КОНТАКТОР ТРЕХПОЛЮСНЫЙ ВАКУУМНЫЙ КВК Российский патент 2017 года по МПК H01H33/666 

Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники и может быть использовано в электрооборудовании, которое эксплуатируется в различных, преимущественно горнорудной, отраслях промышленности. Контактор предназначен для включения и отключения асинхронных электродвигателей и других приемников электроэнергии с тяжелыми режимами работы в системах дистанционного управления электроприводами взрывозащищенного и рудничного электрооборудования.

Известный контактор KB1-1,14-4,0/400 состоит из корпуса, в котором установлены дугогасительный узел, узел электромагнитного привода, рычаг в сборе с якорем и регулировочными винтами, блок-контакты вспомогательной цепи и управления, клеммная колодка, ограничитель перенапряжения, блок управления контактором [1].

Имеющийся опыт эксплуатации, а также приведенные в руководстве по эксплуатации технические характеристики, а именно категория применения, режим работы (ток главных контактов, длительность рабочего периода, максимальная частота включений), коммутационная износостойкость главных контактов до 2,0 млн циклов включения-отключения, могут эпизодически ужесточаться, что предопределяет необходимость проведения в течение всего срока эксплуатации работ по обслуживанию контактора и что связано с основами функционального технического диагностирования. Последнее призвано своевременно обеспечить обслуживающий персонал оперативной и достоверной информацией о техническом состоянии вакуумного контактора и его узлов.

В частности, первоначально завод-изготовитель устанавливает раствор главных контактов контактора и проверяет его время включения. Для предварительной оценки соответствия раствора и провала главных контактов необходимо определить напряжение включения контактора. Несоответствие контактора по напряжению включения является одним из оснований для своевременной проверки и регулировки хода раствора главных контактов. Изменение раствора главных контактов контактора приводит к перегреву камеры и выходу ее из строя.

Изменение времени включения контактора указывает на необходимость подтянуть стандартные детали механического крепления по всей главной цепи контактора, что рекомендуется в руководстве по эксплуатации.

Известен трехполюсный вакуумный контактор, содержащий корпус с кронштейнами, в котором установлены три дугогасительные вакуумные камеры с токоподводами и подвижными выводами камер, электромагнитный привод с двумя катушками, рычаг в сборе с якорем и регулировочными винтами, выполненный с возможностью контакта с подвижной деталью, клеммную колодку и блок управления, при этом на одном из кронштейнов закреплены датчик и исполнительный релейный элемент, причем датчик выполнен в виде чувствительного элемента и постоянного магнита, которые разделены подвижной деталью, представляющей собой стальную пластину, расположенную соосно одному из регулировочных винтов рычага, а одноименные концы обмоток исполнительного релейного элемента соединены параллельно и одни концы подсоединены к положительному полюсу выпрямительного моста, другие концы - к отрицательному через выходные цепи чувствительного элемента [2].

К основным недостаткам известного контактора, определенного в качестве прототипа, относится отсутствие средств технического диагностирования и индикации результатов контроля определенных параметров режима включения (форсировка и удержание) контактора и его узлов.

Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в своевременном обеспечении обслуживающего персонала оперативной и достоверной информацией о техническом состоянии контактора и его узлов для сокращения количества и длительности простоев, трудоемкости при наладке и обслуживании контактора, а также безопасности его эксплуатации.

Задача решается за счет того, что вакуумный контактор, содержащий корпус, в котором установлены три дугогасительные вакуумные камеры с токоподводами и подвижными выводами камер, электромагнитный привод с двумя катушками, блок управления, датчик и исполнительный релейный элемент, при этом одноименные концы обмоток исполнительного релейного элемента соединены параллельно и одни концы подсоединены к положительному полюсу выпрямительного моста, другие концы - к отрицательному через выходные цепи чувствительного элемента, согласно изобретению контактор снабжен блоком технического диагностирования, содержащим узлы определения времени включения контактора и определения его напряжения включения в режиме форсировки, а также узел определения напряжения на выходных концах катушек электромагнитного привода контактора в режиме удержания, при этом узел определения времени включения содержит формирователь равных дискретных отрезков времени, выполненный на диоде, анод которого соединен с входом выпрямительного моста, а катод - с тактовым входом десятичного счетчика-делителя, выход которого соединен со светодиодным индикатором, его вход разрешения счета соединен через элемент «ИЛИ» с выходом счетчика-делителя и контактом исполнительного релейного элемента, а узел определения напряжения включения контактора содержит подсоединенный к выходным концам катушек контактора конденсатор, параллельно которому подсоединены через переключающий контакт исполнительного релейного элемента последовательно соединенные элемент сравнения и светодиодный индикатор, а узел определения напряжения на выходных концах катушек электромагнитного привода контактора содержит последовательно соединенные элемент сравнения и светодиодный индикатор, подсоединенные к концам катушек.

Блок технического диагностирования, содержащий узел определения времени включения контактора, узел определения напряжения включения в режиме форсировки и узел определения напряжения на выходных концах катушек электромагнитного привода контактора в режиме удержания, органически входят в схему и конструкцию вакуумного контактора и составляют с ним одно целое.

Наряду с указанным предложенные схемотехнические решения, в т.ч. светодиодная индикация, отражают результаты контроля определенных параметров вакуумного контактора, а именно:

- индикация момента подачи напряжения управления контактора;

- индикация положения якоря контактора при его включении, замыкаются главные контакты контактора, причем срабатывает датчик (например, герметизированный контакт) и через его выходные цепи - исполнительный релейный элемент;

- индикация напряжения в начальный момент включения контактора в режиме форсировки, подтверждающая факт соответствия первоначальной настройке (раствор, провал) главных контактов на заводе;

- индикация времени включения контактора;

- индикация подтверждающая, что блок управления фактически снизил напряжение, подаваемое на катушки электромагнитного привода контактора в режиме удержания. Последнее существенно уменьшает энергопотребление контактора в режиме удержания и позволяет свести к минимуму нагрев его катушек.

Все это позволяет детерминировать алгоритм включения вакуумного контактора, причем параметры включения в режиме форсировки и удержания являются одними из основных показателей работоспособности контактора.

На фиг. 1 приведен пример реализации предлагаемой конструкции контактора, вид сбоку; на фиг. 2 - электрическая схема контактора.

На фиг. 1 контактор содержит корпус 1, к которому прикреплены кронштейны 2 (левый и правый), рычаг 3 в сборе с якорем и регулировочными винтами 4. На одном из кронштейнов 2 закреплен датчик 5 с чувствительным элементом 6. Кроме того, на кронштейне установлен исполнительный релейный элемент - реле 9 и 10, блок управления 11 и блок 12 технического диагностирования и индикации результата контроля определенных параметров.

На фиг. 2 блок 12 содержит узел 13 для определения времени включения контактора, узел 14 для определения напряжения включения контактора в режиме форсировки и узел 15 для определения напряжения на выходных концах катушек электромагнитного привода контактора в режиме удержания.

Узел 13 содержит выпрямительные диоды 16, 17, счетчик-делитель 18 с выходами Q0…Q9, выполненный на микросхеме К561ИЕ8, триггер Шмитта 19, реализованный на микросхеме К561ТЛ1 и RC-звено 20, элемент «ИЛИ» 21, выполненный на двух диодах, триггер Шмитта (имеет четыре ячейки) и RC-звенья обеспечивают помехоустойчивость микросхем, светодиодный индикатор 27.

Узел 14 для определения напряжения включения контактора в режиме форсировки содержит конденсатор 22, элемент сравнения 23, выполненный на микросхеме КР142ЕН19 (LM 431), являющейся источником опорного напряжения и регулируемого стабилитрона [3], светодиодный индикатор 28.

Узел 15 для определения напряжения на выходных концах катушек электромагнитного привода контактора в режиме удержания содержит элемент сравнения 24, выполненный на микросхеме КР142ЕН19 (LM 431), являющейся источником опорного напряжения и регулируемого стабилитрона, светодиодный индикатор 29.

На фигуре 2 показаны светодиодные индикаторы 25, 26, 27, 28, 29, ключ 30, катушки 31, выпрямительный мост 32.

Предлагаемый контактор работает следующим образом.

В исходном состоянии контактор отключен, реле 9 и 10 обесточены, чувствительный элемент 6 - в исходном состоянии, т.е. контакт разомкнут, конденсатор 22 разряжен, светодиодные индикаторы 25, 26, 27, 28, 29 выключены.

При замыкании ключа 30 входное напряжение цепи управления контактора подается на блок управления 11, выпрямленное - на катушки 31, на выпрямительный мост 32, на выходе которого включается светодиодный индикатор 25.

Элементы узла 13 устанавливаются в исходное состояние.

Через диод 16, триггер Шмитта 19 и RC-звено 20 импульс поступает на вход (высокий уровень) сброса R десятичного счетчика-делителя 18, который очищается до нулевого отсчета. Включается светодиодный индикатор 27.

Через диод выпрямительный 17, являющийся формирователем равных дискретных отрезков времени, который подключен анодом ко входу выпрямительного моста 32, импульсы поступают через триггер Шмитта 19 и RC-звено 20 на тактовый вход С десятичного счетчика-делителя 18. Последний заполняется импульсами - положительные полупериоды частоты 50 Гц напряжения цепи управления контактора - причем счетчик преобразует двоичный код в сигнал, появляющийся последовательно на каждом Q0…Q9 выходе счетчика.

Одновременно с этим продолжается выполнение алгоритма включения контактора.

Конденсатор 22, подсоединенный к выходным концам катушек 31, заряжается с помощью переключающего контакта 9.1 до напряжения, соответствующего начальному моменту включения контактора в режиме форсировки.

Срабатывает чувствительный элемент 6 датчика 5, и реле 9, 10 включаются. Контакты главной цепи контактора замыкаются. Светодиодный индикатор 26 включается.

При включении контактора и замыкании контакта 9.4 выходных цепей исполнительного релейного элемента 9, подсоединенного через элемент «ИЛИ» 21 ко входу разрешения счета ЕС счетчика-делителя 18, действие тактового входа С запрещается и счет останавливается. Светодиодный инбдикатор 27 остается включенным, т.е. контролируемое время включения контактора меньше заданного или равно ему (≤100 мс). Если время превышает заданное, то на выходе Q6, подсоединенного через элемент «ИЛИ» 21 ко входу разрешения счета ЕС счетчика-делителя 18, появляется сигнал (высокий уровень), действие тактового входа С запрещается, светодиодный индикатор 27 выключается.

Вместе с тем, в начальный момент включения контактора в режиме форсировки с помощью переключающего контакта 9.1, находящегося в положении нормально закрытого, конденсатор 22, зарядившийся до определенного напряжения от катушек 31, отключается. С помощью того же контакта 9.1 конденсатор 22 подключается к цепи, состоящей из элемента сравнения 23 узла 14 и последовательно включенного с ним светодиодного индикатора 28, который включается, если элемент сравнения настроен на определенный порог срабатывания - величину напряжения включения контактора, причем подтверждается факт соответствия первоначальной настройки (раствора) главных контактов контактора.

Далее, при замыкании главных цепей контактора блок управления 11 снижает напряжение, подаваемое на катушки 31 электромагнитного привода контактора в режиме удержания, примерно в 16 раз.

Настройка элемента сравнения 24 узла 15 на определенный порог срабатывания - величину напряжения на катушках контактора в режиме удержания - регламентируется заводом - изготовителем. В режиме удержания светодиодный индикатор 29 выключается, если фактическая величина напряжения на катушках контактора меньше заданного значения.

После отключения ключом 30 напряжения управления контактора светодиодный индикатор 25 отключается. Катушки 31 обесточены. Практически одновременно размыкаются главные цепи контактора с помощью возвратной пружины. Регулировочный винт 4 перемещается вниз и стальная пластина 8 возвращается в исходное нижнее положение. Чувствительный элемент 6 разомкнут. Реле 9 и 10 отключены. Конденсатор 22 разряжен. Светодиодные индикаторы 25, 26, 27, 28, 29 отключены.

Элементы сравнения узлов 14 и 15 настраиваются в соответствии с первоначально полученными значениями напряжения включения контактора в режиме форсировки и напряжения на катушках контактора в режиме удержания, а также согласно рекомендациям по применению микросхемы КР 142ЕН19, а именно: резистор R1 - является токоограничивающим и его выбирают подобно балластному резистору параметрического стабилизатора на стабилитроне; резистор R2 определяет напряжение стабилизации между анодом и катодом микросхемы КР 142ЕН19 с учетом условия U_к-a=U_оп(1+R2/R3)+I_вх.опR2; R2 выбирают переменным в связи с необходимостью регулировки выходного напряжения; резистор R3 определяет ток делителя напряжения измерительного элемента микросхемы КР142ЕН19 (LM431). При настройке номинал резистора R3 выбирают из условия соответствия тока делителя, не менее 300 мкА.

Таким образом, предложенные схемотехнические решения для контактора трехполюсного вакуумного КВК позволили получить оперативную и объективную информацию о параметрах контактора, настраиваемых заводом и фактически получаемых в процессе длительной работы, что важно для эксплуатации.

Предлагаемое техническое решение и ранее реализованное в патенте №161911 на полезную модель «Контактор трехполюсный вакуумный КВК» конструктивно и схемно тесно связаны и дополняют друг друга благодаря тому, что в типоисполнении «Контактор вакуумный КВК» с помощью датчика (на основе, например, герметизированного контакта) фиксируется положение якоря контактора при его включении, а также исполнительного релейного элемента, изготавливаемого по техническим условиям (стандартам) взамен открытых и ненадежных блок-контактов со штоками, выполнены совместно с блоком технического диагностирования и индикации результата контроля определенных параметров. Указанное позволило адаптировать типоисполнение «Контактор трехполюсный вакуумный КВК» к широкому спектру условий эксплуатации, вплоть до:

- относительная влажность - 98%±2% при 35°С (с выпаданием конденсата)

- запыленность (распредпункт очистного забоя) - 1200 мг/м³, агресивная токопроводящая.

Типоисполнение «Контактор трехполюсный вакуумный КВК» и предложенные для его реализации технические решения позволяют:

- детерминировать алгоритм включения вакуумного контактора, причем определяемые параметры включения в режиме форсировки и режиме удержания являются одними из основных показателей работоспособности контактора;

- своевременно обеспечить обслуживающий персонал оперативной и достоверной информацией и индикацией о техническом состоянии контатора и его узлов;

- сократить количество и длительность простоев оборудования;

- снизить трудоемкость при наладке и обслуживании контактора;

- адаптировать контактор к тяжелым условиям эксплуатации;

- информировать о состоянии контактора в систему управления высокого уровня;

- предусмотреть установку контакта на напряжение 1140 В для использования в электрических цепях блока конроля изоляции.

Литература

[1] Руководство по эксплуатации ЛКВ-1.400РЭ ФГПУ ПО «СЕВЕР», г. Новосибирск, 2005.

[2] Патент №161911 U1, РФ, Н01H 33/666, опубл. 20.05.2016, бюл. №14 – прототип.

[3] Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги. Том 1, стр. 494, Москва, Изд. КУБК-а, 1996 г.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрооборудовании. Вакуумный контактор содержит корпус с установленными в нем тремя дугогасительными вакуумными камерами с токоподводами и подвижными выводами камер, электромагнитный привод с двумя катушками, блок управления, датчик и исполнительный релейный элемент, причем одноименные концы обмоток исполнительного релейного элемента соединены параллельно и одни концы подсоединены к положительному полюсу выпрямительного моста, другие концы - к отрицательному через выходные цепи чувствительного элемента, блок технического диагностирования, содержащий узлы определения времени включения контактора и определения его напряжения включения в режиме форсировки, а также узел определения напряжения на выходных концах катушек электромагнитного привода контактора в режиме удержания. Технический эффект заключается в своевременном обеспечении обслуживающего персонала оперативной и достоверной информацией о техническом состоянии контактора и его узлов для сокращения количества и длительности простоев, трудоемкости при наладке и обслуживании контактора, а также безопасности его эксплуатации. 2 ил.

Контактор трехполюсный вакуумный, содержащий корпус, в котором установлены три дугогасительные вакуумные камеры с токоподводами и подвижными выводами камер, электромагнитный привод с двумя катушками, блок управления, датчик и исполнительный релейный элемент, при этом одноименные концы обмоток исполнительного релейного элемента соединены параллельно и одни концы подсоединены к положительному полюсу выпрямительного моста, другие концы - к отрицательному через выходные цепи чувствительного элемента, отличающийся тем, что контактор снабжен блоком технического диагностирования, содержащим узлы определения времени включения контактора и определения его напряжения включения в режиме форсировки, а также узел определения напряжения на выходных концах катушек электромагнитного привода контактора в режиме удержания, при этом узел определения времени включения содержит формирователь равных дискретных отрезков времени, выполненный на диоде, анод которого соединен с входом выпрямительного моста, а катод - с тактовым входом десятичного счетчика-делителя, выход которого соединен со светодиодным индикатором, его вход разрешения счета соединен через элемент «ИЛИ» с выходом счетчика-делителя и контактом исполнительного релейного элемента, а узел определения напряжения включения контактора содержит подсоединенный к выходным концам катушек контактора конденсатор, параллельно которому подсоединены через переключающий контакт исполнительного релейного элемента последовательно соединенные элемент сравнения и светодиодный индикатор, а узел определения напряжения на выходных концах катушек электромагнитного привода контактора содержит последовательно соединенные элемент сравнения и светодиодный индикатор, подсоединенные к концам катушек.