Устройство для коммутации цепей переменного и постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для бездуговой коммутации электрических цепей, может найти применение в устройствах защиты электроустановок от токов короткого замыкания, что расширяет его функциональные возможности. Целью изобретения является повышение надежности и расширение функциональных возможностей за счет выполнения наряду с функцией отключения функции ограничения токов короткого замыкания. Устройство содержит дроссель, магнитопровод которого состоит из неподвижного сердечника 1 с полюсами, цилиндрического явнополюсного ротора 2 и контактов 3. Между полюсами 6 и 7 сердечника 1 жестко закреплены электромагнитные экраны 8 и 9, а на ярмах 10 и 11 размещены обмотки 12 и 13, соединенные между собой последовательно-встречно. Ротор 2 с полюсами 14 и 15 закреплен на вращающемся валу 16 и размещен концентрически с зазором между полюсами 6,7 сердечника 1. Между полюсами ротора также установлены электромагнитные экраны 17 и 18. Вал 16 ротора сочленен с индукционно-динамическим приводом 19. В исходном состоянии ротор 2 зафиксирован так, что его ось полюсов 14,15 перпендикулярна полюсам 6,7 сердечника 1, контакты 3 устройства замкнуты и по обмоткам 12,13 протекает ток, индуцирующий в ярмах 10 и 11 равные и противоположно направленные потоки. В момент, предшествующий размыканию контактов 3, подается управляющий сигнал на ключевой элемент схемы управления приводом, который срабатывает и поворачивает ротор 2 до совпадения осей полюсов ротора и сердечника. За счет резкого увеличения магнитной проводимости потоку через ротор динамическая индуктивность обмоток 12,13 резко возрастает. В результате этого в цепи контактов 3 создается ступень малого тока, в течение которой производится бездуговое размыкание контактов. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 01 Н 9 30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4620859/24-07 (22) 19.12.88 (46) 07.10.90. Бюл. № 37 (71) Томский политехнический институт им. С. М. Кирова (72) P. Я. Кляйн (53) 621.3.014.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1119090, кл. Н 01 Н 9/30, 1984.

Авторское свидетельство СССР № 1252287, кл. Н 01 Н 9/30, 1986.

Авторское свидетельство СССР № 1035659, кл. Н 01 Н 9/30, 1983.

„„SU„„1597947 А 1 (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ КОММУТАЦИИ

ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО И ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и предназначено для бездуговой коммутации электрических цепей, может найти применение в устройствах защиты электроустановок от токов короткого замыкания, что расширяет его функциональные возможности. Целью изобретения является повышение надежности и расширение функциональных возможностей за счет выполнения наряду с

1597947

15 функцией отключения фукнции ограничения токов короткого замыкания. Устройство содержит дроссель, магнитопровод которого состоит из неподвижного сердечника 1 с полюсами, цилиндрического явнополюсного ротора 2 и контактов 3. Между полюсами 6 и 7 сердечника 1 жестко закреплены электромагнитные экраны 8 и 9, а на ярмах 10 и 11 размещены обмотки 12 и 13, соединенные между собой последовательно-встречно. Ротор 2 с полюсами 14 и 15 закреплен на вращающемся валу 16 и размещен концентрически с зазором между полюсами 6, 7 сердечника 1. Между полюсами ротора также установлены электромагнитные экраны 17 и 18. Вал 16 ротора сочленен с индукционно-динамическим приводом 19. В исходном состоянии ротор 2 зафиксирован так, Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам, обеспечивающим бездуговую коммутацию электрических цепей, и может также найти применение в системах защиты сетей и энергоустановок в качестве элемента, ограничивающего ток короткого замыкания.

Целью изобретения является повышение надежности и расширение функциональных возможностей за счет выполнения наряду с функцией отключения функции ограничения тока короткого замыкания устройства для коммутации цепей переменного и постоянного тока.

На фиг. 1 приведена схема устройства для коммутации цепей переменного и постоянного тока в исходном состоянии; на фиг. 2 — то же, в режиме создания ступени малого тока.

Устройство для коммутации цепей переменного и постоянного тока содержит дроссель, магнитопровод которого состоит из неподвижного сердечника 1 и ротора 2, контактов 3, выводов 4 для подключения нагрузки и источника 5 питания. Магнитопровод дросселя может быть выполнен шихтованным из листов электротехнической стали. Сердечник

1 состоит из полюсов 6 и 7, у которых обращенные одна к другой поверхности имеют цилиндрическую расточку. Между боковыми гранями полюсов 6 и 7 установлены электромагнитные экраны 8 и 9, выполненные, например, на меди в виде кольцевых сегментов. Причем экраны 8 и 9 перфорированы для уменьшения вихревых токов от полей рассеяния. Полюсы 6 и 7 сердечника 1 соединены между собой магнитными ярмами 10 и 11, на которых размещены обмотки дросселя. При этом обмотка дросселя предлагаемого устройства идентична мало25

55 что его ось полюсов 14, 15 перпендикулярна полюсам 6, 7 сердечника 1, контакты 3 устройства замкнуты и по обмоткам 12, 13 протекает ток, индуцирующий в ярмах 10 и 11 равные и противоположно направленные потоки. В момент, предшествующий размыканию контактов 3, подается упраляющий сигнал на ключевой элемент схемы управления приводом, который срабатывает и поворачивает ротор 2 до совпадения осей полюсов ротора и сердечника. 3а счет резкого увеличения магнитной проводимости потоку через ротор динамическая индуктивность обмоток 12, 13 резко возрастает. В результате этого в цепи контактов 3 создается ступень малого тока, в течение которой производится бездуговое размыкание контактов.

2 ил. витковой обмотке известного устройства разделенной на две равные секции, которые соединены между собой последовательновстречно. Последовательно с обмотками 12 и 13 включены контакты 3, идентичные силовым контактам известного. Ротор 2 дросселя имеет цилиндрическую форму с двумя явновыраженными полюсами 14 и 15 и жестко закреплен на вращающемся валу 16.

Ротор 2 размещен между полюсами 6 и 7 сердечника 1 с минимальным воздушным зазором, обеспечивающим его свободное вращение. Вал 16 ротора закреплен в подшипниках качения, установленных на корпусе дросселя (не показаны) . Между полюсами 14 и 15 ротора установлены электромагнитные экраны 17 и 18, выполненные в виде перфорированных кольцевых сегментов, например, из меди. Вал 16 ротора механически сочленен с индукционно-динамическим приводом 19, создающим вращательное движение. Управление приводом 19 осуществляется от батареи накопительных конденсаторов через ключевой элемент.

Привод имеет фиксирующее устройство для фиксации крайних положений подвижной части.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии ротор 2 дросселя зафиксирован так, что ось его полюсов 14 и 15 перпендикулярна оси полюсов 6 и 7 неподвижного сердечника 1. Контакты 3 замкнуты, по секциям обмоток 12 и 13 протекает номинальный ток нагрузки. При этом в ярмах

10 и 11 неподвижного сердечника 1 индуцируются магнитные потоки, равной величины и встречного направления. Результирующий магнитный поток в магнитопроводе дросселя равен нулю. Поток рассеяния в ротор 2 не проникает, так как он заэкранирован экра1597947 t0

Формула изобретения

Q5 нами, 8, 9, 17 и 18. Это устраняет электромагнитное взаимодействие между полюсами ротора и сердечника в исходном состоянии. В момент, непосредственно предшествующий размыканию контактов 3, подается управляющий сигнал на ключевой элемент схемы управления индукционно-динамическим приводом. Привод срабатывает и с большой скоростью поворачивает ротор 2 на 90 .

При этом ось полюсов 14 и 15 ротора совмещается с осью полюсов 6 и 7 сердечника 1. В результате этого организуется путь для магнитных потоков ярм 10 и 11 через полюса 6 и 7, воздушные зазоры и полюса 14 и 15 ротора. Потокосцепление секций обмоток 12 и 13 резко возрастает, индуктивное сопротивление их увеличивается. В секциях обмоток 12 и 13 наводится ЭДС самоиндукции. Кроме того, в процессе быстрого движения полюсов 14 и 15 ротора 2 к полюсам 6 и 7 сердечника 1 изменяющаяся магнитная проводимость воздушного зазора обуславливает возникновение ЭДС движения в секциях обмоток 12 и 13, действующую в том же направлении, что и ЭДС самоиндукции.

Причем по мере увеличения взаимного перекрытия полюсов 6 и 14, а также полюсов

7 и 15 возникающие электромагнитные силы взаимодействия между ними обуславливают ускоренное движение ротора до совмещения осей этих полюсов. В результате этого под действием ЭДС самоиндукции и ЭДС движения ток в обмотке дросселя скачком уменьшается до нуля. В этот момент производится размыкание контактов 3 без электрической дуги. Так как в предлагаемом устройстве отсутствует многовитковая обмотка, аналогичная известной, которая является источником перенапряжения в последнем, надобность в высокоомных резисторах в устройстве отпадает.

После размыкания контактов 3 магнитный поток в дросселе затухает, между полюсами ротора 2 и сердечника 1 прекращаются силы взаимодействия.

Возврат ротора в исходное состояние осуществляется обратным ходом индукционно-динамического привода.

Кроме функции отключения цепи, предлагаемое техническое решение может выполнять функцию токоограничивающего элемента в устройствах защиты электротехнических установок от токов короткого замыкания, Для этого обмотка 12 (13) дросселя включается последовательно в защищаемую цепь, а ключевой элемент схемы управления индукционно-динамическим приводом предлагаемого устройства должен быть связан с датчиком тока, установленным в защищаемои цепи, В качестве датчика тока может быть, например, реле максимального тока. При возникновении короткого замыкания в защищаемой цепи датчик тока выдает управляющий сигнал на ключевой элемент схемы управления приводом устройства. Индукционно-динамический привод срабатывает, устройство работает по описанной схеме.

Таким образом, основным преимуществом изобретения является отсутствие многовитковой обмотки, дополнительных контактов и высокоомных резисторов, что повышает надежность устройства и снижает расход обмоточной меди. А введение индукционнодинамического привода повышает быстродействие и расширяет его функциональные возможности

Устройство для коммутации цепей переменного и постоянного тока, содержащее дроссель с обмотками на магнитопроводе, силовые контакты и выводы для подключения нагрузки и источника питания, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и расширения функциональных возможностей за счет выполнения наряду с функцией отключения функции ограничения токов короткого замыкания, оно снабжено индукционно-динамическим приводом и электромагнитным экраном, магнитопровод дросселя выполнен в виде сердечника с полюсами и цилиндрического явнополюсного ротора, установленного концентрически с зазором между полюсами сердечника на вращающемся валу, механически связанном с индукционнодинамическим приводом, при этом полюса сердечника соединены между собой ярмами, на которых размещены обмотки, которые соединены между собой последовательно-встречно, а между полюсами сердечника и между полюсами ротора установлены электромагнитные экраны.

1597947

С оста в и тел ь С. Гордо н

Редактор Н. Бобкова Техред А. Кравчук Коррекор С. Шевкун

Заказ 3060 Тираж 459 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101