Коммутационное устройство

 

„„SU„„1130911 A

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(59 Н 01 Н 9 30

OllHCAHNE ИЗОБРЕТЕНИЯ

S с

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3462634/24-07 (22) 05.07.82 (46) 23.12.84. Бюл. 9 47 (72) Н.М.Лукьянцев, Ю.Ф.Серебрянников и A.М.Убийко (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт взрывозащищенного и рудничного электрооборудования (53) 621.316.542 (088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

В 319055, кл. Н 01 Н 9/30, 1970.

2.Авторское свидетельство СССР

Р 497647, кл. Н 01 Н 9/30, 1974 (54)(57) КОММУТАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее главную цепь и шунтирующую, состоящую из двух параллельно включенных ветвей, каждая иэ которых содержит подвижный контакт и неподвижный контакт, закрепленный на изоляционном основании и соединенный через обмотку синхронизирующего электромагнита с вентилем, упорную планку, жестко связанную с якорем синхронизирующего электромагнита, и отбрасывающую пружину, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения коммутационной способности.и надежности, каждая ветвь шунтирующей цепи снабжена дополнительными подвижным н неподвижным контактами, неподвижным витком и шарнирно закреплен ным . витком, причем упомянутые витки расположены параллельно друг другу s плоскости контактирования, дополнительный непод- вижный контакт закреплен на одном конце неподвижного витка, другой 9 конец которого соединен-с входным зажимом устройства, а основной и дополнительный подвижные контакты закреплены на концах подвижного витка.

1130911

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в коммутационных аппаратах, в частности для бездугового размыкания сильноточных цепей переменного тока.

Известно коммутационное устройство для бездугового размыкания цепей переменного тока, содержащее главную цепь и шунтирующую, состоящую из двух параллельно включенных ветвей, каждая из которых содержит си- 10 ловые контакты, вентиль и.синхронизирующий электромагнит, который обеспечивает замкнутое положение контактов на время проводящего полупериода вентиля (1). 15

Однако область применения этого устройства ограничена сравнительно небольшими токами, так как контактная система его шунтирующей цепи не приспособлена для разрушения мест прихватывания контактов, возникновение которых не исключено при коммутации больших токов (тысячи ампер).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является 25 коммутационное устройство, содержащее главную цепь и шунтирующую, состоящую из двух параллельно включенных ветвей, каждая из которых содержит подвижный контакт и неподвижный контакт, закрепленный на изоляционном основании и соединенный через обмотку синхрониэирующего электромагнита с вентилем, упорную планку, жестко связанную с якорем синхронизирующего электромагнита, и отбрасывающую пружину.

Подвижный контакт известного устройства поджат двумя пружинами, одна из которых установлена напротив контактирующей поверхности контакта, . 40 другая между упорной планкой и точкой вращения контакта, а в качестве возвратной пружины использован упругий токосъем. Такое крепление подвижного контакта облегчает процесс размыкания, так как создает возможность излома мест прихватывания контактов (2).

Недостаток известного устройства заключается в том, что упругий токосъем его выполнен в форме петли и представляет собой электродинамический контур, при протекании токов в котором создаются усилия, направленные на размыкание контактов при наличии тока в цепи и выдергивание подвижного контакта из обоймы. С увеличением тока эти усилия возрастают.

В связи с тем, что шунтирующие контакты, связанные с якорем синхронизирующего электромагнита, за время 60 запертого полупериода вентиля должны расходиться на расстояние, обеспечивающее достаточную электрическую прочность промежутка, т.е. должны обладать высоким быстродействием, якорь синхронизирующего элекrpoMarнита выполняется с малой массой. Поэтому даже при одном витке катушки синхронизирующего электромагнита магнитопровод насыщается при токах порядка 1000 А, и при дальнейшем росте тока удерживающее усилие электромагнита не растет. Следовательно, при увеличении тока выше тока насыщения синхронизирующего электромагнита отбрасывающие усилия продолжают увеличиваться, а удерживающие остаются на прежнем уровне.

При этом происходят кратковременные, продолжительностью 1-3 мс, отбросы контактов шунтирующей цепи с возникновением на них дуги. Замыкакие контактов, происходящее после отброса, приводит к их свариванию.

Причиной отброса являются силы отталкивания в контактах, которые совместно с усилиями электродинамического контура, образованного упругим токосъемом, превышают удерживающие усилия синхронизирующих электромагнитов. Компенсировать эти отбрасывающие усилия можно увеличением мощности синхронизирующих электромагнитов. Однако увеличение мощности приводит к существенному увеличению индуктивного сопротивления токоведущего контура устройства, снижению быстродействия из-за увеличения массы подвижных частей, что в свою очередь может привести к нарушению синхронизации момента размыкания контактов. Кроме того, со вмещение в одном элементе функций отбрасывающей .пружины и гибкого токосъема требует исполнения этого элемента из материала, обладающего пружинящими свойствами, т.е. с электропроводностью ниже, чем у меди. Это в свою очередь приводит к увеличению сопротивления цепи, ухудшению условий перехода тока с главных контактов в цепь с вентилями и, как следствие, к увеличению времени горения дуги на контактах главной цепи. Экспериментальные исследования показали, что при токах порядка 5000. А время горения дуги на контактах главной цепи такого устройства составляет почти полный полупериод и бездуговое размыкание контактов не обеспечиваетсяе

Кроме того, в известном устройстве при замыкании имеет место вжим контактов, поэтому размыкание контактов происходит с задержкой на время выбора вжима. При средней скорости размыкания контактной системы контакторов 0,4-0,5 м/с и величине вжима 2 мм задержка на размыкание контактов составит 4-5 мс, т.е. диапазон времени, в котором возможно размыкание контактов без тока, существенно сокращается. При комму1130911 тации индуктивных токов, когда продолжительность бестоксвой паузы уменьшается до 5 мс, такое уменьшение бестоковой паузы может привести к отказу в отключении.

Цель изобретения — повышение коммутационной способности и надежности устройства.

Для достижения поставленной цели в коммутационном устройстве, содержащем.главную цепь и шунтирующую, состоящую из двух параллельно включенных ветвей, каждая из которых содержит подвижный контакт и неподвижный контакт, закрепленный на изоляционном основании и соединенный через обмотку синхронизирующего электромагнита с вентилем, упорную планку, жестко связанную с якорем синхронизирующего электромагнита, и отбрасывающую пружину, каждая ветвь шунтирующей цепи снабжена дополнительными подвижным и неподвижным контактами, неподвижныл витком и шарнирно закрепленным витком, причем упомянутые витки расположены параллельно друг другу в плоскости контактирования, дополнительный неподвижный контакт закреплен на одном конце неподвижного витка, другой конец которого соединен с входным зажимом устройства, а основной и дополнительный подвижные контакты закреплены на концах подвижного витка.

На фиг. 1 показана одна из ветвей шунтирующей цепи коммутационного устройства в отключенном состоянии; на фиг. 2 — вид A на фиг. 1.

Коммутационное устройство содержит изоляционное основание 1, на котором укреплены синхронизирующий электромагнит 2, вентиль 3, неподвижный токовый виток 4 с контактом

5 и неподвижный контакт 6. На упорной планке 7, жестко связанной с якорем синхронизирующего электромагнита 2, с помощью шарнира 8 укреплен подвижный токовый виток 9, имеющий возможность вращаться относительно двух осей — X и У (вид A). Вращение относительно оси X необходимо для обеспечения возможности излома мест прихватывания контактов, а относительно оси у — для самоустановки контактов при замыкании и улучшения условий для поочередного разрушения мест прихватывания контактов в про-. цессе размыкания. Контакты 10 и 1.1 укреплены на концах подвижного токового витка 9. При. замыкании контактных пар 6 и 10 и 5 и 11 замыкается силовая цепь устройства и образуется синхронизирующий токовый контур в виде двухвиткового соленоида. Отбрасывающая пружина 12 с небольшим поджатием опирается одним концом на основание 1, а другим — на изоля5

65 ционную планку 13, обеспечивающую жесткость подвижному токовому витку 9, установленную между шарниром

8 и планкой 14 жесткости. Упорная планка 7 воздействует на токовый виток 9 и укрепленные на нем контакты 10 и 11 через изоляционную планку 14 жесткости, а кроме того, планка 14 увеличивает жесткость токового витка 9 ° Поджатый пружиной

15 упор 16 связан с приводом (не показан). Через упорную планку 7 и планку 14 жесткости упор 16 воздействует на токовый виток 9.

Включение устройства осуществляется посредством упора 16. Под действием привода упор 16 воздействует на упорную планку 7, поворачивая ее до замыкания контактов 6 и 10 и 5 и 11, одновременно сжимая пружину 12. Вслед за этим замыкаются контакты главной цепи (не показаны).

Движение упорной планки вместе с якорем электромагнита прекращается с момента замыкания контактов 6 и 10 и 5 и 11. Контакты отрегулированы таким образом, что после их замыкания между якорем и стержнями синхронизирующего электромагнита сохраняется рабочий зазор. Во включенном положении устройства расстояние между витками 4 и 9, составляющими синхронизирующий токовый контур, минимально, поэтому электродинамические усилия, развиваемые при .вэаимодействии этих витков и направленные на увеличение нажатия в контактах 6 и 10 и 5 и ll максимальны.

Таким образом, наибольшие усилия, создаваемые при взаимодействии витков токового контура, согласуются по времени и направлению с усилиями, развиваемыми синхронизирующими электромагнитами, что предотвращает размыкание контактов при наличии тока в цепи. Несмотря на то, что во включенном положении устройства в магнитопроводе синхронизирующего устройства имеется рабочий зазор, а контакты 6 и 10 и 5 и 11 не имеют вжима, вибрация их отсутствует,так как на них воздействует упорная планка 7., усилие привода на которую передается через упор 16, поджатый пружиной 15.

При отключении устройства первыми под действием привода размыкаются контакты главной цепи, и вслед эа этим после выбора вжима упора 16 он поворачивается и дает возможность пружине 12 разжаться, а контактам

6 и 10 и 5 и 11 разомкнуться. Если в цепи последних протекает ток (проводящий полупериод для вентиля Э), электромагнит 2 и синхронизирующий токовый контур удерживают контакты в замкнутом положении. После перехода тока через нуль вентиль 3 запи1130911 рается, ток в цепи прекращается, электромагнит и контур обесточиваются и прекращают удерживать контакты.

Наличие рабочего зазора в магнитопроводе обеспечивает резкое снижение удерживающего усилия электромагнита, и под действием пружины 12 происходит быстрое, практически мгновенное, без задержки на время выбора вжима, размыкание контактов

6 и 10 и 5 и ll в бестоковую паузу.

Контакты другой шунтирующей цепи, последовательно с которыми включен вентиль, для которого рассматриваемый полупериод является непроводящим, размыкаются сразу же после того как упор 16 поворачивается, так как они не удерживаются синхронизирующим электромагнитом.

Задача синхронизирующего токового контура состоит в том, чтобы компенсировать отбрасывающие усилия в контактах 6 и 10 и 5 и 11, предотвратить их отброс при протекании больших токов, поэтому размеры витков его выбираются с таким расчетом, чтобы развиваемое в контуре усилие, направленное на замыкание контактов, превышало ожидаемые силы отброса в контактах. При больших токах (свыше 2-3 кА) синхрониэирующий токовый контур работает эффективно и обеспечивает надежное удержание контактов в замкнутом положении, предотвращая их,отброс, а при меньших токах нажатия в контактах обеспечивает синхронизирующий электромагнит 2.

При коммутации токов свыше нескольких сотен ампер возможно образование площадок прихватывания на контактирующих поверхностях даже при отсутствии кратковременных отбросов контактов под током и как следствие задержка размыкания цепи. В этом случае после того, как электромагнит и токовый контур прекращают удерживать якорь, отбрасывающая

40 пружина 12, разжимаясь, воздействует на планку 13 и через нее на виток 9. Так как место приложения силы, отбрасывающей пружины, расположено на определенном расстоянии от

5 места прихватывания контактов, то создается изламывающий момент, действующий на разрушение площадок прихватывания. Происходит проворачивание подвижного витка 9 относи10 тельно места контактирования, и площадки прихватывания разрушаются °

После этого под действием пружины

12 подвижный виток 9, проворачива- ясь на шарнире 8 относительно оси

X до упора в планку 7, обеспечивает быстрое расхождение контактов.

Если по какой-либо причине размыкание синхронизирующих контактов происходит с возникновением на них дуги (например, при команде на отключенне возле нуля синусоиды тока), то при больших токах подвижный виток 9 под действием электродинамических сил поворачивается вокруг оси X до замыкания контактов. Шарнир 8 при этом продолжает движение на замыкание до подхода упорной планки 7 к планке 14. При этом происходит притирание контактов с разрушением возможных мест прихватываЗо

Использование синхронизирующего токового контура с небольшими габаритами, контактов без вжима и крепление подвижного токового витка с

35 возможностью вращения относительно двух взаимно перпендикулярных осей

X и у позволяет создать коммутационное устройство с надежной синхронизацией момента размыкания контактов шунтирующей цепи, эффективным разрушением мест прихватывания контактов при коммутации больших токов и высоким быстродействием. Все это повышает коммутационную способность и

4 надежность работы устройства в целом.

1130911

Составитель Н.Глеклер

Редактор О. Бугир Техред Ж.кастелевич Корректор И.Муска

Заказ 9618/38 Тираж 682 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий .

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, r.Óæãîðîä, ул.Проектная,4