ДВУХРЕЖИМНЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ

Полезная модель относится к области электромагнитных приводов с якорями, удерживаемыми в конечном положении с помощью постоянного магнита, и может быть применена, например, для привода высоковольтных быстродействующих выключателей.
Известен электромагнитный привод [1], который содержит корпус из магнитного материала с коаксиально расположенными в нем сердечником из магнитного материала и катушкой, установленной между корпусом и сердечником со стороны одного из их торцов, постоянный магнит с намагниченностью, перпендикулярной оси привода, установленный между корпусом и сердечником со стороны противоположной катушке, шток, установленный в сердечнике с возможностью линейного перемещения вдоль оси привода и подпружиненный вдоль оси в направлении от постоянного магнита к катушке, и якорь из магнитного материала, установленный на штоке со стороны катушки. Последняя выполнена выступающей над прилегающими к ней торцами корпуса и сердечника, а якорь выполнен с углублением со стороны катушки, имеющим размеры, превышающие габаритные размеры выступающей части катушки.
Недостатком известного устройства является отсутствие в нем устройства поджима контактов высоковольтного выключателя после их соприкосновения, что ведет к их механическому разрушению вследствие жесткого удара по ним всей массой якоря.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели техническим решением (прототипом) является электромагнитный привод [2], содержащий корпус из магнитного материала с коаксиально расположенными в нем сердечником из магнитного материала и катушкой, установленной между корпусом и сердечником со стороны одного из их торцов, постоянный магнит с намагниченностью, перпендикулярной оси привода, установленный между корпусом и сердечником со стороны, противоположной катушке, шток, установленный в сердечнике с возможностью линейного перемещения вдоль оси привода и подпружиненный вдоль оси в направлении от постоянного магнита к катушке, и якорь из магнитного материала, установленный на штоке со стороны катушки. Последняя с внешней стороны привода закрыта корпусом магнитопривода, а якорь снабжен втулкой, установленной подвижно внутри сердечника.
Недостатком устройства-прототипа является несоответствие величины тяговой характеристики привода, при его включении на замыкание контактов высоковольтного выключателя, реально необходимой, и, как следствие, нестабильность работы и быстрый выход выключателя из строя.
Техническим результатом, достигаемым заявляемой полезной модели, является повышение надежности работы высоковольтных выключателей за счет получения параметров тяговой характеристики привода реально необходимых для нормальной работы приводимого им в действие высоковольтного выключателя.
Указанный технический результат достигается тем, что электромагнитный привод высоковольтного выключателя, содержащий корпус из магнитного материала с коаксиально расположенными в нем сердечником из магнитного материала и катушкой, установленной между корпусом и сердечником со стороны одного из их торцов, постоянный магнит с намагниченностью, перпендикулярной оси привода, установленный между корпусом и сердечником со стороны противоположной катушке, шток, установленный в сердечнике с возможностью линейного перемещения вдоль оси привода и подпружиненный вдоль оси в направлении от постоянного магнита к катушке, и якорь из магнитного материала, установленный на штоке со стороны катушки, закрытой с внешней стороны корпусом магнитопровода, а якорь снабжен втулкой, установленной подвижно внутри сердечника, согласно предлагаемому техническому решению, якорь по внешнему контуру снабжен цилиндрическим пояском, высота которого выбрана превышающей ход сжатия пружины поджима контактов высоковольтного выключателя на величину 0,3-1,5 этого хода.
Снабжение якоря по внешнему контуру небольшим цилиндрическим пояском позволило магнитным силам катушки индуктивности компенсировать потерю его скорости в нужный момент в фазе смыкания контактов высоковольтного выключателя, когда перемещению якоря начала препятствовать вступившая в работу пружина поджатая контактов и когда именно в этот момент соприкоснувшиеся контакты нужно быстро и сильно прижать друг к другу с определенным для каждого напряжения усилием, обеспечив тем самым сведение к минимуму их подгорание и, как следствие, повышение долговечности их работы.
Полезная модель поясняется чертежами, где на Фиг.1 показан общий вид двухрежимного электромагнитного привода высоковольтного выключателя в разрезе в разомкнутом состоянии, на Фиг.2 - общий вид привода в сомкнутом состоянии, а на Фиг.З -осциллограмма движения якоря при работе привода на замыкание контактов.
Электромагнитный привод высоковольтного выключателя сдержит корпус 1, сердечник 2 и якорь 3 с цилиндрическим пояском 4, выполненные из магнитного материала. Между корпусом 1 и сердечником 2 на фланце 5 неподвижно закреплены кольцевой постоянный магнит 6 и катушка индуктивности 7. Якорь 3 жестко связан с направляющей и ограничивающей его ход втулкой 8, поджатой пружиной 9. Якорь 3 через пружину 10 связан со штоком 11, замыкающим и размыкающим контакты высоковольтного выключателя. (На Фиг.1 и 2 контакты не показаны). Полный ход якоря обозначен величиной «δ». Ход сжатия пружины 10 поджима контактов устанавливается при помощи регулировочной гайки 12. При сборке привода пружины 9 и 10 предварительно сжаты каждая на определенное усилие. Для пружины 9 эти усилия требуются, чтобы при необходимости, либо аварии в электросети обеспечить требуемую скорость размыкания контактов путем снятия якоря с магнитной защелки постоянного магнита подачей импульса тока на катушку индуктивности и «отстрела» пружиной 9 якоря со штоком, а для пружины 10 - чтобы обеспечить сжатие замкнувшихся контактов при включении с необходимым для их нормальной работы усилием. Однако здесь, при включении высоковольтного выключателя, скорость сближения и встречи контактов должна быть строго определенной. Если скорость соударения контактов выше допустимой, то они разрушатся (раскрошатся), а если скорость сжатия контактов после их соударения будет недостаточной, то контакты будут подгорать.
Устройство работает следующим образом. При подаче управляющего импульса тока на катушку индуктивности 7, возникшее магнитное поле притягивает якорь 3, который начинает движение вниз, сжимая пружину 9 и перемещая с той же скоростью шток 11 с пружиной 10 до тех пор, пока шток 11 не замкнет контакты выключателя. На этом первый режим работы привода заканчивается (см.Фиг.3, участок диаграммы I). После этого движение штока 11 останавливается, а якорь 3, продолжая движение вниз, начинает дополнительно сжимать пружину 10, которая, сжимаясь на величину хода «α» Фиг.2, обеспечивает необходимое усилие сжатия замкнувшихся контактов высоковольтного выключателя. Но при этом вступившая в работу пружина 10, предварительно сжатая на усилие десятков килограммов, оказывает якорю 3 дополнительное сопротивление, резко снижающее скорость его перемещения почти до остановки, что и отражено на осциллограмме (см. участок II на Фиг.3). При этом контакты выключателя от недостаточно быстрого и плотного их сжатия, начинают подгорать, что ведет к их быстрому разрушению. Для устранения этого недостатка в конструкцию привода на якоре 3 был введен дополнительный кольцевой поясок 4, который сближается с катушкой индуктивности и попадает в мощное магнитное поле ее притяжения в момент, близкий к началу сжатия пружины 10, тем самым, ускоряя движение якоря до реально необходимой характеристики сжатия контактов высоковольтного выключателя. (Участок III на Фиг.3-второй режим работы привода).
Этот прием позволил существенно повысить долговечность высоковольтных контактов, а значит и общую надежность работы высоковольтных выключателей.
Источники информации
1. Патент RU 88200 UlF 7/122, 29.06.2009.
2. патент RU 95892 UlF 7/122, 08.02.2010.