BR102013000635B1 - contator elétrico - Google Patents

Abstract

CONTACTOR ELÉTRICO Um contactor de energia elétrica de comutação tendo um computador do tipo de lâmina dupla placas de ferro anexadas as lâminas para aumentar a capacidade de carregar corrente e reduzir a resistência da comutação.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001]Esta invenção se refere a um contator de comutação de energia elétrica e em particular, a um contator de polo único ou bipolar capaz de comutar correntes de mais do que 80 amps em voltagem de rede.

[002]Esta invenção também se refere aos tipos de contatores de comutação de alta corrente empregados em medidores de eletricidade modernos, chamados “medidores inteligentes”, para realizar um pré- pagamento ou função de desconexão segura em voltagens de fornecimento doméstico (rede) normais, por exemplo, 100 V AC a 240 V AC. Ele possui uma aplicação particular para contatores elétricos tendo um arranjo de contato de lâmina dupla como descrito em Patente dos EUA US7.833.034.

CONHECIMENTO DA INVENÇÃO

[003]Muitos contatores deste tipo são capazes de comutar corrente nominal a digamos 100 Amps ou 200 Amps, para um grande número de ciclos de carga de comutação, de maneira satisfatória, a comutação sendo feita por contatos de liga de prata adequados que contém certos aditivos, os quais evitam a soldagem. As lâminas de comutação são configuradas para ser facilmente atuadas para a função de comutação, com mínimo autoaquecimento nas correntes nominais envolvido.

[004]A maioria das especificações de medidor não apenas estipulam a Comutação de durabilidade de corrente nominal satisfatória - sem as soldagens de contato - mas também demandam que em condições de falha de curto circuito moderadas elas também não devem soldar, e devem abrir no próximo pulso acionado por atuador. Em condições de “curto morto” muito mais relacionadas os contatos de comutação podem soldar, mas devem permanecer intactos, não explodir ou emitir qualquer material fundido perigoso durante a duração “curta sem saída”, até a ruptura de fusos protetores, ou queda de interruptores de circuito e desconexão do fornecimento de rede à carga, de forma segura. Esta duração de encurtamento pode ser por um máximo de 6 ciclos do fornecimento de rede.

[005] A Patente dos EUA No. US7.833.034 introduziu a configuração básica da comutação de “lâmina dupla” que compreende um par de lâminas ou braços de cobre de mola móvel paralelos, de uma espessura particular, largura e comprimento ativo, com uma pequena lacuna definida entre eles. As extremidades fixas de lâminas são terminadas juntas por rebites, parafusos, ou semitesouras, para um terminal portador de lâmina móvel, com contatos móveis anexados nas faces internas das extremidades livres, que fecham naturalmente em contatos fixos anexados ao outro terminal portador de lâmina fixo da comutação.

[006]Na modalidade básica, o contator usa a construção de comutação de lâmina dupla, na qual o comutador possui um par de braços móveis (também conhecidos como lâminas), que são perfurados por tira e pré- formados de forma que eles fecham nos contatos fixos com uma força de “pressão de contato” definida - para alcançar uma resistência de comutação relativamente baixa - e as extremidades abertas são formadas para fora com uma porção de inclinação. Os braços se estendem paralelos entre si e separados por uma pequena lacuna de forma que em situações de alta corrente as correntes através dos braços criam forças de atração magnética que impelem os braços um em direção ao outro e aumentar a força aplicada aos contatos fixos dispostos entre as extremidades distais dos braços. Esta força de atração desloca a força repulsiva que impele os contatos para longe, e também é devido à alta corrente que passa através dos contatos. Este arranjo é mostrado nas Figs. 1 a 3.Figs. 1 & 2 mostram um contator de polo único 10 com a cobertura removida para mostrar os trabalhos.Fig. 3 é uma vista esquemática dos braços 30 de um comutador. Cada braço possui uma tira de cobre da mola tendo uma primeira extremidade 34 anexada a um primeiro terminal 24, conhecido como o terminal móvel como ele é conectado aos braços móveis. Um segundo terminal 22, conhecido como o terminal fixo possui contatos fixos 23. A extremidade distai 36 de cada braço é ajustada com um contato móvel 25. Cada braço 30 possui uma porção ou seção de inclinação 38 para criar um deslocamento entre as extremidades dos braços tal que os contatos fixos podem ser acomodados entre os contatos móveis. Os dois braços se estendem paralelos entre si exceto na porção de inclinação. Os contatos móveis são arranjados para se alinhar com os contatos fixos e no estado relaxado dos braços, os contatos móveis se apoiam contra os contatos fixos com uma força de contato predeterminada. Os braços podem se mover ou flexionar dentro do plano do desenho em torno da conexão ao primeiro terminal. Uma nervura 39 é formada nos braços para enrijecer os braços contra flexão excessiva.

[007]A configuração de “lâmina dupla” paralela básica, como usado em um contator de corrente nominal de 100 Amps, cria forças de lâminas magnéticas dinâmicas em excesso das forças de repulsão de contato durante falhas de curto circuito. Os contatos e geometrias de lâmina foram otimizados para evitar soldagem nas condições de operação especificadas. Este comutador de 100 Amp básico usa 4 contactos; dois móveis e dois fixos, com 50 Amps em cada lâmina paralela. Este arranjo básico não foi capaz de suportar correntes de curto circuito e nominal muito maiores, como as geometrias de lâmina e parâmetros de divisão de corrente limitaram o balanço das forças de lâmina e particularmente as forças de repulsão de contato maiores, resultam em duração de vida muito encurtada, e sérios problemas de soldagem de contato durante falhas de curto circuito maiores.

[008] A Patente dos EUA No. US 7.833.034 também introduziu o conceito de lâmina dividida, permitindo um contator de corrente nominal de 200 Amp capaz de equilibrar as forças de lâmina magnética dinâmica e forças de repulsão de contato durante falhas de curto circuito, as geometrias e contatos sendo otimizados para evitar soldagem em condições específicas.

[009]Para igualmente dividir a divisão de corrente - e paraequilibrar as forças de contato repulsivas e forças de atração magnética de lâmina - cada “lâmina dupla” adjacente paralela foi subdividida em semilâminas longitudinais, com um contato móvel em cada uma de suas extremidades livres, correspondendo aos contatos fixos respectivos, então constituindo 4 semilâminas em paralelo com 8 contatos por comutador, ou 16 no total para o contator de desconexão de duas fases de bipolo. Esta divisão de corrente inferior em cada semilâmina significativamente reduz as forças de repulsão de contato.

[0010] Assim a 200 Amps, cada semilâmina estará carregando apenas 50 Amps, reduzindo o fardo por semilâmina quando comutado, minimizando o autoaquecimento, e evitando a soldagem em correntes de curto circuito e nominal maiores. Importantemente, todas as correntes de semilâmina escoam na mesma direção, então maximizando a forças de atração magnética entre semilâminas na lacuna de trabalho, especialmente em alta corrente, para manter os contatos bem próximos.

[0011] O comutador de 100 Amp existente projeta o uso de “lâmina duplas” de mola de cobre paralelas simples são muito limitadas pelas geometrias e a lacuna entre, cada lâmina na “lâmina dupla” definida sendo capaz de gerar certas forças de atração magnética em corrente alta dividida, uma com relação à outra, equilibradas e atuando contra as forças de repulsão de contato - tanto sendo proporcionais ao quadrado da corrente - de maneira a garantir que os contatos permaneçam fechados durante falhas de curto circuito. É muito difícil alcançar esta razão equilibrada de forças exatamente certas para uma configuração particular. Então a versão de lâmina dividida foi otimizada para uso a 200 Amps, mas usou lâminas mais longas e 16 contatos no total.

[0012] A configuração de lâmina dupla dividida proveu uma BA solução para o contator de 200 Amp, mas em um preço já que contatos de prata são caros e as lâminas divididas tomam espaço.Também existe um desejo de mercado por contatores de 100 Amp e de 200 Amp de serem feitos para economizar espaço. Assim existe um desejo de reconfigurar a configuração e geometria de comutador de 100 Amp de “lâmina dupla” paralela básica mais simples, de forma que ela foi capaz de operar correntes nominais de 200 Amps maiores com uma melhor capacidade de curto circuito, em conformidade com vários requisitos nacionais tais como a especificação de medidor de desconexão ANSI Cl2.1.

[0013] Certas modalidades da presente invenção proveem um comutador de custo reduzido mais simples, menor, que usa um novo arranjo de comutador de “lâmina dupla”, que não apenas usa menos material de lâmina de cobre, mas requer apenas 8 contatos de comutação por contator bipolar ao invés da corrente 16 necessária no presente projeto para um contator taxado em corrente nominal de 200 Amps. Contatos de liga de prata representam uma proporção significativa de todas as quebras de custo de contator de alta corrente, então uma redução no número de contatos necessária para uma função de comutação particular é um benefício de economia de custo maior. Ensinamentos dos melhoramentos para o contator de 200 Amp pode ser aplicado aos contatores taxados em 100 Amps ou menos, para reduzir seu tamanho.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0014] Desta maneira, em um aspecto da mesma, a presente invenção provê um medidor e um conjunto de contator, que compreende: um medidor de rede de duas fases; um alojamento de medidor acomodando o medidor de rede; e um contator de energia de dois polos, tendo dois comutadores conectados entre quatro terminais para comutar a corrente em duas fases, em que o medidor tem quatro terminais de medição, primeiros dois terminais conectados estão na forma de faixas que se estendem através de uma parede traseira do alojamento e arranjadas para serem inseridas em um bloco terminal de plugar de uma caixa de parede, e o contator é ajustado para uma superfície fora da parede traseira do alojamento e disposta dentro do espaço definido pelos terminais do bloco terminal, primeiros dois contatores sendo na forma de faixas arranjadas para serem inseridas nos respectivos terminais do bloco terminal, segundos dois terminais do contator sendo conectado a segundos dois terminais do medidor.

[0015] Preferivelmente, o alojamento do medidor tem quatro pernas que se estendem a partir da parede traseira e arranjadas para limitar a distância que as faixas podem ser inseridas nos terminais de plugar do bloco terminal.

[0016] Preferivelmente, as pernas se estendem além do contator.

[0017]Preferivelmente, as pernas são dispostas lateralmente das faixas e fora de um espaço definido pelas faixas.

[0018]Preferivelmente, cada perna é disposta ao lado de uma respectiva faixa.

[0019] De acordo com um segundo aspecto, a presente invenção provê uma caixa de parede e um conjunto contator para um medidor de rede, o conjunto compreendendo: um invólucro; um bloco terminal tendo terminais de plugar arranjados para receber faixas de terminal a partir do medidor de rede de plugar; e um contator ajustado para o invólucro e conectado ao bloco terminal.

[0020] Preferivelmente, o bloco terminal tem uma conexão de fornecimento e uma conexão de carga, a conexão de fornecimento conectada aos primeiros terminais do bloco terminal arranjada para receber faixas do terminal de entrada do medidor de rede, e a conexão de carga é eletricamente conectada aos terminais comutadores do contator, e terminais de entrada do contator são eletricamente conectados aos segundos terminais do bloco terminal arranjado para receber faixas do terminal de saída do medidor de rede, pelo que, em uso, o medidor de rede é diretamente conectado ao fornecimento e conectado a carga por meio do conector.

[0021] Preferivelmente, o medidor de rede é liberavelmente pingado no bloco terminal.

[0022] Preferivelmente, o membro móvel compreende pinos que pressionam contra superfícies inclinadas externas dos braços móveis na segunda posição.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0023] Modalidades preferidas da invenção serão descritas agora, por meio de exemplo apenas, com referência às figuras dos desenhos anexos.Nas figuras, estruturas, elementos ou partes idênticas que aparecem em mais de uma figura são em geral rotulados com um mesmo numeral de referência em todas as figuras em que eles aparecem.Dimensões e funcionalidades de componentes mostradas nas figuras são em geral escolhidas por conveniência e clareza de apresentação e não são necessariamente em escala.As figuras são listadas abaixo.

[0024] Fig. 1 é uma vista plana de um contator de polo único tendo braços móveis de lâmina dupla, de acordo com a técnica anterior, o contator é mostrado com uma cobertura removida; Fig. 2é uma vista de perspectiva do contator da Fig. 1; Fig. 3é uma vista esquemática de um par de braços móveis de lâmina dupla de acordo com a técnica anterior; Fig. 4é uma vista esquemática similar a Fig. 3, de um par de braços móveis de lâmina dupla de acordo com a modalidade preferida da presente invenção, engatando contatos de um membro fixo; Fig. 4a é uma vista plana de uma variação dos braços móveis da Fig. 4; Fig. 5é uma vista plana de um contator de dois polos que incorpora os braços móveis da Fig. 4, com uma cobertura removida; Fig. 6é uma vista esquemática, similar a Fig. 4, de um par de braços móveis de lâmina dupla de acordo com a segunda modalidade da presente invenção, mostrada na posição aberta; Fig. 7é uma vista esquemática, do par de braços móveis de lâmina dupla da Fig- 6, mostrada na posição fechada; Fig. 8é uma vista isométrica esquemática dos braços móveis da Fig. 5 e os terminais e membros fixos associados; Fig. 9é uma vista plana esquemática de um contator de dois polos de acordo com uma terceira modalidade da presente invenção; Fig. 10é uma vista parcial alargada do contator da Fig. 9, que mostra os contatos de um polo na posição completamente aberta; Fig. 11é uma vista similar a Fig. 10, que mostra os contatos na posição parcialmente aberta; Fig. 12é uma vista similar a Fig. 10, que mostra os contatos na posição parcialmente fechada; Fig. 13é uma vista lateral de um invólucro de medidor da técnica anterior; Fig- 14 é uma vista plana do invólucro de medidor da Fig. 14; Fig. 15é uma vista lateral de um invólucro de medidor de acordo com a presente invenção; Fig. 16é uma vista plana do invólucro de medidor da Fig. 15; Fig- 17 é uma vista esquemática de uma caixa de parede ajustada com um medidor de desconexão de acordo com a presente invenção; e Fig. 18é uma vista esquemática de um contator de dois polos tendo comutadores de liderança/atraso.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS

[0025] Quatro conceitos de melhoramento importantes (os melhoramentos) serão agora descritos para ilustrar a presente invenção. Cada melhoramento será discutido com referência a uma ou mais modalidades preferidas oferecidas por meio de exemplo para descrever a invenção. Enquanto cada conceito pode ser combinado cm os outros conceitos, certos conceitos podem ser aplicados diretamente a contatores da técnica anterior de construção diferente.

[0026] A Fig. 4 é uma vista esquemática de um par de braços móveis de lâmina dupla 30 de um contator elétrico, de acordo com a modalidade preferida da presente invenção. Cada braço é similar aos braços da técnica anterior da Fig. 3 exceto que as nervuras de enrijecimento 39 são substituídas por placas de ferro, na forma de laminações de aço 40, intimamente anexado à superfície externa do braço. A laminação de aço 40 se estende sobre a maioria do comprimento do braço 30 e preferivelmente se estende sobre a porção inclinada 38 e a extremidade distai 36 do braço. Na Fig. 4, o terminal fixo 22 e os contatos fixos 23 são mostrados dispostos entre os contatos móveis 25 com os braços 30 no estado relaxado tal que os contatos são engatados, conhecidos como na posição fechada. Como antes, os dois braços 30 faceiam um ao outro pela pequena lacuna 33 por uma maioria d comprimento. As laminações de aço permitem os braços de contato de serem mais curtos para a mesma avaliação de corrente e também reduz a resistência da comutação. As laminações de aço 40 são fixadas aos braços 30 por rebite, preferivelmente usando rebites virados 41 formados na laminação de aço e passando através dos braços.

[0027] Este projeto permite a construção de um comutador de custo reduzido menor, com “lâmina duplas” de mola de cobre mais estreita mais curta, que pode ter uma resistência nominal menor e autoaquecimento, mas que também é capaz de gear forças de atração magnética muito maiores, para superar as forças de repulsão de contato inevitavelmente maiores nas maiores correntes divididas, usando menos contatos.

[0028] Com a geometria de “lâmina dupla” de cobre paralela mais longa padrão, existe uma força de atração magnética definida entre eles em uma corrente de falha de curto circuito dividida alta, os fortes campos magnéticos individuais estando em grande proximidade um do outro, pela lacuna, aumentando entre si, criando alguma deflexão (para dentro) em ambos, e fechando a lacuna relacionada ao mesmo tempo. Se a corrente de falha de curto circuito é muito alta - como, por exemplo, durante picos de CA - existe um perigo de que as laminas podem se defletir para muito longe, tocar e possivelmente ligar os contatos desligados, que irão momentaneamente abrir o comutador e destroem o efeito de “lâmina dupla”, com consequências explosivas potencialmente catastróficas.

[0029] Fig. 4a ilustra uma variação das lâminas mostradas na Fig. 4. Enquanto a construção de lâmina dupla melhorada é projetada para evitar o uso de lâminas divididas, para contatores com uma avaliação de corrente muito alta, acima de 200 Amps ou para contatores muito compactos, um arranjo de comutador de lâmina dupla melhorado de aço pode ser útil, especialmente se o número de seções longitudinais pode ser reduzido usando as laminações de aço. Então, na Fig. 4a está um exemplo de um comutador de lâmina dupla aço dividido melhorado de um contator. O comutador possui um par de braços de lâmina dupla 30 que se estendem a partir de um terminal móvel 24 ao qual eles são rebitados (apenas um visível), a um terminal fixo 22 tendo contatos fixos 23 se opondo a contatos móveis 25 fixados nas extremidades distais dos braços. Cada braço é dividido em uma pluralidade de seções longitudinais (dois mostrados) por uma fenda 43 se estendendo a partir de uma extremidade distai em direção à extremidade fixa. Cada seção longitudinal possui uma laminação de aço 40 fixada a uma superfície externa, preferivelmente pelo uso de um rebite virado 41.

[0030] A Fig. 5 ilustra um contator de dois polos 10 com uma cobertura removida. O contator possui dois conjuntos de comutador 12, em ambos os lados de um solenoide 16. Um içador 18 é fixado a um pistão do solenoide e uma cunha 50 e dois pinos 52 para cada comutador. A cunha é disposta entre os braços e arranjada para separar os braços quando acionada para a lacuna 33. Os dois pinos 52 são dispostos em lados opostos do par de braços na regia da porção de inclinação 38. Na posição fechada como mostrada na Fig. 5, os pinos pressionam contra a superfície externa da porção de inclinação 38 dos braços, tanto diretamente quanto indiretamente através das laminações de aço, para impelir os contatos para a posição fechada. Quando o solenoide move o içador para a posição aberta, para a esquerda como mostrado, os pinos desengatam os braços permitindo que os contatos abram quando a cunha entra na lacuna 33 movendo as extremidades distais dos braços para longe abrindo os contatos. Na Fig. 5, os contatos são ocultados pelo içador 18, no entanto a abertura e o fechamento dos contatos podem ser visto nas Figs. 6 & 7.

[0031] O solenoide 16 pode ser um solenoide de autotravamento, preferivelmente um solenoide de autotravamento magnético que é operado por pulso e polarizado por mola para a posição fechada. Assim em operação, o solenoide é pulsado para mudar de estado, para travar na posição aberta ou destravar para a posição fechada. Isto economiza energia já que o solenoide é apenas momentaneamente energizado para mudar as posições.

[0032] As “lâmina duplas” de aço melhorado mais estreitas e mais curtas tem a vantagem de que a resistência de comutador nominal é tipicamente metade, enquanto as forças de atração magnética entre os braços móveis são aumentadas por pelo menos um fator de cinco, se comparado com as lâminas padrão mais longas da técnica anterior.

[0033] Os terminais de comutador de pingar ou “faixas” para o contator de medidor de dois polos padrão, são normalmente usinados para folha de cobre de espessura de 2,38 mm ou tira, ara plugar as mandíbulas arqueadas de base e medidor. Estas formas usinadas de cobre geram considerável calor residual. Já que a resistência de comutador de aço melhorado é tipicamente metade, é possível substituir estes terminais de cobre com terminais de latão da mesma espessura, alcançando uma economia de custo adicional de aproximadamente 40%, devido à diferença de preço entre cobre e latão. A Fig. 5 ilustra um contator de medidor de plugar de dois polos que incorpora as “lâmina duplas” de aço melhorado mais estreitas e mais curtas.

[0034] O contator de dois polos possui um desenho simétrico dos dois comutadores de aço melhorado com o solenoide centralmente posicionado 16, acionando um içador 18 anexado ao solenoide pistão, tendo duas cunhas 50 para abrir os conjuntos de lâmina. As “faixas” de terminal 22, 24, permitem que o contator de dois polos seja plugado na tomada de medidor. Fabricando as faixas de terminal de latão ao invés de cobre, o custo do contator é adicionalmente reduzido. O solenoide é preferivelmente de uma construção estreita longa, disposta entre os dois conjuntos de lâminas, para permitir que o contator tenha uma largura relativamente pequena, permitindo que o contator encaixe entre as mandíbulas arqueadas da tomada de medidor de forma que a caixa de parede padrão e a configuração de medidor podem ser usados.

[0035] No contator de dois polos mostrado na Fig. 5, com “lâmina duplas” de mola de cobre menores, a presença das laminações de aço enrijecido 40 anexada intimamente aos braços de cobre 30 removeu a flexibilidade vista no projeto de lâmina padrão, que prontamente defletiu para dento sob condições de falha de curto circuito altas, dando alguma limpeza de contato que reduziu a soldagem de aderência de grupo fundido.

[0036] Existe uma preocupação de que sob condições de falha de curto circuito altas, braços enrijecidos tais como as lâminas duplas de aço melhorado descritas acima, podem vibrar e oscilar brevemente sob a atração de lâmina massiva e forças de repulsão de contato sendo equilibradas nos fortes campos magnéticos. Similarmente, durante a comutação de corrente nominal, existe uma preocupação de que lâminas rígidas podem gerar alguma oscilação de contato indesejada, potencialmente causando soldagens aderentes, piorando o tempo de vida e a delaminação de contato.

[0037] De maneira a erradicar estas preocupações, as extremidades distais ou de contato 36 dos braços 30 das lâminas duplas são formadas com uma lingueta flexível 44 formada em um lado como mostrada na Figs. 6 a 8. Como ilustrado na Figs. 5 e 6, o pistão do solenoide 16 é anexado a um içador 18 com extensões conformadas em cunha (cunhas 50) que são posicionadas entre as extremidades distais deslocadas 36 dos pares de lâmina, então quando o solenoide é acionado, as lâminas e contatos são abertos através de uma cunha sendo movida para a lacuna 33 entre os braços e que pressiona contra as faces de lâmina internas da porção de inclinação 38.

[0038] O içador 18 também possui pares de “pinos” 52 que se assentam montados sobre as laterais externas das faces de lâmina de inclinação. Os pinos 52 são espaçados dos braços 30 quando o içador 18 está na posição aberta com a cunha 50 mantendo os braços separados. Quando o içador está na posição fechada, na qual uma cunha é desengatada dos braços, permitindo que os braços fechem nos contatos, então fechando o comutador, os pinos 52 engatam com e defletem as linguetas 44 para dentro, fixando os contatos gentilmente de forma a evitar oscilação. Ainda, durante condições de falha de “curto-morto” e curto circuito “de realização” altas, qualquer vibração devido à atração de lâmina massiva e forças de repulsão de contato sendo equilibradas, a reação de fixação do pino 52 e da lingueta 44 evita oscilação e abertura de contato espúria.

[0039] As linguetas 44 são formadas através da fabricação de uma ranhura longitudinal 46 em uma extremidade distai 36 de cada braço, se estendendo através da porção de inclinação 38 da face de lâmina. A lingueta não contata o contato fixo e assim não carrega corrente. Enquanto a lingueta é mostrada se estendendo até a extremidade do braço, já que os pinos apenas contatam a superfície de inclinação, a lingueta pode ser adequadamente modificada e ajustada para prover um nível desejado de pressão de contato adicional. A lingueta não é coberta pela placa de aço 40.

[0040] O conceito de lingueta flexível, enquanto mostrado como parte da construção de lâmina dupla melhorada de aço, pode ser aplicada a comutadores de lâmina dupla simples para melhorar a pressão de contato e então reduzir à resistência de contato normal e melhorar a resistência à oscilação de contato durante o fechamento de contato.

[0041] Em contatores descritos acima, que usam múltiplos contatos (até 16 no total) para até dividir corrente em níveis de falha de curto circuito alto ou de corrente nominal, é importante que os contatos usados possuam espessura de liga de prata “camada de topo” adequada, para suportar as árduas tarefas de “comutação” e “carregamento” de corrente envolvidas. O contato de bimetal da espessura de camada de topo típica de um diâmetro de 8 mm está na faixa de 0,6 a 1,0 mm, que se iguala a custo considerável, especialmente quando 16 contatos são usados em um contator de dois polos de 200 Amp como usado em projetos da técnica anterior que usam uma construção de lâmina dupla dividida.

[0042] Um método para reduzir o custo de liga de prata total é controlar a espessura da camada de topo em alguns contatos de cada comutador, através da introdução de um conceito de comutação especial referido como “liderança/atraso”, que se confere muito bem para o modo que os braços de lâmina dupla são realmente ajustados, arrumados e atuados durante a função de comutação acionada por pulso. Isto é ainda mais importante no comutador de aço melhorado de lâmina mais curta proposto acima, que usa apenas 8 contatos ao invés de 16. Os contatos serão dimensionados para se adequar aos requisitos de durabilidade de vida.

[0043] Com o princípio de “liderança/atraso”, como ilustrado nas Figs. 9 a 13, lâminas 30 e contatos 23, 24 escolhidos em cada conjunto são ajustados e arrumados de tal modo que durante o fechamento dos contatos um atraso de tempo definido, porém crítico is introduzido entre os contatos que primeiro fecha (os contatos de “liderança” 60) levando o peso da corrente de carga de comutação, e os contatos atrasados (os contatos de “atraso” 62) que fecham uma fração posterior no tempo. Isto sempre garante que os contatos de atraso apenas carreguem corrente de carga, mantendo ela relativamente limpa e dificilmente erodida.Assim os contatos de atraso 62 podem ter uma espessura de liga de prata de camada de topo muito mais fina se comparados com os contatos de liderança.

[0044] Por outro lado, os contatos de liderança 60 que levam peso da corrente de carga de comutação (especialmente se a carga é indutiva) requerem uma camada de topo mais grossa do que os contatos de atraso, para melhorar a durabilidade da vida e reduzir a delaminação de contato. Assim quando o ajuste de lâmina, arrumação e acionamento de pulso é otimizado para liderança/atraso, é possível fazer consideráveis economias com os contatos racionalizados como descritos.

[0045] É possível, por exemplo, otimizar um conjunto de contato de liderança/atraso para camada de topo relativamente grossa nos contatos de liderança de comutação, e camadas de topo muito mais finas no contato de atraso de carregamento, fazendo uma redução considerável no conteúdo de liga de prata.Ainda os contatos de atraso de carregamento podem ser menores em diâmetro.

[0046] Em um arranjo simples, uma cunha 50 que abre os braços 30 do comutador de lâmina dupla, podem ser ajustados levemente deslocados tal que a cunha não fecha os contatos ou move os braços igualmente. Em particular, a cunha 50 irá mover um braço 30 levemente a frente do outro braço causando um braço, o braço de liderança, fechar o comutador (o contato móvel engata o contato fixo) levemente antes do outro braço, o braço de atraso, fechar. A Fig. 9 ilustra o mecanismo de comutação do contator 10. As Figs. 10 a 12 são vistas parciais que ilustram um conjunto de contatos de comutação 23, 25, que se movem da posição aberta para a posição parcialmente fechada e para a posição fechada, em uma escala alargada. Na Fig. 10, os contatos são abertos com a cunha 50 que segura os braços 30 afastados, representando um comutador aberto. Na Fig. 11, a cunha 50 foi movida para uma posição intermediária as posições aberta e fechada. Nesta posição, um conjunto de contatos, o conjunto de liderança 60 já fez contato e assim o comutador é fechado. No entanto, o outro conjunto de contatos, o conjunto de atraso 62 ainda é mantido separado, assim corrente não pode fluir através dos contatos de atraso 62. Na Fig. 12, a cunha 50 foi movida para a posição fechada, liberando ambos os braços 30 permitindo que ambos os contatos, os contatos de liderança 60, e os contatos de atraso 62, se fechem assim dividindo o fluxo de corrente através do comutador.

[0047] Em um contator de dois polos, cada comutador pode ter um arranjo de contato de liderança/atraso como descrito acima. Alternativamente, como os dois comutadores estão efetivamente em série com a carga entre os terminais de fornecimento, um comutador pode ser designado como o comutador de comutação e o outro comutador como o comutador de carregamento. Neste caso o comutador de carregamento se fecha pouco antes do comutador de comutação de forma que ele se fecha sob uma condição sem corrente e o comutador de comutação se fecha condições completamente carregadas. Assim em termos de temporização, as funções de liderança e atraso são revertias, mas como antes um conjunto de contatos pode ser de avaliação de corrente inferior ou usando material mais barato, economizando custos na fabricação do contator. Neste arranjo de contator de dois polos, novamente a temporização da operação de comutação pode ser arranjada por posicionamento adequado das cunhas que separam os braços, tal que na liberação, um braço ou um comutador irá fechar antes do outro.

[0048] A Fig. 18 é um diagrama esquemático de um contator de dois polos com contatos de liderança definidos em diferentes comutadores.O contator 10 possui um primeiro comutador 12 e um segundo comutador 12’. O primeiro comutador possui um primeiro terminal 22 que carrega um contato fixo 23, um segundo terminal 24 conectado a um primeiro braço móvel 30 que carrega um contato móvel 25 em uma extremidade remota a partir da conexão ao segundo terminal. O contato fixo 23 e o contato móvel 25 formam um primeiro par de comutadores contatos 60. O segundo comutador 12’ é similarmente construído. O segundo comutador possui um terceiro terminal 22’ que carrega um contato fixo 23’, um quarto terminal 24’ conectado a um segundo braço móvel 30’ que carrega um contato móvel 25’ em uma extremidade remota a partir da conexão ao quarto terminal. O contato fixo 23’ e o contato móvel 25’ formam um segundo par de comutadores contatos 62. Um solenoide 16 move um içador 18 entre primeira e segunda posições. Uma primeira cunha 50 integral com o içador move o primeiro braço 30 para abrir e fechar o primeiro comutador. Uma segunda cunha 50’ integral com o içador move o segundo braço 30’ para abrir e fechar o segundo comutador. As cunhas são arranjadas, preferivelmente sendo deslocadas, tal que quando o contator fecha, que está indo a partir de um estado aberto para um estado fechado, o primeiro par de comutadores contatos 60 fecha após o segundo par de comutadores contatos fechar. Isto é, existe um atraso no fechamento do primeiro comutador comparado com o segundo comutador. Nesta configuração os contatos do segundo comutador pegam a função dos contatos de liderança e lidam com a carga de comutação enquanto os contatos 23, 25 do primeiro comutador 12 lidam apenas com carregamento ou corrente de carga e assim podem ser menores. O contator é mostrado com cada comutador tendo dois braços, mas o conceito funciona com comutadores tendo um ou mais braços.

[0049] Existe uma vantagem de custo distinta a qual incorpora um conjunto de “lâmina dupla” bem ajustado e arrumado com contatos de “liderança/atraso” como descritos acima. Se não apropriadamente acionado por pulso, mesmo em corrente nominal, alguns contatos de liderança podem soldar por aderência durante a vida operacional, já que com a erosão que ocorre, alguns pontos na superfície de liga de prata comutada podem se tornar ricos em prata, o que promove mais aleatoriamente a soldagem de aderência. Isto é especialmente um problema se o acionamento de pulso não é forte o suficiente par romper as soldagens de aderência que ocorrem com oscilação de comutação. Ainda dependendo de quando isto pode ocorrer durante a vida operacional, uma soldagem de aderência pode ocorrer durante uma falha de curto circuito moderada pelas mesmas razões.

[0050] Um arranjo para melhorar este problema de soldagem de aderência é usar uma camada de topo de liga de prata que é rica em tungsténio. Em particular, uma camada de topo de liga de prata especial com inclusões de aditivo de óxido de tungsténio na matriz de prata, particularmente para o contato de comutação de liderança. A adição de aditivo de óxido de tungsténio na matriz tem várias vantagens e efeitos importantes: 1)cria uma estrutura de “camada de topo” mais homogênea, empoçando a superfície em erosão mais igualmente, mas não cria muitas áreas ricas em prata, propensas a soldagem de aderência, 2)eleva a temperatura da mistura fundida no ponto de comutação, o que desencoraja a soldagem de aderência, e 3)como o aditivo de óxido de tungsténio é uma proporção considerável do total de massa de prata da “camada de topo”, para uma dada espessura, também existe uma pequena vantagem de custo.

[0051] Todos os melhoramentos descritos acima podem ser usados para criar um contator de medidor de desconexão de custo reduzido menor, que normalmente seria montado dentro de um revestimento de medidor. Este projeto melhorado é menor do que todos os contatores de medidor de desconexão existentes, permitindo que ele seja montado não apenas dentro do revestimento de medidor convencionalmente, mas também de ser movido para fora da interface de envelope de medidor, mesmo que ainda anexado ao lado de dentro do invólucro de base de medidor, ou integrado e aninhado entre e dentro das mandíbulas arqueadas do bloco de terminal de medidor da caixa de parede. As mandíbulas arqueadas são os terminais da tomada de medidor que permitem que o medidor de rede seja simplesmente plugado no bloco de terminal para fácil instalação e substituição. Desta forma as mandíbulas arqueadas são arranjadas de acordo com um desenho convencional fixo para permitir compatibilidade entre marcas e modelos.

[0052] Os diagramas esquemáticos das Figs. 13 & 14 exibe um arranjo de medidor de pingar típico com o contator de desconexão mais largo existente 10 montado dentro do revestimento de medidor 70, plugado nas mandíbulas arqueadas da tomada de medidor em uma “caixa de parede” para conectar de maneira segura o medidor através de suas faixas de terminal cobre aos cabos de fornecimento e carga montados na traseira da caixa de parede.

[0053] O contator de medidor de desconexão maior existente montado dentro do revestimento de medidor pingar como mostrado na Fig. 13 é muito grande para ser montado e anexado abaixo da moldagem de base de medidor, enquanto os centros das “faixas” de medidor 74 não devem ser compatíveis com os centros de mandíbula arqueada na caixa de parede.

[0054] Para caber entre as faixas, o contator de medidor de desconexão deveria ser mais estreito, similar ao contator de aço melhorado descrito acima, para plugabilidade de faixa normal do medidor nas mandíbulas arqueadas de caixa de parede, como mostrada nos diagramas esquemáticos das Figs. 15 & 16.

[0055] O contator de medidor de desconexão menor 10 capaz de ser produzido usando os melhoramentos descritos acima, é capaz de ser montado completamente fora do invólucro de medidor 74, tanto na parte de trás do invólucro de medidor entre as faixas de medidor como mostrado nas Figs. 15 & 16 ou entre as mandíbulas arqueadas da tomada de medidor da caixa de parede típica, como mostrada na Fig. 17, que realmente comuta a conexão de mandíbula arqueada.

[0056] Nas Figs. 15 & 16, o contator 10 é diretamente montado na parte de trás do invólucro de medidor 74 entre as faixas de terminal 74 do medidor. Na verdade, dois terminais do contator estarão conectados a duas das faixas. O invólucro de medidor 74 possui quatro pernas 76 que são dispostas próximas das respectivas faixas, mas fora do espaço definido pelas faixas. As pernas 76 proveem alguma proteção para as faixas durante o transporte e quando instalado nas pernas se assentam contra a caixa de parede ou a tomada de medidor para garantir o posicionamento correto do medidor.

[0057] O contator de dois polos da Fig. 17 é similar ao contator mostrado na Fig. 5 e descrito aqui anteriormente. O contator 10 possui um desenho simétrico com dois comutadores 12 tendo conjuntos de lâmina de aço melhorado, e um solenoide centralmente posicionado 16 que aciona um içador 18 para abrir os conjuntos de lâmina. O solenoide 16 é preferivelmente de uma construção estreita longa, disposta entre os dois conjuntos de lâminas, para permitir que o contator tenha uma largura relativamente pequena, como necessário para se ajustar entre as mandíbulas arqueadas de medidor de forma que a caixa de parede padrão e configuração de medidor podem ser usados. Os terminais 22, 24, do contator são conectados entre uma mandíbula arqueada no lado de saída do medidor e a conexão de carga. Isto permite que as faixas de medidor sejam plugadas nas mandíbulas arqueadas da maneira convencional.

[0058] Uma caixa de parede 80 ajustada com um contator de desconexão 10 é mostrado na Fig. 17. A caixa de parede possui um arranjo de tomada de medidor para receber faixas a partir de um invólucro de medidor padrão. A tomada de medidor inclui um terminal de plugar conhecido como mandíbulas arqueadas 82, 83. Um cabo de fornecimento 84 e um cabo de carga 86 e mostrado entrando na caixa de parede e se conectando a fixadores de cabo 90 associados com a tomada de medidor. O fornecimento é um fornecimento de 2 fases com cabeamentos de fase Al, A2 e um cabeamento neutro ou terra E. Os cabeamentos terra são mostrados passando sob o contator onde eles são unidos. Os cabeamentos de fase de suprimento Al, A2 conectam as mandíbulas arqueadas 82 nas quais faixas de medidor devem ser plugadas para conectar o suprimento diretamente ao medidor. As faixas de medidor que representam a saída do medidor plugadas em mandíbulas arqueadas 83 que são isoladas dos conectores de cabo ao qual o cabo de carga é conectado. Ao invés disso, estas mandíbulas arqueadas isoladas se conectam aos terminais (aqui aos terminais móveis 24) do contator 10 e os outros terminais (aqui os terminais fixos 22) do contator são conectados aos conectores de cabo 92 aos quais os cabeamentos de fase de carga Al’, A2’ são conectados. Assim o fornecimento é alimentado diretamente ao medidor de forma que os equipamentos eletrônicos de medidor sempre possuem energia disponível e a carga é fornecida a partir do medidor através do contator de desconexão 10, permitindo que a carga seja isolada sem desligar a energia do medidor.

[0059] Uma vantagem do conjunto do contator de medidor de desconexão fora do medidor e dentro da caixa de parede, entre as mandíbulas arqueadas, é que seria possível controlar a conexão de mandíbula arqueada de “desconexão” comutada, remotamente e independentemente, do circuito de controle de medidor em si, usando telemetria ou chamadas técnicas de transmissão de dados de “portador de linha de energia”, que são muito bem desenvolvidos. Ele também permite um arranjo simples para prover uma instalação de conexão/desconexão remota independente usando um medidor de rede do tipo de plugar simples sem um contator de construir, que é tipicamente menor e mais barato.

[0060] Este arranjo “integrado” permite a separação do medidor e do contator de desconexão de forma que reparo ou substituição de partes defeituosas pode ser realizado rapidamente e facilmente sem substituir partes adicionais que ainda estão em bom funcionamento. Ele também permite um contator de desconexão “integrado” remotamente controlado em toda instalação de caixa de parede para controle remoto da conexão de carga doméstica.

[0061] Na descrição e nas reivindicações do presente pedido, cada uma das palavras “compreende”, “inclui”, “contém” e “possui”, e variações das mesmas, são usadas de um sentido inclusivo, para especificar a presença do item declarado, mas não para excluir a presença de itens adicionais.

[0062] Apesar da invenção ser descrita com referência a uma ou mais modalidades preferidas, deve ser percebido pelos peritos na técnica que várias modificações são possíveis. Portanto, o escopo da invenção deve ser determinado por referência as reivindicações que seguem.

Claims (15)

1.Contator elétrico, compreendendo: um primeiro terminal (22) conectado a um par de contatos fixos (23) em faces opostas de um membro condutor fixo; um segundo terminal (24); e um par de braços móveis (30) de material eletricamente condutor conectado ao segundo terminal (24), e carregando contatos móveis (25) sobre faces internas em uma extremidade (36) remota a partir da conexão ao segundo terminal, os braços móveis (30) sendo arranjados em oposição alinhada entre si tal que as extremidades remotas (36) dos braços móveis (30) estão em ambos os lados do membro condutor fixo, com os contatos móveis (25) alinhados com os contatos fixos (23), e são separados por uma lacuna predeterminada (33) sobre uma porção maior de um comprimento do braço móvel (30); uma placa de ferro (40) anexada nas faces externas dos braços móveis (30) ao longo da maioria do comprimento dos braços móveis, e se estendendo através das extremidades dos braços móveis no fundo dos contatos móveis (25); caracterizado pelo fato de que que o arranjo do membro fixo e braços móveis (30) sendo tal que quando os contatos (25) e os contatos fixos (23) estão fechados, a corrente que flui através dos braços móveis (30) e das placas de ferro (40) produz forças de atração de campo magnético induzido entre os braços móveis que impelem braços móveis um em direção ao outro, desta forma aumentando a força que pressiona os contatos móveis (25) contra os contatos fixos (23).

2.Contator elétrico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os braços móveis (30) são pré-formados e pré- carregados de forma a enviesar os braços móveis um em direção ao outro para engatar os contatos fixos (23) com uma pressão de contato pré-definida que mantém os contatos (23,25) normalmente fechados na ausência de uma força que separa os braços móveis (30).

3.Contator elétrico de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que as placas de ferro (40) são anexadas aos braços móveis (30) ao longo do comprimento formado das placas de ferro (40), enquanto que quando os contatos móveis (25) e os contatos fixos (23) são fechados, a corrente mais alta que flui através dos braços móveis induz campos magnéticos nas placas de ferro, gerando uma força magnética de atração que impelem os contatos fechados.

4.Contator elétrico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que compreende um arranjo de atuação que inclui um membro conformado em cunha (50) disposto entre superfícies inclinadas internas (38) dos braços móveis, arranjados para separar os braços móveis (30) de forma a abrir os contatos móveis (25), o membro conformado em cunha sendo móvel a partir de uma primeira posição para separar os braços móveis, para uma segunda posição para permitir os braços de se moverem livremente um em direção ao outro.

5.Contator elétrico de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o arranjo de atuação compreende um membro móvel (52) que, em uma primeira posição não está engatada com os braços móveis (30), para permitir o membro conformado em cunha (50) para separar os braços móveis e em uma segunda posição engata com os braços móveis (30) para pressionar os contatos móveis (25) contra os contatos fixos (23).

6.Contator elétrico de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o membro móvel (52) compreende pinos que pressionam contra a porção inclinada (38) dos braços móveis (30) na segunda posição.

7.Contator elétrico de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que as porções inclinadas (38) dos braços móveis (30) são linguetas flexíveis separadas (44) integrais com os braços móveis, que defletem para dentro, para melhorar o fechamento de contato e reduzir a oscilação quando engatado pelo membro móvel na segunda posição.

8.Contator elétrico de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado pelo fato de que o arranjo de atuação compreende um atuador magnético (16) acoplado ao membro conformado em cunha (50) e ao membro móvel (52), o atuador eletromagnético efetuando movimento do membro conformado em cunha e o membro móvel, entre as primeira e segunda posições.

9.Contator elétrico de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o membro conformado em cunha (50) e o membro móvel (52) são parte de um içador (18) fixado ao atuador eletromagnético (16).

10.Contator elétrico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que compreende um arranjo de atuação, o arranjo de atuação incluindo um atuador eletromagnético (16), o atuador eletromagnético sendo liberado ou destravado para fazer os contatos móveis (25) engatarem os contatos fixos (23).

11.Contator elétrico de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato de que o atuador eletromagnético (16) é um solenoide de travamento de imã ou um solenoide de travamento sem imã permanentemente energizado.

12.Contator elétrico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que cada braço móvel (30) é arranjado para carregar uma porção igual da corrente total através do contator.

13.Contator elétrico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que cada braço móvel (30) compreende uma pluralidade de seções longitudinais, cada um provido com um contato móvel (25) na extremidade remota e arranjado para engatar com um correspondente contato fixo (23), o fluxo de corrente nos braços sendo igualmente dividido entre as seções do mesmo.

14.Contator elétrico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que o primeiro e o segundo terminais (22, 24) são feitos de latão.

15.Contator elétrico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que o contator é um contator de dois polos tendo um par de primeiros terminais (22), um par de segundos terminais (24), um par de membros condutores fixos e dois pares de braços móveis (30).

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