Сильноточный быстродействующий реверсивный коммутирующий аппарат

 

Использование: изобретение относится к сильноточной коммутирующей аппаратуре, может быть использовано в импульсных системах питания электрофизических установок. Сущность изобретения: подвижные мостиковые контакты выполнены в виде роликов, самоустанавливающихся между неподвижными контактами при каждом из двух устойчивых положений подвижной системы. Неподвижные контакты вместе с дополнительно введенными образуют четыре пары, изолированные друг от друга. При каждом из двух возможных устойчивых положений подвижной системы две пары неподвижных токоподводов замыкаются подпружиненными роликовыми контактами. Подпружиненные скользящие опоры опираются на траверсы через шарикоподшипники. Подвижная обойма, заключающая подпружиненные скользящие опоры, выполнена изоляционной, вращающейся вокруг оси в двух подшипниках. Для воздействия на подвижную обойму применяется две пары импульсных катушек. 1 ил.

Изобретение относится к высокоточной коммутирующей аппаратуре с большим быстродействием и может быть использовано, главным образом, в мощных импульсных системах питания, преимущественно для реверсирования тока.

Известны высокоточные реверсивные аппараты [1] [2] Эти реверсоры состоят из трех электромагнитных контакторов, контактная система которых представляет собой торцевые контакты.

Недостатком таких реверсивных аппаратов является относительно небольшой рабочий ток, большие габариты, большое время срабатывания.

Известен переключающий аппарат [3] содержащий неподвижные контакты со скосами, соединенные с двумя токоподводящими и двумя токоотводящими шинами, и подвижную контактную систему, жестко связанную с валом переключателя и выполненную с контактными роликами, вкатывающимися в промежуток между неподвижными контактами.

Недостатками переключателей с подобной контактной системой являются: относительно большие габариты в связи с тем, что в процессе каждой коммутации задействована лишь половина всех контактных роликов аппарата, сравнительно небольшой ресурс работы из-за динамических нагрузок на контакты при замыканиях контактной системы, так как ими гасится энергия привода, большое время переключения из-за большого расстояния, проходимого роликом до замыкания, и необходимости амортизировать подвижную систему вместе с роликами и фиксировать ее в крайних положениях, ограниченные функциональные возможности по реверсированию числа полюсов в связи с тем, что переключатель может реверсировать только два полюса.

Наиболее близким к предлагаемому реверсивному коммутирующему аппарату является аппарат [4] содержащий группы неподвижных контактов, подвижные контакты, закрепленные на траверсах, каждая из которых установлена с возможностью вращения вокруг неподвижной оси и имеет два устойчивых положения, индукционно-динамический привод с подвижной обоймой, в которой установлены скользящие опоры, подпружиненные каждая к соответствующей траверсе. Вариант переключающего аппарата согласно п.3, в котором число неподвижных контактов в группе выбрано равным трем, каждая траверса выполнена токопроводящей и симметричной, а ось вращения каждой траверсы связана со средним неподвижным контактом группы, наиболее близка к реверсивному аппарату. В этом аппарате возможно применение мощного импульсного привода, так как энергия подвижной обоймы гасится отдельно от движения траверс с контактными роликами, а конструкция подвижной обоймы с траверсами служит для фиксации подвижной системы в одном из двух устойчивых положений. Благодаря этому аппарат может иметь большое быстродействие.

Недостатками коммутационного аппарата, выполненного с такой контактной системой, являются: недостаточно высокое рабочее напряжение между неподвижными контактами, обусловленное трудностью фиксации подвижного контакта в разомкнутом состоянии на равном расстоянии от шин, а в случае переключающего аппарата образуется один изоляционный промежуток; недостаточно большой ресурс работы вследствие воздействия кромок прямоугольных подвижных контактов на контактные поверхности из-за трудности осуществления симметричного относительно контактных поверхностей подхода подвижных контактов к неподвижным, а случае переключающего аппарата из-за трения в скользящем контакте и накопления дефектов в разрывных контактах из-за отсутствия проскальзывания контактов и смены места контакта подвижным контактом.

Недостатками известного [4] аппарата являются: и относительно большие габариты выполненного на его основе реверсивного аппарата, включающего четыре контактные системы или две в случае переключающего аппарата; ограниченные функциональные возможности из-за необходимости применения нескольких аппаратов для осуществления более сложных переключения, чем однополюсный разрыв или замыкание.

Цель изобретения увеличение рабочего напряжения и ресурса работы, уменьшение габаритов и расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что подвижные контакты выполнены в виде роликов, закрепленных на осях, которые вставлены в овальные отверстия в щеках траверс. Благодаря этому происходит проскальзывание и сена места контактов и сглаживание дефектов на контактах все это существенно повышает ресурс аппарата, а благодаря овальным отверстиям в щеках траверс, ролик самоустанавливается в неподвижных контактах.

Поставленная цель достигается также тем, что неподвижные контакты вместе с дополнительно введенными изолированы друг от друга и изготовлены попарно таким образом, что в каждом из двух устойчивых положений подвижной системы, контактные ролики подпружинены к соответствующим парам неподвижных контактов. При этом ролики при каждом положении подвижной системы замыкают соответствующую пару неподвижных контактов. Благодаря этому они равноудалены от противолежащих неподвижных контактов и образуется два изоляционных промежутка. В связи с вышеизложенным повышается рабочее напряжение и расширяются функциональные возможности.

Поставленная цель достигается и тем, что скользящие опоры, подпружиненные к соответствующим траверсам, опираются на них вновь введенными шарикоподшипниками. Благодаря этому уменьшается трение, увеличивается ресурс и может быть увеличено количество роликов, а значит и параметры, что равносильно уменьшению габаритов. Поставленная цель достигается также тем, что подвижная обойма выполнена из изоляционного материала, вращается вокруг неподвижной оси, закреплена в двух шарикоподшипниках и в каждом из двух устойчивых положений подвижной системы прилегает укрепленными на ней алюминиевыми пластинами к катушкам привода, которые вместе с дополнительно введенными образуют две пары катушек.

При этом все скользящие опоры, а следовательно траверсы изолированы друг от друга, что дает возможность расширить функциональные возможности и увеличить рабочее напряжение, а вращающаяся обойма компактнее обоймы, двигающейся поступательно, так как не нужна целая конструкция направляющих, кроме того, для вращающейся обоймы, при том же расстоянии, проходимом концами скользящих опор, опирающихся на траверсы, требуется меньшая энергия от привода. Все это способствует уменьшению габаритов аппарата.

Проведенный поиск не выявил технических решений с признаками, отличительными для заявленного устройства.

Предлагаемую конструкцию иллюстрирует чертеж.

На чертеже изображен общий вид высокоточного переключающего аппарата с восемью одновременно коммутируемыми токоподводами, который может служить реверсивным аппаратом.

Высокоточный реверсивный коммутирующий аппарат состоит из: подвижных роликовых контактов 1, 22, неподвижных контактов 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 импульсных катушек 10, 11, 12 и 13 привода траверс 14, 23, которые закреплены на осях 16 и 20 и в овальные отверстия которых вставлены оси 15 и 21, на которых закреплены подвижные роликовые контакты; подвижной изоляционной обоймы 18, имеющей возможность вращения вокруг оси 19, закрепленной на концах в шарикоподшипниках; скользящих опор 17 и 24, находящихся в изоляицонной обойме 18, подпружиненных пружинами 25 и опирающихся на траверсы 14 и 23 шарикоподшипниками 26.

Устройство работает следующим образом: в исходном положении изоляционная вращающаяся обойма 18 прижимается к паре импульсных катушек 10, 12 (или 11, 13) прикрепленными к ней алюминиевыми накладками силой пружин 25, воздействующих на скользящие опоры, которые опираются шарикоподшипниками на поверхность траверс 1 и 22. Сила, воздействующая на изоляционную обойму, возникает благодаря тому, что между осью скользящих опор и их проекцией на плоскость траверс, на которую они опираются через шарикоподшипники, образуется острый угол. Контактные ролики 1, 22 прижаты к неподвижным токоподводам 8, 9 и 4, 5 моментами сил, определяемых силой пружин 25, подпружинивающих скользящие опоры 17, 24, и расстояниями от мест касания шарикоподшипниками плоскостей траверс 14, 23 до осей крепления траверс 16, 21.

Контактные ролики самоустанавливаются между неподвижными шинами благодаря передвижению их осей в овальных отверстиях в стенках траверс.

При подаче импульса тока в катушки 10, 12 появляются вихревые токи в алюминиевых пластинах, прикрепленных к изоляционной обойме 18, от взаимодействия токов в катушках и алюминиевых пластинах возникает момент силы, поворачивающий изоляционную обойму вокруг оси 19. При этом шарикоподшипники катятся по поверхностям траверс 14, 23, скользящие опоры 17, 24 двигаются внутрь изоляционной обоймы 18, сжимая пружины 25. При переходе места касания шарикоподшипниками на траверсах 14, 23 осей крепления траверс под воздействием сил пружин 25 происходит вращение траверс 14, 23 вокруг осей 16, 21 до самоустановления контактных роликов 1, 22 между неподвижными токоподводами 2, 3 и 6, 7. При этом благодаря наклону осей скользящих опор к поверхностям траверс и силе сжатых пружин 25 возникают силы, двигающие изоляционную обойму до касания алюминиевыми пластинами, прикрепленными к изоляционной обойме, импульсных катушек 11, 13. Подвижные контактные ролики 1, 22 прижимаются к неподвижным токоподводам 2, 3 и 6, 7 силой пружин 25 аналогично описанному выше.

В отличие от известного аппарата [4] при каждом переключении ролики самоустанавливаются и равноотстоят от противоположных шин. Это увеличивает рабочее напряжение и ресурс работы, поскольку ролики меняют место контакта и сглаживают дефекты. Изолирование всех неподвижных токоподводов расширяет функциональные возможности аппарата, в одном аппарате осуществляется одновременная коммутация восьми полюсов, и в частности просто осуществляется реверсивный аппарат. Для осуществления расширения функциональных возможностей служит и изоляционная обойма, в которой все скользящие опоры вместе с пружинами изолированы друг от друга. Это способствует и увеличению рабочего напряжения. Вращение изоляционной обоймы вокруг оси способствует уменьшению габаритов в отличие от поступательного движения в известном аппарате [4] так как не требуется специальная система направляющих, а энергия вращающейся обоймы меньше энергии поступательно перемещающейся обоймы при одном и том же расстоянии, на которые передвигаются концы скользящих опор по траверсам и при одном и том же времени их движения.

В отличие от известного аппарата замена скольжения опоры по траверсе на качение шарикоподшипника увеличивает ресурс работы и уменьшает габариты, так как существенно уменьшается энергия привода.

Введение дополнительных импульсных катушек позволяет уменьшить габариты аппарата, так как более рационально создается момент силы для вращения обоймы.

На основании проведенных исследований разрабатываются чертежи реверсивного коммутирующего аппарата, который предполагается применить в системе питания полоидальных полей в термоядерной установке ТОКАМАК.

Разрабатываемые аппараты дешевле известных при тех же рабочих параметрах тока, имеют меньшие габариты, более высокое напряжение, больший ресурс работы, и реверсивный аппарат может быть изготовлен в одном устройстве.

Формула изобретения

Сильноточный быстродействующий реверсивный коммутирующий аппарат, содержащий группы неподвижных контактов, подвижные контакты, закрепленные на траверсах, каждая из которых установлена с возможностью вращения вокруг неподвижной оси и имеет два устойчивых положения, индукционно-динамический привод с подвижной обоймой, в которой установлены скользящие опоры, каждая из которых подпружинена к соответствующей траверсе, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными неподвижными контактами и катушками, подвижные контакты выполнены в виде роликов, закрепленных на осях, которые вставлены в овальные отверстия в щеках траверс, неподвижные контакты вместе с дополнительно введенными изолированы друг от друга и попарно таким образом, что в каждом из двух устойчивых положений подвижной обоймы контактные ролики подпружинены к соответствующим парам неподвижных контактов, скользящие опоры подпружинены к соответствующим траверсам и опираются на них посредством дополнительно введенных шарикоподшипников, поджимная обойма выполнена и установлена с возможностью вращения вокруг неподвижной оси, закрепленной на концах в двух подшипниках и в каждой из двух устойчивых положений подвижной обоймы, прилегает посредством укрепленных на ней алюминиевых пластин к катушкам привода, которые вместе с дополнительными катушками образуют две пары.

РИСУНКИ

Рисунок 1