RU215450U1 - Контактор вакуумный электромагнитный - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к электрическим коммутационным аппаратам, предназначенным для коммутации силовых электрических цепей переменного тока. Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении полезной модели, является уменьшение габаритных размеров контактора с сохранением при этом способности пропускать требуемый номинальный ток. Техническим результатом является создание вакуумного контактора с уменьшенными габаритными размерами. Контактор вакуумный электромагнитный содержит вакуумную камеру с подвижным и неподвижным контактами, электромагнитный привод, медесодержащие держатели подвижных контактов, оснащенные сильфонами, защитный токопроводящий барьер, закрепленный на держателе подвижного контакта между сильфоном и подвижным контактом. 3 ил.

Description

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к электрическим коммутационным аппаратам, предназначенным для коммутации силовых электрических цепей переменного тока.

Известен контактор вакуумный электромагнитный по патенту на полезную модель RU 164777 (опубл. 20.09.2016), содержащий выполненные из электроизоляционного материала корпус с перегородкой и Г-образный рычаг, имеющий плечи различной длины, по меньшей мере одну вакуумную дугогасительную камеру с подвижным и неподвижным контактами, электромагнитный привод, по меньшей мере из одного электромагнита, содержащего плоский якорь, ярмо, катушку и сердечник, пружину сжатия, предназначенную для размыкания контактов, снабженную средством регулировки величины нагрузки, в котором перегородка корпуса расположена между вакуумной дугогасительной камерой и электромагнитным приводом, оси катушки и сердечника расположены перпендикулярно перегородке корпуса, длинное плечо Г-образного рычага кинематически соединено с подвижным контактом посредством головки штока, а в коротком плече выполнен продольный паз, в котором закреплен плоский якорь, причем при обесточенном электромагните короткое плечо расположено под острым углом к перегородке корпуса таким образом, что удаленная от оси Г-образного рычага часть плоского якоря контактирует с поверхностью перегородки корпуса или закрепленным на ней упором, а при контакте плоского якоря с сердечником между длинным плечом Г-образного рычага и головкой штока имеется зазор.

Данное известное решение выбрано заявителем в качестве ближайшего аналога полезной модели.

К недостаткам данного известного решения следует отнести большие габаритные размеры, что ограничивает сферу его применения.

Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении полезной модели, является создание вакуумного контактора с уменьшенными габаритными размерами с сохранением при этом способности пропускать требуемый номинальный ток.

Техническим результатом является уменьшение габаритных размеров контактора вакуумного электромагнитного.

Технический результат достигается тем, что в контакторе вакуумном электромагнитном, содержащем вакуумную камеру с подвижным и неподвижным контактами, держатели контактов, сильфон, электромагнитный привод, согласно полезной модели, вакуумная камера содержит токопроводящий защитный барьер, закрепленный на медесодержащем держателе подвижного контакта, между сильфоном и подвижным контактом, при этом защитный барьер представляет собой деталь, защищающую корпус вакуумной камеры и сильфон вакуумной камеры от повреждения дугой.

Под медесодержащим материалом подразумевается материал, в составе которого содержится медь, включая медь М1.

Под держателем подвижного контакта подразумевается деталь, на котором закреплен подвижный контакт.

Под держателем неподвижного контакта подразумевается деталь, на котором закреплен неподвижный контакт.

Под токосъемником подразумевается деталь, основная функция которой заключается в снятии и передачи тока с одной детали на другую.

Под соединительной пластиной понимается деталь, предназначенная для присоединения токоподводящих элементов, толщина которой меньше чем другие размеры этой детали.

Под защитным барьером понимается деталь, защищающая корпус вакуумной дугогасительной камеры и сильфон подвижного контакта от повреждения дугой.

Выполнение медесодержащими держателей подвижных контактов, токосъемников и соединительных пластин, а также держателей неподвижных контактов, их токосъемников и соединительных пластин позволяет уменьшить габаритные размеры этих элементов (следовательно, и контактора в целом), сохраняя при этом способность пропускать требуемый номинальный ток, благодаря свойствам меди.

Согласно закону Ома сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи.

где I - сила тока;

R - сопротивление.

При этом:

где R - сопротивление [Ом];

ρ - удельное сопротивление [Ом⋅м];

l - длина [м];

S - площадь поперечного сечения образца [мм²].

Отсюда следует:

Согласно таблице удельных сопротивлений проводников:

ρ_меди = 1,68 ⋅ 10^-8 [Ом⋅м];

ρ_{алюминия} = 2,7 ⋅ 10^-8 [Ом⋅м];

ρ_железа = 9,9 ⋅ 10^-8 [Ом⋅м].

Таким образом:

=

,

=

.

Предположим, что один держатель подвижных контактов выполнен из меди, другой из алюминия, третий из железа (стали). Тогда из формулы 4 и табличных значений удельного сопротивления следует, что при равных U, l и I для образца из меди площадь его поперечного сечения можно выполнить в 1,6 раз меньше по сравнению с площадью поперечного сечения образца из алюминия и в 5,893 раза меньше по сравнению с площадью поперечного сечения образца из железа (стали), при этом пропускаемый номинальный ток останется таким же. Такой же расчет верен для токосъемников и соединительных пластин, а также держателей неподвижных контактов.

Таким образом, из приведенных расчетов следует, что изготовление токоведущих деталей контактора (держателей подвижных контактов, токосъемников, соединительных пластин, а также держателей неподвижных контактов, защитного барьера) из медесодержащих материалов позволяет уменьшить их размеры (а следовательно и габаритные размеры самого контактора), сохраняя при этом способность пропускать требуемый номинальный ток.

Предлагаемый контактор содержит размещенные над медесодержащими соединительными пластинами медесодержащие токосъемники, внутри которых размещены медесодержащие держатели подвижных контактов, оснащенные сильфонами.

Также контактор содержит медесодержащие держатели неподвижных контактов, оснащенные медесодержащими токосъемниками.

Кроме того, вакуумная камера контактора содержит защитный медесодержащий барьер, защищающий корпус камеры и закрепленный на держателе подвижных контактов между сильфоном и подвижным контактом.

При этом для достижения технического результата существенно как изготовление каждого из перечисленных элементов (держателей неподвижных контактов, держателей подвижных контактов, токосъемников, соединительных пластин, защитного барьера) медесодержащим, так и изготовление всех этих элементов медесодержащими. Это позволяет уменьшить габаритные размеры, сохраняя при этом способность пропускать требуемый номинальный ток.

Компоновка контактора с размещением токосъемников над соединительными пластинами позволяет уменьшить глубину контактора на размер токосъемников (по сравнению с последовательным размещением токосъемников), что также способствует уменьшению габаритных размеров.

Размещение внутри токосъемника держателя подвижного контакта также позволяет уменьшить глубину контактора на размер токосъемников (по сравнению с последовательным размещением токосъемников). Такая компоновка позволяет уменьшить габаритные размеры, сохраняя при этом способность пропускать требуемый номинальный ток.

Оболочка вакуумной камеры требует дополнительной защиты корпуса в месте установки подвижного и неподвижного контактов, так как при замыкании и размыкания контактов возможно возникновение искры и/или перегрева деталей. Поэтому это место требует дополнительной защиты, такой как, например, установка защитного барьера. В известных вакуумных контакторах защитный барьер выполняется в виде второй оболочки вокруг всей поверхности корпуса вакуумной камеры, что способствует увеличению габаритных размеров камеры и контактора в целом. В предлагаемом решении защитный барьер выполнен медесодержащим и закреплен на держателе подвижного контакта. Такое конструктивное решение позволяет уменьшить габаритные размеры вакуумной камеры и контактора в целом. Выполнение защитного барьера, защищающего корпус вакуумной дугогасительной камеры, медесодержащим согласно приведенным выше расчетам (формулы 1- 4) позволяет уменьшить его габаритные размеры (в сравнении в выполнением из алюминия или стали).

При высоких коммутируемых токах более 300А, для безопасной коммутации и безопасной работы камеры требуется большой объем вакуума в камере, а, следовательно большой диаметр вакуумной камеры (это связано с возможностью повреждения деталей камеры (сильфон, корпус) в процессе работы. Повреждающими факторами могут являться искра, перегрев и др. Наличие в конструкции контактора защитного барьера, закрепленного на держателе подвижного контакта между подвижным контактом и сильфоном, позволяет уменьшить диаметр вакуумной камеры и общие размеры вакуумной камеры благодаря отведению (удалению) опасных повреждающих факторов из опасной зоны по стенкам медесодержащего защитного экрана, препятствующему повреждению сильфона и стенок камеры от вредоносных повреждающих факторов. Выполнение защитного барьера медесодержащим (токопроводящим) позволяет отводить (удалять) дугу и/или ток из опасной зоны. Размещение защитного барьера между сильфоном и подвижным контактом создает препятствия от попадания повреждающих факторов (например искры) на сильфон. В случае отсутствия в конструкции вакуумной камеры защитного барьера понадобился бы значительно больший объем вакуумной камеры для того, чтобы искра погасла внутри вакуума вакуумной камеры без повреждения сильфона. Совокупность перечисленных признаков контактора позволяет уменьшить диаметр вакуумной дугосительной камеры, общие габариты камеры и вакуумного контактора в целом. Так как вакуумный контактор содержит несколько вакуумных дугосительных камер, его конструкция предусматривает несколько защитных барьеров. Защитный барьер, защищающий корпус вакуумной дугогасительной камеры, предусмотрен в каждой камере.

Крепление защитных барьеров, защищающих корпус вакуумной дугогасительной камеры, на держателях подвижного контакта между подвижным контактом и сильфоном и выполнение их медесодержащим уменьшает габаритный размер, так как такое крепление позволяет выполнить защитный экран, защищающий корпус, меньшего размера, но при этом осуществлять защиту и корпуса, и сильфона от повреждения в процессе работы контактора (защита от попадания на них искры и пр.). Защитный барьер крепиться между сильфоном и подвижным контактов на держателе подвижного контакта. Такое размещение позволяет уменьшить габаритный размер, позволяет защитному барьеру выполнять функцию защиты держателя подвижного контакта от перегрева. При таком исполнении не требуется закладывать более толстое сечение держателя подвижного контакта на случай перегрева при возникновении искры, что также позволяет уменьшить габаритные размеры контактора.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен продольный разрез контактора вакуумного электромагнитного; на фиг. 2 - разрез А-А; на фиг. 3 - разрез Б-Б.

Контактор вакуумный электромагнитный содержит основание 1, основание 2 электромагнитов, установленные на основании 2 две катушки 3, пружину сжатия (отключающую пружину) 4 с упором 5.

На оси 6, с возможностью совершения качательных движений установлен установочный элемент из электроизоляционного материала для якоря. В предпочтительном варианте полезной модели установочный элемент выполнен в виде двуплечего Г-образного рычага 7. Г-образный рычаг 7 имеет плечи разной длины - длинное 8 и короткое 9. На длинном плече 8 Г-образного рычага закреплен якорь 10. Якорь 10 электромагнитного привода всей поверхностью одной из своих сторон закреплен на длинном плече 8 Г-обратного рычага 7.

Контактор также содержит три вакуумные дугогасительные камеры, каждая из которых содержит защитный барьер 11, и контактную систему. Контактная система состоит из расположенных в вакуумных дугогасительных камерах неподвижных 12 и подвижных 13 контактов.

Короткое плечо 9 Г-образного рычага 7 кинематически связано с подвижным контактом 13 посредством штока 14, установленном в отверстии плеча Г-образного рычага. При повороте Г-образного рычага 7 шток 14 передает усилие пружины сжатия (отключающей пружины) на подвижный контакт 13.

Электромагнитный привод вакуумного контактора содержит печатную плату 15 с электронными компонентами: диодами 16 и конденсатором 17. Печатная плата - элемент, предназначенный для электрического и/или механического соединения различных электронных компонентов. Применение диодов 16 позволяет использовать электромагнитные приводы с цельными сердечниками, выполненными из прутка электротехнической стали, для работы на трёхфазный переменный ток. Выводы 18 катушек 3 выводятся на клеммную колодку 19 печатной платы 15 и электрически соединяются с диодами 16, закрепленными на печатной плате 15. Конденсатор 17 гасит скачки напряжения, возникающие при эксплуатации электромагнитного привода на переменный ток.

Г-образный рычаг 7 передает усилие через штоки 14 на держатели 20 подвижного контакта 13. Под держателем подвижного контакта подразумевается элемент, на котором закреплен подвижный контакт.

Для этого в каждом из трех держателей 20 подвижных контактов 13 выполнено углубление 21, снабженное резьбой. Штоки 14 толкают держатели 20 подвижного контакта 13, снабженные сильфонами 22, к неподвижным контактам 12. Каждый держатель 20 подвижного контакта 13 содержит сильфон 22, участвующий в движении держателей 20 подвижных контактов 13. Сильфон представляет собой гибкую гофрированную тонкостенную оболочку из стали.

Держатель 20 выполнен круглого поперечного сечения. Форма и наружный диаметр держателя 20 соответствует форме и внутреннему диаметру трубчатого сильфона 22. Внутренний диаметр сильфона 22 равен или лишь незначительно больше наружного диаметра держателя 20 подвижного контакта 13.

Контактор вакуумный выполнен трехполюсным и содержит три держателя подвижных контактов и три трубчатых сильфона. Конструктивное исполнение каждой вакуумной дугогасительной камеры, каждого держателя подвижного контакта с сильфоном одинаковое для всех трех фаз.

Длина каждого сильфона 22 больше его внутреннего диаметра. Такое соотношение размеров необходимо для увеличения давления воздуха снаружи на сильфон: увеличение длины при небольшом диаметре сильфонов обеспечивает достаточное давление воздуха для одновременной коммутации трех фаз переменного тока. Под действием этого давления воздуха каждый из трех сильфонов приводит в движение держатель 20 подвижного контакта, на котором он установлен. Давление воздуха будет прямо пропорционально длине трубчатого сильфона и обратно пропорционально диаметру сильфона.

Все три держателя 20 подвижных контактов 13 приводятся в движение общим Г-образным рычагом 7, на длинной стороне которого закреплен якорь 10.

Якорь 10, являющийся подвижной частью электромагнитного привода, закреплен на длинном плече 8 Г-образного рычага 7, а короткое плечо 9 Г-образного рычага кинематически соединено с тремя держателями 20 подвижных контактов 13 посредством штоков 14, воздействующих на держатели подвижных контактов. Каждая вакуумная камера содержит два токосъемника - один 23 для держателя 20 подвижного контакта 13, а другой 24 для держателя 25 неподвижного контакта 12. Под держателем неподвижного контакта подразумевается элемент, на котором закреплен неподвижный контакт. Под токосъемником подразумевается деталь, основная функция которой заключается в снятии и передачи тока с одной детали на другую.

Три вакуумные камеры контактора оснащены шестью токосъемниками (тремя токосъёмниками 23 и тремя токосъёмниками 24). Токосъемники 23 размещены над соединительными пластинами 26.

Конструктивное исполнение контактора с тремя размещенными над соединительными пластинами 26 токосъемниками 23, внутри которых размещены держатели подвижных контактов 20, позволяет уменьшить габаритные размеры контактора.

Компоновка контактора с размещением трех токосъемников 23 над соединительными пластинами 26 позволяет уменьшить глубину контактора на размер токосъемников (по сравнению с последовательным размещением токосъемников), что также способствует уменьшению габаритных размеров.

Размещение внутри токосъемника 23 держателя подвижного контакта 20 также позволяет уменьшить глубину контактора (по сравнению с последовательным размещением токосъемников) на размер токосъемников. Такая компоновка позволяет уменьшить габаритные размеры, сохраняя при этом способность пропускать требуемый номинальный ток.

Оболочка вакуумной камеры требует дополнительной защиты в месте установки подвижного и неподвижного контактов, так как при замыкании и размыкания контактов возможно возникновение искры и/или перегрева деталей. Поэтому это место требует дополнительной защиты, такой как, например, установка защитного экрана или барьера. В известных вакуумных контакторах защитный барьер выполняется в виде второй оболочки вокруг всей поверхности корпуса вакуумной камеры, что способствует увеличению габаритных размеров камеры и контактора в целом. В предлагаемом решении защитный барьер 11 выполнен медесодержащим и закреплен на держателе 20 подвижного контакта между подвижным контактом и сильфоном. Такое конструктивное решение позволяет уменьшить габаритные размеры вакуумной камеры и контактора в целом. Выполнение защитного экрана медесодержащим согласно приведенным выше расчетам (формулы 1-4) позволяет уменьшить его габаритные размеры (в сравнении в выполнением из алюминия или стали).

Крепление защитного барьера 11 на держателе 20 подвижного контакта 13 и выполнение его медесодержащим позволяет выполнять защитному экрану функцию защиты держателя подвижного контакта от перегрева. При таком исполнении не требуется закладывать более толстое сечение держателя подвижного контакта на случай перегрева при возникновении искры, что также способствует уменьшению габаритных размеров контактора.

Держатели подвижных контактов, их токосъемники и соединительные пластины, а также держатели неподвижных контактов, их токосъемники и соединительные пластины изготовлены из медесодержащих материалов. Под медесодержащим материалом подразумевается материал, в составе которого содержится медь, включая медь М1. Это позволяет уменьшить габаритные размеры этих элементов (следовательно, и контактора в целом), сохраняя при этом способность пропускать требуемый номинальный ток, благодаря свойствам меди.

На основании 1 установлен также блок 28 вспомогательных контактов, содержащий установленный в направляющих подпружиненный ползун с закрепленными на нем подвижными контактами и закрепленные неподвижно неподвижные контакты.

Размеры, пропорции (кроме сильфонов), радиусы углов прочих деталей и самого вакуумного контактора, могут быть любым в зависимости от типоразмера.

Контактор вакуумный электромагнитный работает следующим образом. При подаче напряжения на катушки 3 электромагнита якорь 10 притягивается к сердечнику. Связанный с якорем 10 Г-образный рычаг 7 поворачивается вокруг оси 6 и воздействует на шток 14, связанный с подвижным контактом вакуумной дугогасительной камеры. Пружина 4 сжимается, и подвижные контакты 13 под действием давления воздуха снаружи вакуумной дугогасительной камеры перемещаются вместе с плечом 9 Г-образного рычага 7 в направлении неподвижных контактов 12 до замыкания. Г-образный рычаг 7 поворачивается на оси 6 до контакта нижней поверхности якоря 10 с плоской поверхностью сердечника 29 катушки 3.

При отключении электромагнита под воздействием отключающей пружины 4 установочный элемент 7 в виде Г-образного рычага поворачивается вокруг оси 6 до упора якоря в стенку корпуса. Подвижные контакты 13 перемещаются вместе со вторым плечом 9 Г-образного рычага и размыкаются с неподвижными контактами 12. Кроме уменьшения габаритных размеров защитный барьер повышает надежность вакуумной камеры, защищая оболочку вакуумной камеры и сильфон от повреждений.

Конструкция контактора и применение в ней медесодержащих элементов позволяет уменьшить габаритные размеры с сохранением при этом способности контактора пропускать требуемый номинальный ток. Предлагаемое решение также расширяет арсенал электрических коммутационных аппаратов, а именно вакуумных контакторов.

Claims (1)

1. Контактор вакуумный электромагнитный, содержащий вакуумную камеру с подвижным и неподвижным контактами, держатели контактов, сильфон, электромагнитный привод, отличающийся тем, что вакуумная камера содержит токопроводящий защитный барьер, закрепленный на медесодержащем держателе подвижного контакта, между сильфоном и подвижным контактом, при этом защитный барьер представляет собой деталь, защищающую корпус вакуумной камеры и сильфон вакуумной камеры от повреждения дугой.

Images