Електромагнітний актуатор, зокрема для перемикача середньої напруги

1. Електромагнітний актуатор, зокрема для перемикача середньої напруги, що містить намагнічуваний котушкою магнітний сердечник та рухоме ярмо, причому магнітопровід (1) актуатора містить прямокутний магнітний сердечник (2) і, виконане з можливістю взаємодії з ним, кругле ярмо (3), який відрізняється тим, що нижній кінець привідної осі (4), яка пронизує магнітний сердечник (2), виступає із магнітного сердечника і там з'єднаний з другим ярмом (7), що має менші бічні розміри. 2. Електромагнітний актуатор за п. 1, який відрізняється тим, що нижнє ярмо (7) та верхнє ярмо (3) нерухомо встановлені на привідній осі (4) на такій відстані одне від одного, що, коли верхнє ярмо підняте над магнітним сердечником на заданий хід, нижнє ярмо знизу прилягає до магнітного сердечника. 3. Електромагнітний актуатор за п. 2, який відрізняється тим, що між нижнім ярмом (7) та нижньою стороною магнітного сердечника (2) розміщено демпфіруючу прокладку (8). 4. Електромагнітний актуатор за п. 1, який відрізняється тим, що актуатор без важелів та передач розташовано безпосередньо під вакуумною комутаційною камерою перемикача середньої напруги 2 (19) 1 3 93899 4 14. Спосіб виготовлення електромагнітного актуатора за будь-яким із пунктів 1-13, який відрізняється тим, що множину різних типорозмірів актуа торів виготовляють у серійному виробництві шляхом варіювання лише глибини прямокутного магнітного сердечника та діаметра круглого ярма. Винахід стосується електромагнітного актуатора, зокрема для перемикача середньої напруги з сердечником, навантаженим котушкою, та з рухомим ярмом, згідно з обмежувальною частиною пункту 1 формули винаходу, а також способу виготовлення такого актуатора, згідно з обмежувальною частиною пункту 15 формули винаходу. Електромагнітні актуатори цього типу знаходять широке застосування. Поряд з використанням в перемикачах середньої напруги для регульованого оперування рухомими контактами, такі актуатори застосовуються також в машинах та вимикачах. Рівень техніки стосовно електромагнітного приводу для вакуумних перемикачів, що працюють під середньою напругою, пропонує одно- і двокотушкові електромагніти. Електромагніт призначений, як вже згадувалось вище, для того, щоб під час перемикання просувати рухомий контакт вакуум-камери до нерухомого контакту і при звільненні розтягувати контактну натискну пружину. Щоб розпочати рух, на котушку електромагніту подають струм. Потім ввімкнена позиція утримується за допомогою одного або кількох електромагнітів проти зусилля контактної натискної пружини. Струм в котушці, яка служить котушкою для вмикання, вже не є потрібним. Для вимикання перемикача в двокотушковому актуаторі струм подають на котушку вимикання, яка спочатку настільки послаблює утримуючу силу постійного магніту, що контактна натискна пружина більше не може утримуватися, і рухомий контакт розмикається. У подальшому розвитку вимикального руху котушка вимикання може створювати розмикаючу силу. В однокотушкових електромагнітах котушка в основному може лише ініціювати вимикання. Подальший хід вимикання визначають контактна натискна пружина та окрема вимикаюча пружина. Існуючі однокотушкові актуатори часто мають конструкцію з симетрією обертання. Це перешкоджає простому пристосуванню до інших параметрів струму короткого замикання, оскільки для зміни площі повітряного зазору потрібно обирати інший діаметр. Тому всі конструктивні деталі можуть бути застосовані лише для одного параметру. Тому перед винаходом стоїть задача настільки вдосконалити електромагнітний актуатор вищеозначеного типу, зокрема для вигідного використання у перемикачі середньої напруги, щоб забезпечити компактну конструкцію при одночасно великій силі актуатора. В актуаторі такого типу поставлена задача вирішена згідно з винаходом за допомогою відрізняльних ознак пункту 1 формули винаходу. Подальші варіанти викладені в залежних пунктах формули. При цьому основою винаходу є те, що чотирикутний сердечник скомбіновано з круглим ярмом, тобто ярмом з симетрією обертання. Перевага у порівнянні з чотирикутним ярмом полягає перш за все в тому, що ярмо з симетрією обертання не мусить бути убезпеченим проти перекручування - воно однаково виконує свою функцію у будь-якому положенні. Це є особливо важливим при застосуванні в перемикачах середньої напруги. Так виникає комбінація магнітного сердечника, який є чотирикутним і має постійну ширину та змінювану глибину. Оскільки сердечник складається із напластованих металевих листів, число листів може обумовлювати глибину. Бічні кріплення, опори та вісі можуть бути запозичені. Лише постійні магніти та корпуси котушок слід пристосовувати до габаритів сердечника через зміни у довжині. Порівняно з двокотушковим актуатором даний винахід створює - як і існуючі однокатушкові актуатори - перевагу, що полягає в зменшенні габаритів та ваги. Це обумовлено переважно тим, що потрібні лише одна котушка і лише один магнітний контур. Порівняно з існуючими однокатушковими актуаторами даний винахід робить можливим просте пристосування розмірів магніту до інших параметрів струму короткого замикання у сітці 12,5 – 16 – 20 – 25 - 31,5 - 40 та 50 кА, з якими мають працювати силові перемикачі середньої напруги. При цьому перш за все потрібно змінювати утримуючу силу актуатора шляхом змінювання площі повітряного зазору. Інша перевага згідно з винаходом полягає в тому, що ярмо може обертатися навколо осі шляхом різьби, щоб таким чином плавно регулювати хід магнітного актуатора. Тут також виникає перевага використання лише одного актуатора для великої кількості застосувань, які відрізняються різною довжиною ходу. Особливо компактний прилад може бути реалізованим, якщо механізм приводу розміщено безпосередньо під комутаційним полюсом, який має бути задіяним, при відсутності важелів та передач. Пряме з'єднання сприяє якісній характеристиці приводу «шлях/час», яка звільняється від перешкоджаючих впливів жорсткості пружини та недоліків більш складної системи приводу. Звичайно, може мати місце вимога, щоб пусковий механізм міг бути пристосованим до існуючих конструкцій. В такому випадку можна також з'єднувати магнітний актуатор за допомогою, наприклад, системи важелів з багатьма потрібними полюсами вмикання і таким чином одночасно приводити їх в дію. Перевага тут полягає в можливості цілеспрямовано впливати на силу та хід через співвідношення важелів. 5 Крім того, даний винахід відрізняється застосуванням високої щільності сили. У певному передбаченому просторі, зокрема при обмеженій площі магнітного повітряного зазору, можна досягти максимальної магнітної сили, якщо 1 - площа постійного магніту не обмежується заданою площею повітряного зазору і 2 - магнітний потік концентрується надалі безпосередньо в повітряному зазорі. Доцільна форма виконання передбачає, що актуатор при відсутності важелів та передач розташований безпосередньо під вакуумною розподільчою коробкою перемикача середньої напруги і чинить пряму дію на контактний стрижень. Це забезпечує бездоганну та швидку дію сили. Доцільна форма виконання передбачає, що актуатор за допомогою елементів зв'язку одночасно вмикає багато розподільчих коробок. Далі доцільною є конструкція, де актуатор приводить в дію розподільчу коробку або розподільчі коробки через елементи важелів. При певних конструкціях перемикача це є необхідним. Це також є цілком можливим за допомогою доцільним чином досягнутих високих приводних зусиль. Інша доцільна форма виконання пропонує, що хід може бути змінюваним за допомогою зміни геометрії конструкції ярма на осі приводу . Подальша доцільна форма виконання пропонує, що постійний магніт встановлюють в магнітному сердечнику, напрямок намагнічування якого переважно розташований паралельно площині повітряного зазору. При цьому магнітний ланцюг має таку конструкцію, що магнітна індукція в повітряному зазорі становить 2 Тл. Доцільна форма виконання передбачає, що ярмо фіксується на привідній осі, яка відцентровано з одного боку проходить крізь магнітний сердечник з можливістю переміщення, а з другого боку з'єднана зі стрижнем замикання контакту, який має бути підключеним. Таким чином створюється конструкція, яка забезпечує компактну пряму передачу для приведення в дію контактних елементів. Подальша форма виконання передбачає, що та сторона привідній осі, яка проходить крізь магнітний сердечник, виступає із магнітного сердечника на нижньому кінці і там з'єднується з другим ярмом, що має менші бічні розміри, і завдяки цьому у вимкнутому положенні створюється утримуюча сила. Подальша форма виконання передбачає конструкцію, при якій нижнє ярмо та верхнє ярмо розташовані у нерухомій позиції на відстані одне від одного на привідній осі таким чином, що коли верхнє ярмо під час заданого ходу підіймається з магнітного сердечника, а нижнє ярмо знизу прилягає до магнітного сердечника, виникає до певної міри блокування ввімкненої позиції контактного елемента. Щоб загалом пригасити рух на кінцевому упорі, між нижнім ярмом та нижньою стороною магнітного сердечника розміщено демпфіруючу прокладку. 93899 6 Для сприяння вимиканню передбачено принаймні одну пружину, що діє на привідну вісь, причому доцільніше, коли вона є листовою. Завдяки тому, що магнітний сердечник складається із залізних пластин, значно зменшуються вихрові потоки, викликані змінами потоку. Також можна відмовитися від додавання кремнію до заліза. Загалом викладено також спосіб виготовлення багатьох різноманітних електромагнітних актуаторів з конструкцією згідно з пунктами 1-14 формули винаходу, які можуть бути виготовлені в серійному виробництві за умови варіювання лише глибини прямокутного магнітного сердечника та діаметра круглого ярма. В результаті забезпечується просте серійне виготовлення, навіть беручи до уваги різні розміри. Винахід зображено на кресленні і пояснюється нижче. Креслення показує: Фігура 1 - вигляд в перспективі магнітного актуатора з круглим ярмом; Фігура 2 - зображення ліній потоку. Фігура 1 зображує в перспективі актуатор, який має електромагніт 1 з котушкою 5, прямокутним магнітним сердечником 2 та круглим ярмом 3. При цьому ярмо кріпиться на привідній осі 4, що проходить по центру магнітного сердечника 2 з можливістю аксіального руху. Фігура 2 зображує малюнок ліній магнітної індукції цього електромагнітного актуатора. Магнітний сердечник 2 показує хід ліній магнітної індукції при замкнутій системі, тобто коли кругле ярмо 3 прилягає до магнітного сердечника 2. Всередині магнітного сердечника встановлені постійні магніти 6, напрямок намагнічування яких є паралельним до площини повітряного зазору. Привідна вісь тут не зображена, але на ній на відстані одне від одного утримуються кругле ярмо 3 та нижнє ярмо 7 меншого розміру описаним вище функціональним чином. Між меншим ярмом 7 та магнітним сердечником 2 може бути розташована демпфіруюча прокладка 8. Отже, актуатор може бути розміщений всередині перемикача. При цьому привідна вісь актуатора з'єднана з рухомим контактом вакуумної розподільчої коробки і відповідно змушує її здійснювати перемикання. Однак такий зв'язок може бути здійснений також безпосередньо за допомогою важеля. Загалом ще виникають наступні взаємозв'язки. Технічно наявні матеріали для постійних магнітів з високою магнітною енергією (напр. NdFeB, SmCo) мають залишкову магнітну індукцію в межах від 1 до 1,4 Тл. Це набагато менше, ніж може провести залізний сердечник при можливих магнітних втратах. Тому згідно з винаходом встановлюються постійні магніти з горизонтальною полярністю. Якщо тепер потік в плечах переходить в горизонтальний напрямок, він там концентрується. При заданій ширині плеча може виникнути настільки ж великий потік, як при встановленні постійних магнітів в плечі та при вертикальній поляризації. 7 93899 Наступна концентрація магнітного потоку відбувається на переході від плеча до ярма через повітряний зазор. Для максимізації утримуючої сили запропонований магнітний актуатор має таку будову, що магнітна індукція досягає більш ніж 2 Тл. Якщо постійні магніти, як тут показано, встановлені таким чином, що їх кінці видно на нижній стороні магніту, більш того, вони утворюють гладеньку поверхню з нижніми кінцями феромагнітного ланцюга, то за допомогою другого ярма меншого розміру можна створити другу, меншу за розміром утримуючу силу у вимкнутому положенні магніту. Це служить для блокування вимкнутої позиції рухомого контакту вакуумної камери, який таким чином гарантований від небажаного вмикання, напр. внаслідок вібрації. Між сердечником магнітного актуатора та другим ярмом може бути встановлена демпфіруюча прокладка, яка гасить механічний поштовх другого ярма при зіткненні з сердечником під час вимикання. Це сприяє як запобіганню вібрацій при зупинці з упором, так і більш довгому терміну служби всього перемикача. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 8 Для магнітного сердечника тут використані листи із заліза з низьким вмістом кремнію задля зменшення вихрових потоків, викликаних змінами потоків. Однак використання кремнію зменшує здатність матеріалу до магнітної поляризації. Щоб досягти більшої сили, можна в даному магнітному актуаторі застосовувати листи із заліза без додавання кремнію. Якщо є намір змінювати глибину магнітного сердечника з метою створення, як згадано вище, різної сили магніту, можна поля вимикання розміщувати не в центрі магніту, оскільки це може створити порушення магнітної симетрії, яку можливо компенсувати лише для одного розміру конструкції. Замістьцього передбачають розташування полів вимикання поза магнітом. Крім того, запропоновано листову пружину, що прикріплюється під актуатором і збоку спирається на корпус. Переваги, що випливають з цього - поряд з дуже простою конструкцією - полягають в невеликій кількості деталей, низьких витратах та можливості регулювати силу пружини за рахунок ширини натискної пластини. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601