МНОГОПОЛЮСНЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КОММУТАЦИОННЫЙ МОДУЛЬ Российский патент 2003 года по МПК H01H51/00 

Настоящее изобретение касается многополюсного электромагнитного коммутационного модуля, который подключен своими клеммами источника к главному многополюсному электромагнитному коммутационному аппарату и своими клеммами нагрузки к, по меньшей мере, одному электродвигателю, и содержащего между клеммами множество линий тока, имеющих полюса коммутации с попеременно замкнутыми контактами, приводимыми в движение электромагнитом, управляемым при помощи электрического контура управления.

Известен способ управления электродвигателем (изменение направления движения, пуск с переключением со звезды на треугольник, изменение скорости движения и т. п. ) путем объединения нескольких коммутационных аппаратов (например, контакторов и т.п.), подключенных друг к другу силовыми цепями и цепями управления для реализации желаемой электрической схемы. Однако такой тип реализации является достаточно громоздким.

Из патента FR 2758903 или из патента FR 2761521 известна конструкция коммутационного модуля типа реверсивного переключателя, обеспечивающего возможность перевода электродвигателя из функционирования в прямом направлении движения в функционирование в обратном направлении движения и наоборот. Однако этот модуль также является достаточно громоздким.

Задачей настоящего изобретения является разработка коммутационного модуля, обеспечивающего реализацию функции управления электродвигателем (изменение направления движения, пуск с переключением со звезды на треугольник и т.д.) и имеющего небольшую ширину, по существу равную ширине контактора или стандартного электрического оборудования, с которым этот модуль соединен в пару для реализации упомянутой функции. Таким образом, данный модуль имеет уменьшенную ширину. В то же время, он оказывается защищенным главным коммутационным аппаратом, который с ним связан и который смонтирован перед ним.

Коммутационный модуль в соответствии с предлагаемым изобретением характеризуется тем, что его полюса и линии тока выполнены таким образом, чтобы реализовать функции управления электродвигателем типа изменения направления движения, пуска с переключением со звезды на треугольник или распределения, а также тем, что система привода полюсов, образованная электромагнитом коммутации и электрическим контуром управления, смещена по отношению к полюсам коммутации и обеспечивает прохождение электрического тока в направлении, перпендикулярном задней поверхности крепления модуля, так что ширина модуля уменьшена и, по существу, равна ширине работающего совместно главного коммутационного аппарата.

Ниже предлагаемое изобретение описано подробно со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг.1 изображает схему силового контура коммутационного модуля типа реверсивного переключателя, связанного с главным коммутационным аппаратом, согласно изобретению;
фиг. 2 - схему силового контура коммутационного модуля типа устройства пуска с переключением со звезды на треугольник и связанного с главным коммутационным аппаратом, согласно изобретению;
фиг. 3 - схему силового контура коммутационного модуля типа распределительного устройства, связанного с главным коммутационным аппаратом, согласно изобретению;
фиг. 4 - схему силового контура коммутационного модуля типа устройства изменения скорости, связанного с главным коммутационным аппаратом, согласно изобретению;
фиг.5 - общий вид с вырывом модуля в соответствии с предлагаемым изобретением;
фиг. 6 - общий вид нижней части модуля, реализующей коммутацию в силовом электрическом контуре, согласно изобретению;
фиг.7 - схему одного полюса коммутации модуля, согласно изобретению;
фиг.8 - общий вид детали одного полюса (линия тока одного из неподвижных контактов не показана), согласно изобретению;
фиг.9 - разрез по плоскости Р на фиг.8, согласно изобретению;
фиг. 10 - электрическую схему контура управления электромагнитом модуля, согласно изобретению;
Электромагнитный коммутационный модуль М (фиг.1) в соответствии с предлагаемым изобретением предназначен для соединения с многополюсным электромагнитным коммутационным аппаратом Ар, который снабжен функцией защиты электродвигателя и представляет собой контактор или контактор-разъединитель. Этот модуль может быть интегрирован совместно с коммутационными аппаратами типа Ар в электрические схемы типа схем изменения направления движения электродвигателя, схем пуска с переключением со звезды на треугольник, схем распределения или схем изменения скорости движения.

Главный коммутационный аппарат Ар содержит размещенные в корпусе полюсные линии тока, расположенные между клеммами L1, L2, L3 источника, присоединенными к фазам сети переменного тока, и клеммами T1, T2, Т3 нагрузки, которые могут быть подключены к коммутационному модулю М. Каждая из линий тока содержит выключатель или полюса 11, или 12, или 13, управляемый главным электромагнитом Е (фиг. 10), катушка В которого запитывается электрическим током при помощи двух клемм питания, обозначенных позициями А1 и А2 (фиг.6).

Коммутационный модуль М размещен в корпусе Во (фиг.6), снабженном в задней части плоским основанием Р для крепления, обеспечивающим возможность его фиксации на крепежном рельсе или шине, или на пластине. Модуль содержит клеммы t1 (фиг.1), t2, t3 источника (силовые клеммы), которые подключаются непосредственно к выходным клеммам T1, T2, Т3 главного коммутационного аппарата Ар, и выходные клеммы U, V, W, или клеммы нагрузки (силовые клеммы), с одной стороны, и клеммы u, v, w, с другой стороны, которые подключаются к одному или нескольким электродвигателям.

Коммутационный модуль М может устанавливаться непосредственно под главным коммутационным аппаратом Ар или может быть размещен отдельно от него.

На линиях тока, проходящих между входными клеммами или клеммами t1, t2, t3 источника и выходными клеммами или клеммами нагрузки, выполнены коммутационные полюсы C1, C2 и С3 с простым размыканием и двумя устойчивыми положениями. Эти полюсы C1, C2 и С3 приводятся в действие при помощи электромагнита Е1, имеющего два устойчивых состояния, снабженного катушкой Вb, и контакты этих полюсов всегда попеременно замкнуты, кроме тех промежутков времени, когда они находятся в процессе переключения.

Коммутационный модуль М не содержит устройства гашения дуги и не может, вследствие этого, быть приведен в действие под нагрузкой. Количество клемм t1, t2, t3 равно количеству клемм T1, T2, T3, причем количество полюсов C1, C2, С3 также равно этому количеству клемм или имеет величину, меньшую, чем это количество клемм.

Полюсы C1, C2, С3 и внутренняя электрическая проводка Sc связанных с ними линий тока реализуют классическую функцию управления электродвигателем - изменение направления движения, пуск с переключением со звезды на треугольник или распределение, изменение скорости движения с малой на большую и наоборот. Электрическая проводка силового контура коммутационного модуля М зависит от той функции управления, которая реализуется этим модулем.

Для изменения направления вращения двигателя (фиг.1) клемма t3 источника непосредственно связана с клеммой W нагрузки. При этом клеммы t1 и t2 источника связаны (в прямом направлении) с клеммами U и V нагрузки при помощи полюсов С1 и С2 и, после коммутации тех же полюсов (в обратном направлении), связаны с клеммами V и U, что обеспечивает реализацию обычного перекрещивания фаз.

В соответствии со способами реализации, которые показаны на фиг.2, 3 и 4 и которые предназначены соответственно для осуществления пуска с переключением со звезды на треугольник, для распределения и для изменения скорости вращения электродвигателя, клеммы t1, t2, t3 источника располагаются с одной стороны модуля, тогда как клеммы U, V, W нагрузки (пуск в соответствии со схемой "треугольник", или первый электродвигатель, или большая скорость вращения) и клеммы u, v, w нагрузки (пуск в соответствии со схемой "звезда", или второй электродвигатель, или малая скорость вращения) располагаются с противоположной стороны. Клеммы U, V, W, с одной стороны, и клеммы u, v, w, с другой стороны, смещены друг по отношению к другу.

Электромагнит Е1 с двумя устойчивыми состояниями, размещенный в коммутационном модуле М и приводящий в действие подвижные контакты полюсов C1, C2, С3 коммутации, оборудован постоянным магнитом, что позволяет сократить потребление электрической энергии. Электромагнит Е1 управляется внутренним контуром Сс управления, который схематически представлен на фиг.10.

Подвижная магнитная часть электромагнита Е1, которая совершает попеременное прямолинейное движение, обеспечивает привод полюсов C1, C2, С3 коммутации при помощи ползуна Ra (фиг.6). В предпочтительном варианте реализации ось перемещения этого электромагнита параллельна плоскости крепления Pf и клеммам.

Коммутационный модуль М выполнен таким образом, чтобы полюсы С1, С 2, С3 коммутации и силовые цепи были связаны между собой, а устройство привода этих полюсов коммутации, образованное электромагнитом Е1 и системой его управления, было смещено или разнесено в направлении, перпендикулярном задней поверхности Pf крепления модуля, чтобы ширина L модуля была по существу равна ширине связанного с ним главного коммутационного аппарата Ар.

Таким образом, ширина L меньше по сравнению с обычными коммутационными аппаратами, реализующими подобные функции. Коммутационные полюсы C1, C2, С3 и проводники Sc в схеме электропроводки (устройство изменения направления вращения и т.п.) размещены у задней части, причем электромагнит Е1 и связанный с ним контур Сс управления размещены у передней части.

Каждый коммутационный полюс C1, C2 или С3 (фиг.6) выполнен по типу реверсивного или изменяющего направление тока переключателя (контакты которого всегда замкнуты) и образован подвижным контактным держателем, на котором размещаются два параллельных проводника Cm1 (фиг.7), Cm2 в форме петель, несущих на себе соответственно подвижные контакты Р1 и Р2.

Проводники соединены с одной клеммой t1, t2, t3. Контактный держатель Рс поворачивается вокруг пальца Ах и оси А-А' между двумя проводниками Cf1 и Cf2, на которых размещены неподвижные контакты Р3 и Р4 (фиг.9). Эти проводники сами имеют форму петель и соединяются на одной или двух клеммах U, V, W. В описываемом варианте реализации оси перпендикулярны задней плоскости Pf крепления.

Подвижный контактный держатель Рс поворачивается вокруг оси А-А' в диапазоне от первого рабочего положения, в котором контакты замкнуты, до второго рабочего положения, в котором контакты также являются замкнутыми. Электрический ток, который проходит в подвижном проводнике Сm1 или Сm2 и в неподвижном проводнике Cf1 или Cf2 параллельно, создает усилие магнитного притяжения. Эффект петли позволяет обеспечить контактное давление, пропорциональное величине тока, проходящего через коммутационный полюс. Полюса никогда не приводятся в действие под нагрузкой, что позволяет уменьшить номинальное контактное давление, вследствие чего габаритные размеры электромагнита оказываются уменьшенными.

Подвижные части электромагнита приводят в действие подвижный ползун Ra, перемещающийся поступательно параллельно задней плоскости крепления Pf и воздействующий на каждую пружину полюса Rp посредством элемента Pi.

Неподвижные проводники Cf1, Cf2 реализуют совместно с их продолжениями или дополнительными проводниками, завершающимися на клеммах U, V, W нагрузки (силовых клеммах), одну из схем Sc управления одного или нескольких электродвигателей. Эти продолжения или дополнительные проводники размещены в корпусе Во со стороны клемм нагрузки.

Подвижные проводники Cm1 и Сm2 контактного держателя РС располагаются на некотором расстоянии друг от друга таким образом, чтобы между ними располагался магнитный сердечник No (фиг.8). Магнитный сердечник No взаимодействует с опорными прокладками Ср1, Ср2, закрепленными внутри камеры коммутации, в которой располагается данный полюс. Подвижные контактные детали Cm1, Cm2 соединены гибкой электрической связью Тr и проводником типа Со3 с клеммой источника типа t3.

Входные и выходные клеммы, служащие для управления, располагаются ближе к передней части. Входные клеммы А2, А1, А1', В1, В1' предназначены для приема команд управления электродвигателем, а выходные клеммы SA1, S21, S22 взаимодействуют с соответствующим главным коммутационным аппаратом Ар.

Главный коммутационный аппарат Ар содержит контакт Ve (фиг.10) блокировки, управляемый подвижной частью электромагнита Е и подключенный к двум клеммам 21 и 22, которые могут подключаться к двум клеммам SA1 и SA2 коммутационного модуля М.

Катушка Вb электромагнита Е1 подключается к электропитанию таким образом, чтобы быть поляризованной в одном или в другом направлении. Такое управление может быть реализовано при помощи двух вспомогательных реверсивных контактов 1а и 1б, приводимых в действие при помощи подвижной части электромагнита Е1 с двумя устойчивыми состояниями и связанных с диодами 7а, 7б. Коммутационный модуль М может также содержать и другие вспомогательные контакты типа контактов 3 и 6, также приводимых в действие при помощи подвижной части электромагнита E1.

Контакты Bp1, управляющие функционированием "в направлении один", подключают к клеммам A1, A'1, B1, В'1 коммутационного модуля М, с одной стороны, а с другой стороны, контакты Вр2, управляющие функционированием "в направлении два".

Функционированием "в направлении один" называют один из двух режимов функционирования коммутационного модуля, то есть движение в прямом направлении для функции реверсивного переключателя или работа по схеме "звезда" для функции пуска с переключением со звезды на треугольник.

Функционированием "в направлении два" называют второй режим функционирования, то есть движение в обратном направлении или работу по схеме "треугольник".

Ниже пояснена работа коммутационного модуля в соответствии с предлагаемым изобретением.

В положении, показанном на фиг.10, электромагнит Е1 главного коммутационного аппарата Ар подключается к электропитанию через переключатель "пуск-останов" МА, контакты Вр1, Вр2 и 6. Силовые полюсы 11, 12, 13 главного коммутационного аппарата Ар находятся в положении функционирования "в направлении один". Переключатели коммутации типа C1, C2 коммутационного модуля М находятся в положении, соответствующем этому режиму функционирования "в направлении один" (эти полюсы всегда находятся в замкнутом положении).

Для того чтобы перейти в режим функционирования "в направлении два", оператор размыкает один контакт Вр2 и замыкает связанный с ним контакт Вр2. Упомянутое размыкание контакта прерывает электропитание катушки В главного коммутационного аппарата Ар. При этом силовые выключатели 11, 12, 13 главного коммутационного аппарата Ар размыкаются.

Замыкание контакта Вр2 приводит к подаче электропитания на катушку Вb модуля М, что влечет за собой переключение контактов коммутации, например, C1, C2. Вспомогательные контакты коммутационного модуля М при этом переключаются и ток направляется на электромагнит Е главного коммутационного аппарата Ар таким образом, чтобы воздействовать на силовые выключатели 11, 12, 13.

Электромагнит E1 коммутационного модуля М может обеспечить переключение только в том случае, когда силовые контакты 11, 12, 13 разомкнуты. Эта предохранительная функция обеспечивается при помощи контакта Ve блокировки. С другой стороны, силовые контакты 11, 12, 13 замыкаются в том случае, когда контакты коммутационного модуля М находятся в приемлемом положении.

Для того чтобы не отключать напряжение питания в процессе рабочего хода электромагнита Е1, вспомогательные контакты должны изменять свое положение только после того, как этот электромагнит Е1 уже полностью завершит свой рабочий ход или осуществит значительную часть рабочего хода. Устройство задержки изменения состояния может быть связано с этими тремя контактами.

В качестве варианта, можно отказаться от использования в схеме управления Сс полупроводниковых приборов (диодов или маленьких защитных компонентов).

Изобретение касается многополюсного модуля коммутации, подключаемого при помощи клемм источника к главному многополюсному электромагнитному коммутационному аппарату и при помощи клемм нагрузки - к по меньшей мере одному электродвигателю, и содержащего между этими клеммами несколько силовых линий тока, снабженных полюсами коммутации с контактами, попеременно замкнутыми и приводимыми в действие при помощи электромагнита коммутации, управляемого при помощи электрического контура управления. В указанном модуле полюса и линии тока выполнены таким образом, чтобы реализовать функцию управления электродвигателем типа переключения направления тока, или пуска с переключением со звезды на треугольник, или распределения, при этом система привода полюсов, образованная электромагнитом коммутации и электрическим контуром управления, смещена по отношению к полюсам коммутации и линиям тока в направлении, перпендикулярном задней поверхности крепления модуля, таким образом, чтобы ширина этого модуля была уменьшенной и, по существу, равна ширине связанного с ним главного коммутационного аппарата. Техническим результатом является уменьшение ширины модуля и обеспечение защищенности главного коммутационного аппарата. 15 з.п.ф-лы, 10 ил.

1. Электромагнитный многополюсный коммутационный модуль, предназначенный для подключения через клеммы (t1, t2, t3) к главному электромагнитному многополюсному коммутационному аппарату (Ар) и при помощи клемм (U, V, W, u, v, w) к по меньшей мере одному электродвигателю, содержащий в корпусе (Во) между клеммами несколько силовых линий тока, снабженных полюсами (C1, C2, С3) коммутации с контактами, всегда попеременно замкнутыми и приводимыми в действие электромагнитом Е1 коммутации, управляемым при помощи контура (Сс) управления, отличающийся тем, что полюсы (C1, C2, С3) коммутации и линии (Cf1, Cf2) тока предназначены для реализации функции управления электродвигателем, при этом система привода полюсов, образованная электромагнитом коммутации (Е1) и его контуром (Сс) управления, смещена по отношению к полюсам (C1, C2, С3) коммутации и линиям тока в направлении, перпендикулярном к задней плоскости (Pf) крепления модуля, являющейся стенкой корпуса Во таким образом, чтобы ширина (L) модуля была, по существу, равна ширине связанного с ним главного коммутационного аппарата (Ар).2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что каждый из полюсов (C1, C2, С3) коммутации образован подвижным контактным держателем (Рс), на котором размещены подвижные контакты (P1, P2), вращающиеся между двумя проводниками (Cf1, Cf2), на которых расположены неподвижные контакты (Р3, Р4), вокруг оси (А-А′), подвижные части электромагнита (Е1) перемещаются параллельно задней плоскости (Pf) крепления модуля, являющейся стенкой корпуса Во.3. Модуль по п.2, отличающийся тем, что каждый контактный держатель (Рс) связан с пружиной полюса (Rp), имеющей U-образную форму или форму булавки.4. Модуль по п.3, отличающийся тем, что подвижные части электромагнита предназначены для приведения в движение ползуна (Ra), поступательно и параллельно задней плоскости (Pf) крепления модуля, являющейся стенкой корпуса Во, и воздействия на пружины (Rp) полюсов.5. Модуль по п.1 или 2, отличающийся тем, что силовые линии тока предназначены для реализации одной из функций (Se) управления электродвигателем, образованы проводниками, на которых размещены неподвижные контакты (Cf1, Cf2), подключающие эти контакты к клеммам (U, V, W) нагрузки, причем неподвижные проводники размещены в корпусе (Во) со стороны клемм нагрузки.6. Модуль по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что он представляет собой реверсивное устройство и содержит с одной стороны силовые клеммы (t1, t2, t3), а с противоположной стороны силовые клеммы (U, V, W).7. Модуль по п.1 или 2, отличающийся тем, что он представляет собой устройство пуска с переключением со звезды на треугольник, устройство распределения или устройство изменения скорости и содержит с одной стороны силовые клеммы (t1, t2, t3), а с противоположной стороны содержит силовые клеммы (U, V, W) для первого типа функционирования и силовые клеммы (u, v, w) для второго типа функционирования.8. Модуль по п.1 или 2, отличающийся тем, что каждый из полюсов (C1, С2, С3) коммутации выполнен с использованием эффекта петли.9. Модуль по п.8, отличающийся тем, что каждый из полюсов (C1, C2, С3) коммутации образован контактным держателем (Рс), на котором размещены два параллельных подвижных проводника (Cm1, Cm2,) в форме петель, несущих на себе подвижные контакты (P1, P2), и которые подключены к одной клемме (t1, t2, t3), причем упомянутый контактный держатель размещен с возможностью вращения вокруг оси (А,А′) между двумя неподвижными проводниками (Cf1, Cf2) в форме петли, на которых размещены неподвижные контакты (Р3, Р4), присоединенными к клеммам (U, V, W).10. Модуль по п.9, отличающийся тем, что неподвижные проводники (Cf1, Cf2), связанные с неподвижными контактами Р3, Р4, подключены к подвижным проводникам См1, См2 и размещены в корпусе.11. Модуль по п.9 или 10, отличающийся тем, что подвижные проводники (Cml, Cm2), связанные с подвижными контактами (Р1, Р2), отстоят один от другого так, что магнитный сердечник (No) размещен между ними.12. Модуль по п.11, отличающийся тем, что магнитный сердечник (No) взаимодействует с опорными прокладками (Ср1,Ср2), закрепленными внутри камеры коммутации, содержащей полюс.13. Модуль по п.8 или 9, отличающийся тем, что подвижные проводники (Lcml, Lcm2) присоединены при помощи гибкой электрической связи (Тг) к одной силовой клемме t1.14. Модуль по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержит на передней поверхности входные клеммы (А2, А1, А1′, В1, В1′) управления, предназначенные для приема команд управления электродвигателем, и выходные клеммы (SA1, S21, S22), взаимодействующие со связанным с этим модулем главным коммутационным аппаратом (Ар).15. Модуль по любому из пп.1-14, отличающийся тем, что электромагнит (Е) главного коммутационного аппарата (Ар) имеет два устойчивых состояния и управляет вспомогательным контактом (Ve) блокировки.16. Модуль по любому из пп.1-15, отличающийся тем, что электромагнит (Е1) коммутации имеет два устойчивых состояния и управляет по меньшей мере одним вспомогательным контактом (1а, 1б), контролирующим электропитание катушки (В) этого электромагнита (El).

Приоритет по пп.1,2,5-8 и 14-16 от 18.06.1999.

Приоритет по пп.3,4 и 9-13 от 02.05.2000.