Вакуумний вимикач

Винахід належить до електротехніки, зокрема до вакуумних вимикачів. Відомі вакуумні вимикачі мають встановлені на рамі вакуумні дугогасильні камери (ВДК) та привод, вал якого кінематично зв'язаний з рухомими контактами цих камер (Авт. св. СРСР №1336132, кл. H01H33/66, 1986; Авт. св. СРСР №1552250, кл. H01H33/66, 1990). Недоліком відомих вакуумних вимикачів є великі габарити та значна кількість проміжних кінематичних ланок, тобто навантажених вузлів тертя, що є причиною недостатньої надійності і ресурсу апарата. Відомий також вакуумний вимикач з вакуумними дугогасильними камерами (ВДК), в якому немає проміжних кінематичних ланок, а кількість навантажених вузлів тертя значно зменшена, що забезпечило йому значний ресурс при малих габаритних розмірах і масі (Патент Російської Федерації №20206311, H01H33/66, 1992). В цьому вимикачі кожна дугогасильна камера має окремий електромагнітний привод, а для фіксації вимикача у ввімкненому положенні використаний принцип "магнітної заскочки". Недоліком даного вимикача є відносно невелика сила притягання "магнітної заскочки", що обмежує використання вимикача в умовах підвищеної вібрації і ударів в зв'язку з можливістю самовільних відключень. Це знижує його надійність і обмежує область застосування. В основу запропонованого винаходу покладено завдання створення нового вакуумного вимикача з використанням принципу "магнітної заскочки", але з кращими технічними результатами, а саме: підвищення надійності вимикача в умовах вібрації та ударів, розширення області його застосування, а також зменшення габаритів котушок привода і величини їх струму споживання. За сукупністю ознак та кінематичною схемою прототипом до запропонованої конструкції вакуумного вимикача може бути вимикач, описаний в патенті Російської Федерації №2020631, кл. H01H33/66, 1992, який містить вакуумні дугогасильні камери (ВДК), кожна з яких має окремий електромагнітний привод з котушкою, магнітопроводом, якорем і тягою, пружини вимикання, блок-контакти. Запропонований вакуумний вимикач, так само як і прототип, містить вакуумні дугогасильні камери (ВДК), кожна з яких має окремий електромагнітний привод з котушкою, магнітопроводом, якорем і тягою, пружини вимикання, блок-контакти. Кращі технічні результати в запропонованому вакуумному вимикачі досягнуті завдяки тому, що у вказаному магнітопроводі привода по всій площі проходження основного магнітного потоку встановлений постійний магніт з високою енергоємністю. Причому в зоні дії магнітного потоку, що виходить з бокової поверхні магнітопроводу привода, встановлені магнітокеровані герметизовані блок-контакти, які перемикаються внаслідок зміни величини магнітного потоку вказаного постійного магніту з бокової поверхні магнітопроводу при спрацьовуванні вимикача. Крім того, співвісно з вказаним постійним магнітом встановлена направляюча втулка і еластичний буфер, через які пропущена згадана тяга привода, причому постійний магніт виготовлений на основі рідкоземельних металів, а направляюча втулка виготовлена із немагнітного антифрикційного матеріалу. Вказані технічні ознаки вакуумного вимикача, належать до суттєвих, тому що їх сукупність забезпечує досягнення позитивного технічного результату, тобто вони перебувають у причиннонаслідковому зв'язку з цим результатом. Так, наприклад, встановлення в магнітопроводі привода додатково постійного магніту дає можливість, поперше, використати постійний магніт як тяговий при вмиканні вимикача, а по-друге, дає можливість значно збільшити силу притягання "магнітної заскочки" у ввімкненому положенні вимикача. Все це підвищує надійність вимикача в умовах вібрації та ударів, розширює область його застосування, дає можливість зменшити струм споживання котушок привода. На фіг.1 показано вакуумний вимикач; на фіг.2 розріз одного з полюсів вимикача (у вимкненому положенні); на фіг.3 і 4 - зв'язок привода вимикача з магнітокерованими герметизованими блокконтактами (герконами) відповідно у вимкненому і ввімкненому положенні вимикача. Вакуумний вимикач має три полюси 1, встановлені на корпусі 2. Він може мати також І однополюсне виконання. Кожний полюс вимикача складається з вакуумної дугогасильної камери (ВДК) 3, верхнього струмовиводу 4, рухомого контакту 5, струмовиводу 6 рухомого контакту, гнучкого зв'язку 7, нижнього струмовиводу 8, які встановлені на ізоляторі 9. Всередині цього ізолятора розміщена тяга 10 з тарільчастими пружинами підтиснення 11. Кожна вакуумна дугогасильна камера (ВДК) має окремий електромагнітний привод, який складається з магнітом'якого магнітопроводу 12, магнітом'якого фланця 13 з концентричними зубцями знизу, постійного магніту 14 з високою енергоємністю, встановленого між магнітопроводом і фланцем, котушки 15, магнітом'якого якоря 16, направляючої втулки 17, еластичного буфера 18, вимикаючої пружини 19, кожуха 20, гайки 21. Постійний магніт 14 встановлений по всій площі проходження основного магнітного потоку. Він виготовлений із закритичного матеріалу, наприклад, на основі рідкоземельних металів. Направляюча втулка 17 виготовлена із немагнітного антифрикційного матеріалу. В опорах корпуса 2 встановлено спільний для всіх приводів вал 22, в осьові прорізи якого входять виступи гайок 21 кожного привода. Таким чином спільний вал 22 фактично навантаження не несе, а забезпечує синхронізацію роботи всіх трьох приводів (в однополюсному виконанні вимикача даний вал відсутній). В зоні дії магнітного потоку, що виходить (входить) з бокової поверхні магнітопроводу 12 привода, встановлені магнітокеровані герметизовані блок-контакти (геркони) 23, які використовуються для забезпечення системи управління приводами вимикача (тобто вимикачем у цілому). Вказані блокконтакти перемикаються внаслідок зміни величини магнітного потоку постійного магніту, який виходить (входить) з бокової поверхні магнітопроводу 12. Цей магнітний потік має мінімальну величину в кінці вмикання вимикача, тобто коли якір 16 перебуває у верхньому положенні, і досягає максимальної величини в кінці вимикання вимикача, тобто коли якір 16 перебуває в нижньому положенні. У вимкненому положенні вимикача на якір 16 діють такі сили: сила притягання постійного магніту 14 і втягуюче зусилля вакуумної дугогасильної камери (ВДК) 3, які направлені вверх; сила вимикаючої пружини 19 і сила ваги деталей 5, 6, 10, 16, 21, які направлені вниз. У вимкненому положенні вимикача якір 16 знаходиться в крайньому нижньому положенні, яке визначається еластичним буфером 18, на який опирається тяга 10. При подачі команди на вмикання вимикача напруга подається на катушки 15 всіх приводів і струм одночасно протікає через всі котушки, які можуть бути з'єднані між собою послідовно чи паралельно. Намагнічуючі сили котушок 15 підсилюють дію сили притягання постійних магнітів 14. При досягненні спільної їх сили тяги достатньої величини (величини зрушення) якоря 16 приводів всіх трьох полюсів починають з прискоренням рухатися вверх. При цьому вимикаючі пружини 19 стискуються. Разом з якорями 16 переміщаються вверх тяги 10 і рухомі контакти 5, здійснюючи замикання контактів ВДК, після чого рух контактів 5 припиняється, а рух якорів 16 продовжується. Подальший рух якорів 16 вверх забезпечує підтиснення контактів ВДК через тарільчасті пружини 11. При дотиканні якорів 16 до магнітопроводів 12 відбувається фіксація приводів на "магнітну защіпку", тобто "прилипання" якорів 16 до магнітопроводів 12 і фланців 13 внаслідок сили притягання постійних магнітів 14. При вмиканні вимикача в якорях 16 внаслідок їх переміщення індукуються гальмівні струми, що обмежує швидкість вмикання вимикача до потрібних величин. В кінці вмикання вимикача кожний якір 16 наближається до магнітопроводу 12. Це є причиною різкого зменшення магнітного потоку з бокової поверхні магнітопроводу в зоні розміщення магнітокерованих герметизованих блок-контактів 23 і приводить до перемикання їхніх контактів. Таким чином в кінці руху якорів 16 вверх відбувається перемикання блок-контактів 23 і через зв'язану з ними відповідну схему управління припиняється подача напруги на котушки 15. Вимикач у ввімкненому положенні надійно утримується "магнітними заскочки" трьох приводів. При подачі команди на вимикання вимикача напруга подається на котушки 15 у зворотному напрямі. При цьому намагнічуючі сили котушок послаблюють дію постійних магнітів 14. Сила тяги цих магнітів послаблюється і відбувається зняття приводів вимикача з "магнітної заскочки". Якорі 16 всіх трьох приводів під дією тарільчастих пружин 11 і пружин вимикання 19 починають з прискоренням рухатися вниз. Разом з якорями 16 рухаються вниз також тяги 10, але контакти ВДК залишаються ще замкнутими. При величині ходу якорів 16 рівній величині ходу під тиснення тяг 10, до подальшого руху вниз додаються контакти 5, які одержують початковий імпульс, достатній для надійного розмикання контактів ВДК. В кінці руху тяги 10 опираються на еластичні буфери 18 і вимикач фактично вимикається. При переміщенні якорів 16 вниз магнітні потоки постійних магнітів 14, що виходять (входять) з бокових поверхонь магнітопроводів 12, в зоні встановлення магнітокерованих герметизованих блок-контактів 22 збільшуються. Це приводить до перемикання їхніх контактів, які через зв'язану з ними схему управління припиняють подачу напруги на котушки 15. При вимиканні вимикача так само, як і при його вмиканні, в якорях 16 внаслідок їх переміщення індукуються гальмівні струми, що обмежує швидкість вимикання вимикача до потрібних величин.