показан частичный косой вид в разрезе силового контактора 1 согласно изобретению. Силовой контактор имеет трехполюсную конструкцию и содержит три коммутационных элемента, расположенных рядом друг с другом. Якорь 2 электромагнитного привода соединен с контактодержателем 3 через приводную ось 14. Контактодержатель 3 силового контактора имеет три опоры контактной перемычки 23, которые более подробно представлены на фиг. 2, причем каждая из трех опор поддерживает одну из трех контактных перемычек 4, расположенных рядом друг с другом. Три контактных перемычки образуют подвижные контакты силового контактора. Одна из трех опор контактной перемычки расположена на верхнем конце приводной оси 14, приводимой в действие электромагнитным приводом 2. Якорь 2 обеспечивает возможность перемещения контактодержателя 3 из разомкнутого положения, при котором подвижные контакты 4 и соответствующие им неподвижные контакты 5 не соприкасаются друг с другом, в замкнутое положение, при котором подвижные контакты 4 соприкасаются с неподвижным контактом 5, создавая, таким образом, электрическое соединение. При размыкании контактов возникает электрическая дуга, которую необходимо как можно быстрее погасить, в частности при отключении больших нагрузок, для предотвращения повреждения контактов или других элементов силового контактора. Таким образом, каждый контактный узел, состоящий из подвижного контакта 4 и неподвижного контакта 5, имеет дугогасительное устройство. На фиг. 1 показаны гасительные камеры 6 дугогасительных устройств для четырех из шести имеющихся контактных узлов.
При определенных обстоятельствах должна существовать возможность надежного отключения, в случае неисправности, источника питания мощностью порядка нескольких сотен киловатт с помощью силового контактора 1. Дуга, образуемая при отключении, обеспечивает создание плазмы, которая не только в течение короткого времени находится непосредственно в области контактных узлов, но, в худшем случае, даже совершает перемещение к расположенному рядом коммутационному элементу. В этом случае есть риск дугового перекрытия соседних коммутационных или контактных узлов. Во избежание этого согласно изобретению между двумя соседними контактными узлами размещают плазменный барьер. Плазменный барьер, по существу, состоит из перегородок, которые действуют как лабиринтное уплотнение и разделяют соответствующие контактные узлы друг от друга. На фиг. 2 показано, что каждый плазменный барьер состоит из двух пластин 7.1 и 7.2, которые расположены параллельно друг другу и имеют жесткое соединение с контактодержателем 3. Контактодержатель 3 и пластины предпочтительно выполнены в виде одного элемента. Между двумя расположенными параллельно пластинами 7.1 и 7.2 заключена пластина 8, которая соединена с неподвижным элементом силового контактора. В показанном примере осуществления изобретения соответствующая пластмассовая пластина 22, от которой, по существу, в перпендикулярном направлении отходит центральная пластина 8, расположена на коромысле 9 силового контакта. Пластины 7.1 и 7.2 по меньшей мере частично закрывают центральную пластину 8, причем в каждом промежуточном положении якоря между разомкнутым и замкнутым состояниями. Следовательно, пластины 7.1 и 7.2 вместе с пластиной 8 образуют лабиринтное уплотнение и, таким образом, эффективно предотвращают перемещение плазмы, образуемой в результате дугового разряда на одном из контактных узлов, к соседнему коммутационному элементу.
Для предотвращения контактирования плазмы с коромыслом 9 или с находящимся внизу заземленным элементом силового контактора, а следовательно, и возникновения короткого замыкания в силовом контакторе согласно изобретению предпринимают дополнительные меры защиты в соответствии с показанным примером осуществления изобретения. С одной стороны, между коромыслом 9 и расположенной на нем пластмассовой пластиной 22 размещают изоляционную пленку 11. Кроме того, как показывает практика, короткое замыкание может также возникать при контактировании плазмы с металлическим винтом, используемым для крепления любого элемента на коромысле 9. Например, дугогасительные устройства 6 прикреплены к коромыслу 9 посредством соответствующих винтов. Для увеличения отключающей способности в силовом контакторе согласно настоящему изобретению для крепления элементов в непосредственной близости от соответствующих контактных узлов на коромысле используют высокопрочные пластмассовые винты.
Кроме того, напротив приводной оси 14, выполненной из металла, расположен плазменный барьер. Он состоит из неподвижной изолирующей втулки 12, которая отходит от пластмассовой пластины 22, и подвижной изолирующей втулки 13, являющейся частью контактодержателя 3. Неподвижная изолирующая втулка 12 и подвижная изолирующая втулка 13 имеют телескопическое сопряжение и образуют лабиринтное уплотнение. Втулки, а также пластины 8 и 7.1 и/или 7.2 расположены на очень малом расстоянии друг от друга.
Кроме того, силовой контактор содержит вспомогательный переключатель, приводимый в действие якорем. Таким образом, в показанном силовом контакторе согласно изобретению соединительная часть 20 соединена с контактодержателем 3. Соединительная часть 20 приводит в действие вспомогательный контакт, расположенный под коромыслом 9, а следовательно, проходит через разрыв 19 в коромысле. Для предотвращения контактирования плазмы, образуемой в процессе коммутации, с коромыслом 9 или с заземленными элементами силового контактора, расположенными под указанным коромыслом, разрыв 19 уплотнен с помощью мата 21 из губчатой резины. Конечно, покрытие из губчатой резины имеет намного меньший разрыв по сравнению с разрывом 19 коромысла 9, через который проходит соединительная часть 20.
Еще одно средство увеличения отключающей способности силового контактора согласно изобретению показано на фиг. 3. Фиг. 3 подробно иллюстрирует одну из трех контактных перемычек 4. На ней изображены две контактные площадки 18, которые соприкасаются с соответствующими неподвижными контактами при включении силового контактора. Дугонаправляющий рог 15 установлен, по существу, перпендикулярно на двух соответствующих концах контактной перемычки 4. Дугонаправляющие рога 15 выполнены из бронзы и скреплены заклепками с контактной перемычкой 4. Заклепочные соединения 17 расположены в центральной области контактной перемычки. Область 16 дугогасительных рогов 15, которая расположена, по существу, перпендикулярно, имеет сильное сужение для обеспечения сжатия линий магнитного поля, а следовательно, усиления эффекта электромагнитного дутья.