410477

О П И С А Н И Е 4 Ю 477ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик Зависимое от авт. свидетельстваявлено 28 Х 1.1971 ( 167410824-7 1 Ь 334 1. Кл с присоединением заявкиГосударственный камита Совета Министров ССС па делам изобретений и открытийнор итетубликовано 05.1,1974, Бюллетеньта опубликования описания 28.Ч,1974 УДК 621.316,56(088,8) вторыобретени Таев и В. А, Головенкинна Ленина энергетический институт осковский аявитель Б ЕЗДУГОВО МУТИ РУЮЩ ОНТАКТНОЕУСТРОЙСТВО Изобретение отнпаратостроенияммутационных а тся к области электро- может применяться в ратах переменного тока. полне Известные бездуговые контактные комму тирующие устройства, содержащие силовые контактные и шунтирующий их синхронизирующий узел, включающий электромагнит и синхронизирующие контакты, из которых подвижный жестко связан с якорем электромаг нита, сложны и не обеспечивают высокой надежности. В предлагаемом изобретении устраняется указанный недостаток благодаря тому, что якорь электромагнита выполнен из магнитострикционного материала, Кроме того, 15 для увеличения начального зазора якорь выполнен в виде пластины из материала с положительной магнитострикцией с установленным в ее середине подвижным синхронизирующим контактом, оба конца которой жестко закреп лены, а катушка электромагнита расположена на неподвижном Ш-образном магнитопроводе или параллельно пластине из материала с положительной магнитострикцией расположены две дополнительные пластины из мате риала с отрицательной магнитострикцией, и каждая из дополнительных пластин с одного конца жестко связана с одним из концов пластины с положительной магнитострикцией, а с другого конца жестко закреплена; оба син хронизирующих контакта выполнены подвижными.На фиг. 1 изображена принципиальная конструктивная схема предложенного устройства: а) во включенном состоянии; б) в начале отключения; в) в процессе отключения; г) в отключенном состоянии; па фиг. 2 - принципиальная конструктивная схема предложенного устройства с Ш-образной магнитной системой синхронизирующего электромагнита; на фиг. 3 - принципиальная конструктивная схема синхронизирующего электромагнита с дополнительными пластинами; на фиг. 4 - конструктивная схема синхронизирующего узла с двумя подвижными синхронизирующими контактами.Конструктивно устройство вы но следующим образом,С инхронизирующий узел представляет собой электромагнит 1, якорь 2 которого выполнен из материала с большой положительной магнитострикцией, К якорю с одной стороны прикрепляется подвижный синхронизирующий контакт 3, а с другой стороны возвратная пружина 4. Катушка 5 одним концом соединена с подвижным синхронизирующим контактом 3, а другим с неподвижным силовым контактом 6. Неподвижный синхронизирующий контакт 7 соединен электрически с силовым подвижным контактом 8, который поджимает 41047720 25 3ся контактной пружиной 9, С якорем 2 электромагнита жестко соединен шток 10 из неэлектропроводного материала, который проходит в отверстие 11, выполненное в неподвижном силовом контакте 6.Таким образом, главные силовые контакты6 и 8 шунтируются цепочкой, состоящей из последовательно соединенной катушки 5 электромагнита и синхронизирующих контактов3 и 7.Устройство с Ш-образной магнитной системой конструктивно выполнено следующим образом (фиг. 2). Синхронизирующий узел представляет собой электромагнит 12, якорь 13которого выполнен в виде пластины из материала с положительной магнитострикцией. Всередине пластины установлен подвижныйсинхронизирующий контакт 14, а пластина покраям жестко закреплена на возвратной пластинчатой пружине 15, Катушка 16 однимконцом соединена с неподвижным синхронизирующим контактом 17, а другой конец имеет электрическую связь с подвижным силовымконтактом 18, который поджимается контактной пружиной 19. На силовом подвижном контакте закреплен штырь 20 из неэлектропроводного материала. Неподвижный силовойконтакт 17 имеет электрическую связь с подвижным синхронизирующим контактом 18,Синхронизирующий электромагнит с дополнительными пластинами конструктивно выполнен следующим образом (фиг. 3). Магнитопровод 21 имеет надетую на средний стерженькатушку 22.Якорь электромагнита выполнен в видепластины 23 из материала с положительноймагнитострикцией, в средней части которойзакреплен подвижной синхронизирующий контакт 24. Параллельно пластине 23 расположены две дополнительные пластины 25 и 26 изматериала с отрицательной магнитострикцией.С одного конца пластины 25 и 26 жесткосвязаны с одним из концов пластины 23, а сдругого конца жестко закреплены.Синхронизирующий узел с двумя подвижными контактами конструктивно выполненследующим образом (фиг. 4). Магнитопроводобразует две пластины 27 и 28 из материалас положительной магнитострикцией, В средней части на внутренней стороне пластин укреплены подвижные синхронизирующие контакты 29 и 30, На каждую пластину с обеихсторон надеты секции катушки 31, которыевключены встречно и не касаются пластин.Пластины жестко закреплены по концам наинерционных телах 32 и 33, выполненных изферромагнитного материала. Тела 32 и 33удерживаются в исходном положении возвратными пружинами 34,Устройство (фиг. 1) работает следующимобразом,Во включенном состоянии весь ток цепипроходит через силовые контакты 6 и 8. В начальный момент отключения устройства дезо 35 40 45 5 О 55 60 65 таль 12 под действием привода поворачивается по часовой стрелке, а главный подвижный контакт 8 за счет силы контактной пружины 9 вначале поворачивается вокруг оси 0 против часовой стрелки и оказывает давление через шток 10 и якорь 2 на подвижной синхронизирующий контакт 3, При этом синхронизирующие контакты 3 и 7 замыкаются.Таким образом, в начале процесса отключения происходит увеличение переходного сопротивления силовых контактов 6 и 8 вплоть до бесконечности и замыкание шунтирующей цепочки синхронизирующего контура. В результате весь отключаемый ток переходит в шунтирующую цепь, а силовые контакты размыкаются без дуги.Электромагнит развивает электромагнитную силу и, преодолевая усилие возвратной пружины 4, удерживает синхронизирующие контакты 3 и 7 в замкнутом положении.Кроме того, под действием напряженности электромагнитного поля, создаваемого катушкой 5, якорь 2 за счет явления магнитострикции увеличивает свою длину на величину А 1, И хотя главный подвижной контакт перемещается, шунтирующая цепь остается замкнутой.Однако при подходе тока к нулевому значению электромагнитная сила исчезает, и синхронизирующий контакт 3 под действием возвратной пружины 4 отбрасывается вправо. Чтобы не было пробоя образующегося контактного промежутка в следующий после нуля полупериод, необходим опережающий рост электрической прочности его по сравнению с ростом восстанавливающегося напряжения на контактах, Скорость роста электрической прочности промежутка определяется ускорением подвижного синхронизирующего контакта. Закон изменения ускорения близок к закону параболы и в первый момент ускорение мало. Однако этого ускорения было достаточно в ранее известных устройствах с диодами. Диод увеличивает бестоковую паузу до одного полупериода, За это время синхронизирующий контакт успевает даже при небольших ускорениях разойтись на необходимое изоляционное расстояние,В предлагаемом решении диоды исключены. Поэтому здесь имеется лишь небольшая бестоковая пауза в области перехода тока через нуль. Величина его определяется характером цепи. В малоиндуктивной цепи пауза тока больше, в сильноиндуктивной цепи меньше (порядка 10 - 4 сек). Поэтому данное синхронизирующее устройство должно обеспечить образование необходимого контактного зазора на более короткое время. Это достигается выполнением якоря 2 из магнитострикционного материала.Известно, что время изменения размеров магнитострикционного материала при исчезновении магнитного поля составляет 10- в ; 10- сек, т. е. практически происходит мгновенно, Величина магнитострикции насы10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 5щения у высококачественных сплавов (сплавы ге - Со, ).=е - Р 1) приближается к Л, = 100 10-, а у некоторых ферритов (кобальтовые ферриты) превосходит Л,=200 10 - . При этом для изменения размеров магнитострикцион ного стержня на величину И=0,01 мм требуется его длина 50 мм (Л=200 10 - ) - :100 мм (Л,=100 10 - ). Если якорь 2 выполнен из такого материала и основная часть полупериода находится в насыщении, то перед нулем тока магнитное поле исчезает, и якорь укорачивается на величину М При этом при указанных выше размерах якоря образуется практически мгновенно контактный зазор величиной в И=0,01 мм. По закону Пашена при атмосферном давлении зазор в 0,01 мм с:цожет выдержать папряжеии; до 300 в. Таким образом, предложенное решение позволяет перед нулем тока получить практически мгновенно определенный контактный зазор, который назовем начальным, Затем под действием возвратной пружины 4 этот контактный зазор увеличивается до необходимой изоляционной величины, определяемой существующими нормами для электрических аппаратов, Так происходит надежный разрыв цепи вблизи нуля тока в предлагаемом устройстве.С целью увеличения начального контактного зазора можно использовать механическое усиление, возникающее при жестком закреплении по концам магнитострикционной пластины. Тогда в магнитном поле под действием магнитострикционных сил пластина вынуждена будет прогнуться. Причем прогиб пластины в ее середине ЛГ будет в несколько раз больше, чем само удлинение пластины М Сказанное можно легко осуществить в синхронизирующем электромагните сили Ш-образной магнитной системой (фиг. 2). Работа этого устройства аналогична работе устройства, изображенного на фиг. 1. Только здесь перед переходом тока через нуль создается больший начальный контактный зазор, так как используется не удлинение Л 1 якоря 13, а его прогиб ЛГ под действием магнитострикционных сил. Дальнейшее увеличение контактного зазора до необходимой изоляционной величины происходит под действием возвратной пружины 15.С целью дальнейшего увеличения начального контактного зазора якорь синхронизирующего электромагнита набирается из пластин, выполненных из материала с положительной и отрицателыюй магнитострикцией (фиг. 3). Работа устройства с таким синхронизирующим электромагнитом аналогична работе ранее описанных устройств. Только здесь при создании магнитного поля катушкой 22 пластины 25 и 26 с отрицательной магнитострикцией уменьшают свою длину, и точки а и Ь сближаются. Пластина 23 с положительной магнитострикцией должна увеличить свою длину. Поскольку концы этой пластины сблизились за счет пластин 25 и 26,6то прогиб ее будет значительно больше. Таким образом, данное синхронизирующее устройство при одной и той же длине якоря позволяет получать за счет магнитострикциоиных сил еще больший начальный зазор,С целью дальнейшего увеличения начального зазора оба контакта в синхронизирующем узле можно выполнить подвижными (фиг. 4).Синхронизирующий узел работает следующим образом.При протекании отключаемого тока по встречно включенным секциям катушки 31 в пластинах 27 и 28 возникает встречно направленный магнитный поток ф, который вынужден замыкаться через воздушный зазор в средней части пластин и ферромагнитные тсла 32 и ЗЗ. В результате возникает электромагнитная сила, которая притягивает пластины 27 и 28 друг к другу и удерживают синхронизирующие контакты 29 и 30 в замкнутом положении. Инерционность тела 32 и 33 не дает концам пластин 27 и 28 перемещаться при быстром изменении магнитного поля. Поэтому пластины при возникновении магнитного поля под действием магнитострикциоиных сил дополнительно прогнутся. А при спаде магнитного поля и электромагнитной силы вблизи нуля тока образу,от практически мгновенно начальный контактный зазор величиной в 2 Л,. Затем силы упругости пластин 27 и 28 возвратных пружин 34 разводят контакты на необходимое изоляционное расстояние. Работа в целом коммутирующего устройства с данным синхронизируюгцим узлом аналогична работе ранее рассмотренных устройств. На повышенное напряжение можно применить устройство с синхронизирующим узлом, в котором с якорем электромагнита жестко связаны два и более сиихронизирующих контактов. При последовательном соединении их и при условии равномерного распределения напряжения на них результирующее пробивное напряжение будет равно сумме пробивных напряжений единичных контактных промежутков. Таким образом применение высококачественных магнитострикционных сплавов и ферритов, а также все предложенные способы увеличения начального контактного зазора позволяют получить большую начальную скорость расхождения синхронизирующих контактов. В целом коммутирующее устройство обеспечивает надежный бездуговои разрыв коммутируемой цепи. Предмет изобретения 1. Бездуговое контактное коммутирующее устройство, содержащее контакты и шунтирующий их синхронизирующий узел, включающий электромагнит и синхронизирующие контакты, из которых подвижный жестко свя.зан с якорем электромагнита, отл ич а ю- щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства и повышения надежности, якорь электромагнита выполнен из магнитострикционного материала.2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения начального зазора, якорь выполнен в виде пластины из материала с положительной магнитострикцией с установленным в ее середине подвижным синхронизирующим контактом, оба конца которой жестко закреплены, а катушка электромагнита расположена на неподвижном, преимущественно Ш-образном магнитопроводе,3. Устройство по п. 2, .отличающеесятем, что, с целью увеличения начального зазора параллельно пластине из материала с положительной магнитострикцией, располо жены две дополнительные пластины из материала с отрицательной магнитострикцией, и каждая из дополнительных пластин с одного конца жестко связана с одним из концов пластины с положительной магнитострикцией, а 10 с другого конца жестко закреплена.4. Устройство по пп, 1 и 2,отл ич а ющеес ятем, что, с целью увеличения начального зазора, оба синхронизирующих контакта выполнены подвижными,