ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД ДЛЯ НИЗКОВОЛЬТНОГО ПРЕРЫВАТЕЛЯ Российский патент 2000 года по МПК H01H71/24 H01H77/06 

Настоящее изобретение относится вообще к электромагнитному приводу для низковольтного прерывателя.

В течение очень длительного времени в низковольтных прерывателях /например, основные напряжение и частота 220 В и 50 Гц/, рассчитанных на относительно высокие токи / например, на номинальный ток 125 А/, существовала проблема, связанная с трудностью изготовления электрических контактов, которые надежно бы разлипались при размыкании электрической цепи прерывателя.

Размыкание прерывателя происходит автоматически путем перемещения подвижного контакта от неподвижного контакта с образованием между ними зазора, когда величина электрического тока, протекающего через прерыватель, превышает установленную пороговую величину.

Надежность размыкания прерывателя обычно оценивается следующим образом.

a/ Размыкание должно происходить каждый раз, когда величина тока превышает пороговую величину.

b/ Размыкание всегда должно происходить очень быстро после того, как величина тока превысила пороговую величину.

c/ Размыкание должно происходить независимо от величины тока замыкания после того, как упомянутый порог был превышен.

Хорошо известное явление, которое оказывает влияние на надежность размыкания прерывателя заключается в том, что на уровне точки контакта между подвижным электрическим контактом и неподвижным электрическим контактом могут происходить различные физические и химические процессы и они могут приводить к эффекту "слипания" электрических контактов.

В течение длительного времени для увеличения надежности размыкания прерывателя предлагалось использовать в прерывателе электромагнитный привод. Для низковольтных и сильноточных прерывателей существует большое количество электромагнитных приводов. Электромагнитный привод такого типа, например, описан в Патенте E-A - 942.455 или в Патенте EPA - 0.410.257.

Известный электромагнитный привод этого типа включает электромагнитный элемент, включающий сердечник, окруженный катушкой, и два параллельных магнитопровода, каждый из которых имеет взаимно противоположные первые и второй торцы;
подвижный орган, установленный с возможностью поворота относительно оси таким образом, что в исходном положении он отделен зазором от упомянутых первых торцов двух магнитопроводов, а в возбужденном положении он магнитно притянут к упомянутым первым торцам двух магнитопроводов и находится с ними в контакте;
неподвижный контакт расположен в или около воздушного зазора, образованного между упомянутыми вторыми торцами двух магнитопроводов;
подвижный контактный опорный рычаг, установленный с возможностью поворота относительно оси таким образом, чтобы перемещаться в воздушном зазоре, перемещая при этом связанный с ним подвижный контакт между упомянутым исходным положением, при котором подвижный контакт находится в контакте с неподвижным контактом, к упомянутым возбужденном положением, при котором подвижный контакт находится в разомкнутом положении относительно неподвижного контакта; и механизм переключения, образованный вытянутой частью, расположенной между подвижным органом и подвижным контактным опорным рычагом.

Точнее, в патенте DE-A-942.455 можно видеть, как представлено здесь на фигурах 1A и 1B, которые схематично иллюстрируют прототип, что подвижный орган /V/ включает центральную область, в которой происходит электромагнитное притяжение, торец, на уровне которого расположено шарнирное соединение /W/ для обеспечения вращательного движения подвижного органа, и другой противоположный торец, на уровне которого закреплен механизм переключения /f/. Подвижный контактный рычаг /d/ расположен примерно параллельно и включает в себя на уровне одного торца шарнирное соединение /p/ и около противоположного другого торца подвижный контакт. Можно видеть, что, если рассматривать продольную среднюю плоскость /25/, проходящую через электромагнитный элемент /e/, шарнирное соединение /p/ расположено напротив шарнирного соединения /W/ относительно этой продольной средней плоскости /25/. Более того, свободный торец механизма переключения /f/ выполнен так, чтобы входить в контакт с центральной областью подвижного контактного рычага /d/, то есть механизм переключения /f/ толкает подвижный контактный рычаг /d/ в точке, находящейся напротив шарнирного соединения /W/ относительно этой продольной средней плоскости /25/.

Это приводит к тому, что смещение механизма переключения /f/ оказывается большим, чем смещение центральной области подвижного органа /V/ на уровне, на котором происходит электромагнитное притяжение. Поэтому подвижный орган /V/ снабжен рычагом, который усиливает смещение на уровне механизма переключения /f/. Следовательно, сила, действующая на уровне механизма переключения /f/, меньше, чем сила электромагнитного притяжения на уровне центральной области подвижного органа /V/. Более того, механизм переключения /f/ толкает подвижный контактный рычаг /d/ в центральной области, что означает, что смещение на уровне подвижного контакта больше, чем смещение самого механизма переключения /f/ вследствие того, что подвижный контактный рычаг /d/ действует как рычаг, который увеличивает величину смещения механизма переключения /f/. Комбинация этих двух явлений, увеличивающих смещение по принципу рычага, на уровне подвижного органа /V/ и на уровне подвижного контактного рычага /d/ приводит к очень маленькому смещению на уровне области электромагнитного притяжения подвижного органа /V/, выполняя при этом относительно большое смещение на уровне подвижного контакта. Естественно, что уменьшение силы "разлипания" на уровне подвижного контакта также происходит с тем же коэффициентом, что и коэффициент увеличения смещения.

При использовании на практике такая конструкция не обеспечивает надежного размыкания прерывателя, поскольку разлипающая сила не достаточна на уровне подвижного контакта, когда происходит режим размыкания, более того, из-за этого увеличения смещения для получения достаточной разлипающей силы подвижного контакта требуется, чтобы сила притяжения подвижного органа /V/ была бы достаточно велика. Для получения относительно большой силы притяжения подвижного органа должна быть увеличена величина магнитного потока или уменьшено расстояние, отделяющее подвижный орган /V/ от электромагнитного элемента /e/. Изготовление электромагнитного привода такого типа имеет сложности, а сам привод слишком большой по размеру и не совместим с объемом корпуса прерывателя.

В основу настоящего изобретения положена задача создать электромагнитный привод для низковольтного прерывателя, обладающего большей надежностью при работе в режиме размыкания; привод, который также обеспечивал бы большую точность по пороговой величине электрического тока, вызывающей размыкание прерывателя и который мог бы быть выполнен в более компактном виде.

Поставленная задача решается тем, что согласно предложенному изобретению шарнирное соединение подвижного органа и шарнирное соединение подвижного контактного опорного рычага расположены на одной и той же стороне по отношению к электромагнитному элементу и, механизм переключения связан с подвижным органом в соединительной точке, расположенной в промежуточной области между шарнирным соединением подвижного органа и противоположной торцевой областью подвижного органа, на уровне которой происходит магнитное притяжение к упомянутым первым торцам двух магнитопроводов.

Желательно, чтобы механизм переключения был расположен таким образом, что его продольное направление образует с продольным направлением подвижного органа угол 90^o±30^o, а с продольным направлением подвижного контактного рычага образует угол 90^o±30^o.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретным вариантом его выполнения со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
Фигура 1A и 1B - схематичные изображения известного электромагнитного привода для низковольтного прерывателя, которые описаны и пояснены ранее; фигура 1A представляет устройство в исходном положении, а фигура 1B представляет то же самое устройство в рабочем состоянии;
Фигуры 2A и AB - схематичные изображения одного и того же электромагнитного привода для низковольтного прерывателя согласно настоящему изобретению, фигура 2A представляет устройство в исходном положении, а фигура 2B представляет устройство в возбужденном положении;
Фигура 3 - упрощенный вид сбоку частного варианта электромагнитного привода согласно настоящему изобретению и низковольтного прерывателя, в котором он размещен, некоторые элементы не показаны для большей ясности изображения;
Фигура 4 - аксонометрическая проекция основных элементов электромагнитного привода, представленного на фигуре 3.

Фигура 5 - вид сбоку электромагнитного привода, представленного на фигуре 4; и
Фигура 6 - вид сверху электромагнитного привода, представленного на фигуре 4.

Обратимся к фигуре 3, на которой представлен частный вариант выполнения электромагнитного привода для низковольтного прерывателя согласно изобретению. Прерыватель 1 содержит корпус 2, который включает подвижный контакт 3, подвижный контакт 4, который закреплен на торце подвижного контактного рычага 5, дугогасительную камеру 6 и различные электрические соединительные элементы /не показаны/, обеспечивающие подключение неподвижного и подвижного контактов к выходным клеммам /не показаны/. Все эти элементы хорошо известны из прототипа и здесь не требуется более подробнее их раскрытие. Предмет настоящего изобретения относится, в частности, к узлу прерывателя, который образует то, что обычно называют /электромагнитным приводом/. Электромагнитный привод предназначен для осуществления размыкания прерывателя, т.е. для размыкания электрических контактов, когда величина тока превышает установленную пороговую величину. Электромагнитный привод предназначен для осуществления резкого размыкания, т.е. для выполнения размыкания неподвижного и подвижного контактов 3,4 с очень высокой скоростью.

Электромагнитный привод согласно настоящему изобретению, по существу, образован электромагнитным элементом 7: подвижным органом 8, установленным с возможностью вращения, и механизмом переключения 9.

Если мы обратимся, в частности, к фигурам 4, 5 и 6, то можно увидеть, что электромагнитный элемент 7 включает обычный сердечник цилиндрической формы 10,окруженный катушкой /не показана/ или, по крайней мере, одним витком, и два магнитопровода 11, 12, которые расположены параллельно друг другу и вытянуты перпендикулярно продольной оси сердечника 10. Магнитопровод 11 имеет первый торец 13, направленный к подвижному органу 8, и второй противоположный торец 14, а магнитопровод 12 аналогично имеет первый торец 15, направленный к подвижному органу 8, и второй противоположный торец 16. Первые торцы 13 и 15 образуют плоские поверхности, которые лежат в одной плоскости и направлены к подвижному органу 8. Вторые торцы 14 и 16 образуют плоские поверхности, которые лежат напротив друг друга и разделены друг от друга определенным расстоянием для образования между ними воздушного зазора 17. Подвижный орган 8 имеет плоскую поверхность 18, которая находится напротив торцов 13 и 15 электромагнитного элемента 7.

Когда электромагнитный привод находится в исходном положении, подвижный орган 8 расположен на некотором расстоянии от электромагнитного элемента 7, т. е. его поверхность 18 расположена на некотором расстоянии от поверхностей торцов 13 и 15, таким образом образуя соответственно воздушный зазор 19 и воздушный зазор 20. Когда электрический ток протекает через катушку /не показана/, которая окружает центральную часть сердечника 10, первый магнитный поток устанавливается в замкнутой петле, проходящей последовательно через сердечник 10, часть магнитопровода 11, воздушный зазор 19, подвижный орган 8, воздушный зазор 20 и часть магнитопровода 12. В то же самое время второй магнитный поток устанавливается в замкнутой петле, проходящей последовательно через сердечник 10, другая часть магнитопровода 11, воздушный зазор 17 и другую часть магнитопровода 12.

Подвижный орган 8 закреплен с возможностью совершать колебательное движение с помощью шарнирного соединения 21, а подвижный контактный рычаг 5 также закреплен с возможностью совершать колебательное движение с помощью шарнирного соединения 22. Как видно, в частности на фигурах 3 и 5, неподвижный контакт установлен в воздушном зазоре 17 или около последнего и, по крайней мере, часть подвижного контактного рычага 5 проходит через воздушный зазор 17. Механизм переключения 9 представлен в форме вытянутого элемента, один торец которого связан с помощью шарнирного соединения 23 с подвижным органом 8, а другой свободный торец которого 24 расположен около подвижного контактного рычага 5.

Электромагнитный механизм переключения согласно настоящему изобретению, как ранее было показано со ссылками на фигуры 3 - 6, а теперь будет дано пояснение со ссылками на фигуры 2A и 2B, работает следующим образом. На фигуре 2A одни и те же по сути элементы из-за упрощения изображения отличаются от тех же элементов, которые были описаны ранее. Поэтому, на фигурах 2A и 2B использованы те же цифровые позиции, что и на фигурах 3 - 6, представляющих частный вариант осуществления изобретения, для упрощения понимания работы устройства. На фигуре 2A продольная средняя плоскость электромагнитного элемента 7 изображена штрихпунктирной линией 25. Эта средняя плоскость 25 ориентирована таким образом, чтобы соответствовать плоскости, включающей петли магнитных потоков, описанные ранее. /Средняя плоскость 25 имеет то же самое положение на фигурах 1A и 1B, которые представляют прототип и которые были описаны ранее/. На фигуре 2A видно, что шарнирное соединение 21 подвижного органа 8 расположено на некотором расстоянии от плоскости 25 и что шарнирное соединение 22 подвижного контактного рычага 5 расположено на некотором расстоянии от плоскости 25, но на той же стороне относительно этой плоскости 25, что и шарнирное соединение 21. Можно также сказать, что шарнирное соединение 21 подвижного органа 8 и шарнирное соединение 22 подвижного контактного рычага 5 расположены на одной и той же стороне относительно электромагнитного элемента 7. Можно также увидеть, что поверхность 18 подвижного органа 8, которая напротив поверхностей 13 и 15 торцов магнитопроводов 11 и 12 электромагнитного элемента 7, является поверхностью, которая расположена в торцевой области 26 подвижного органа 8. Более того, можно видеть, что шарнирное соединение 23, которое связывает механизм переключения 9 с подвижным органом 8, расположено в центральной области подвижного органа 8, т. е. расположено между торцевой областью 26 и шарнирным соединением 21. Кроме того, можно видеть, что свободный торец 24 механизма переключения 9 расположен около подвижного контактного рычага 5 таким образом, чтобы оказывать давление на этот подвижный контактный рычаг 5 в точке контакта 27, находящейся в центральной области подвижного контактного рычага 5, т.е. в области, расположенной между свободным торцом 28 подвижного контактного рычага 5, на котором закреплен подвижный контакт 4, и шарнирным соединением 22 подвижного контактного рычага 5. Кроме того, механизм переключения 9 размещен таким образом, что его продольное направление приблизительно перпендикулярно продольному направлению подвижного органа 8 и также приблизительно перпендикулярно продольному направлению подвижного контактного рычага 5. Выражение "приблизительно перпендикулярно" использовано здесь для обозначения угла, заключенного между 60^o и 120^o, т.е. угла 90^o±30^o. Суммируя, кроме того, можно сказать, что вид сбоку узла, образованного подвижным органом 8, механизмом переключения 9 и подвижным контактным рычагом 5, имеет форму, похожую на форму Н.

Когда ток, протекающий в катушке, которая окружает сердечник 10, меньше, чем установленная пороговая величина, электромагнитный механизм переключения остается в исходном положении, как показано на фигуре 2A, т.е. в положении, при котором подвижный орган 8 отделен зазором от электромагнитного элемента 7 и при котором в то же самое время подвижный контактный рычаг 5 примкнут к электромагнитному элементу 7 так, что подвижный контакт 4 находится в контакте с неподвижным контактом 3. Естественно, как уже известно, обычно имеется упругий элемент /не показан/, который постоянно толкает подвижный орган 8 в направлении, при движении в котором торцевая часть 26 подвижного органа 8 отодвигатеся от электромагнитного элемента 7, т.е. при этом отодвигается поверхность 18 от поверхностей 13 и 15 с образованием упомянутых воздушных зазоров 19, 20.

Если электрический ток превышает установленную пороговую величину, сила притяжения, которая возникает между подвижным органом 8 и электромагнитным элементом 7, превышает силу упругого противодавления упругого элемента и это приводит к тому, что подвижный орган 8 с большой скоростью начинает двигаться в направлении электромагнитного элемента 7 и это перемещение вызывает перемещение механизма переключения 9, торец которого 24 оказывается напротив подвижного контактного рычага 5, затем он толкает этот подвижный контактный рычаг 5 так, что заставляет его повернуться в положение, при котором подвижный контакт 4 отделен от неподвижного контакта 3. Таким образом, электромагнитный механизм переключения перемещается в разомкнутое положение, как показано на фигуре 2B. В исходном положении, показанном на фигуре 2A, можно заметить, что между торцом 24 механизма переключения 9 и зоной контакта 27 подвижного контактного рычага 5 устанавливается небольшой зазор.

Поскольку механизм переключения 9 соединен с подвижным органом 8 в центральной области подвижного органа, он смещается меньше по сравнению со смещением торцевой области 26 подвижного органа 8 в соответствии с хорошо известным принципом рычага. В результате, сила противодавления, действующая на уровне механизма переключения 9, оказывается больше, чем сила притяжения на уровне торцевой зоны 26 подвижного органа 8 во столько же раз, во сколько раз меньше смещение по правилу рычага. Такая конструкция обеспечивает достижение хорошего компромисса между скоростью перемещения подвижного контакта 4, когда происходит режим размыкания, и движущей силой механизма переключения 9.

Электромагнитный привод для низковольтного прерывателя содержит электромагнитный элемент (7), подвижный орган (8), закрепленный с возможностью вращения вокруг шарнирного соединения (21), неподвижный контакт (3), подвижный контактный опорный рычаг (5), закрепленный с возможностью вращения вокруг шарнирного соединения (22), и механизм переключения (9), образованный вытянутым элементом, расположенным между подвижным органом (8) и подвижным контактным опорным рычагом (5). Шарнирное соединение (21) подвижного органа (8) и шарнирное соединение (22) подвижного контактного опорного рычага (5) расположены на одной и той же стороне по отношению к электромагнитному элементу (7), а механизм переключения (9) соединен с подвижным органом (8) в промежуточной точке между шарнирным соединением (21) подвижного органа (8) и торцевой областью (26) подвижного органа (8), на уровне которой происходит магнитное притяжение к электромагнитному элементу (7). Технический результат заключается в повышении надежности при работе в режиме размыкания. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Электромагнитный привод для низковольтного прерывателя, содержащий электромагнитный элемент, включающий сердечник, окруженный катушкой возбуждения, и два параллельных магнитопровода, причем каждый из магнитопроводов имеет противоположные первые и вторые торцы, подвижный орган, закрепленный с возможностью поворота вокруг шарнирного соединения, отделен от упомянутых первых торцов двух магнитопроводов, а в возбужденном состоянии магнитно притянут к упомянутым первым торцам двух магнитопроводов и находится с ними в контакте, неподвижный контакт, расположенный в (или около) воздушном(го) зазоре(а), образованном(го) между упомянутыми вторыми торцами двух магнитопроводов, подвижный контактный рычаг, закрепленный с возможностью поворота вокруг шарнирно соединения и возможностью перемещения в воздушном зазоре и перемещения связанного с ним подвижного контакта между упомянутым исходным положением, при котором подвижный контакт находится в контакте с неподвижным контактом, и упомянутым возбужденным положением, при котором подвижный контакт отделен от неподвижного контакта, и механизм переключения, образованный вытянутым элементом, расположенным между подвижным органом и подвижным контактным рычагом, отличающийся тем, что шарнирное соединение подвижного органа и шарнирное соединение подвижного контактного рычага расположены на одной и той же стороне относительно электромагнитного элемента, а механизм переключения связан с подвижным органом через шарнирное соединение, расположенное в центральной области подвижного органа между шарнирным соединением и торцевой областью, на уровне которой происходит магнитное притяжение к упомянутым первым торцам двух магнитопроводов. 2. Электромагнитный привод по п.1, отличающийся тем, что механизм переключения расположен таким образом, что его продольное направление образует с продольным направлением подвижного органа угол 90 ± 30^o и с продольным направлением подвижного контактного рычага образует также угол 90 ± 30^o. 3. Электромагнитный привод по п.2, отличающийся тем, что сборка узла, образованного механизмом переключения, подвижным органом и подвижным контактным рычагом имеет Н-образную форму.