Быстродействующий автоматический выключатель

 

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ, содержащий корпус, дугогасительные каме«-- . ры, механизм включения со штоком, отключаюш ,ий узел, включаюш,ий электромагнит с независимым возбуждением, контактную систему в. виде малоподвижного и подвижных контактов и шарнирно-рычажный механизм для связи подвижных контактов с механизмом включения, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности выключателя, отключающий узел снабжен другим электромагнитом с независимым возбуждением и в выключатель введен дополнительный щарнирно-рычажный механизм, рычаги которого расположены симметрично относительно штока механизма включения, якоря электромагнитов связаны с механизмом включения при помощи дополнительного шарнирно-рычаЖного механизма, причем рабочие зазоры электромагнитов , выбраны раз (Л личными и находятся в соотношении 1/2-1/3. о со оо to

СОЮЗ СОВЕТСНИХ . СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1073821 ую Н.01 Н 77/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ е 4А е

t т

ru и х

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3509273/24-07 (22) 27.07.82 (46) 15.02.84. Бюл. № 6 (72) Ю. В. Фещенко, В. Н. Кондратюк, А. С. Горобец, Л. Я. Вишневская и В. Д. Саленко (71) Производственное объединение

«хэмз» (53) 621.316:573 (088.8) (56) 1. Кузнецов P. С. Аппараты распределения электрической энергии на напряжение до 1000 В. М., «Энергия», 1970.

2. Авторское свидетельство СССР № 743070, кл. Н 01 Н 77/10, 1979.

3. Авторское свидетельство СССР № 902099, кл. Н Ol Н 77/10, 1980. (54) (57) БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ, содержащий корпус, дугогасительные камеры, механизм включения со штоком, отключающий узел, включающий электромагнит с независимым возбуждением, контактную систему в. виде малоподвижного и подвижных контактов и шарнирно-рычажный механизм для связи подвижных контактов с механизмом включения, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности выключателя, отключающий узел снабжен другим электромагнитом с независимым возбуждением и в выключа, тель введен дополнительный шарнирно-рычажный механизм, рычаги которого расположены симметрично относительно штока механизма включения, якоря электромагнитов связаны с механизмом включения при помощи дополнительного шарнирно-рычажного механизма, причем р або- Я чие зазоры электромагнитов, выбраны разлнчныин н находятся а соотношении 1/2-1/3.

1073821

Изобретение относится к электрическим аппаратам, в частности к защитным автоматическим выключателям, предназначено для автоматического отключения электрических цепей при токовых перегрузках, коротких замыканиях и может быть использовано, главным образом, .для защиты полупроводниковых преобразовательных установок и тиристорных приводов малой и средней мощности.

Известен быстродействующий автоматический выключатель с электродинамически м отключающим механизмом, который содержит изоляционный корпус, контактную и дугогасительную систему, шток, соединенный с подвижными контактами и удерживаемый во включенном положении шариками, входящими в его проточку, алюминиевый диск и катушку, обтекаемую главным током. Выключатель срабатывает при протекании по катушке токов короткого замыкания (1).

Этот выключатель используется в мощных электрических цепях и не может быть использован для защиты полупроводниковых приборов, в частности преобразователей малой и средней мощности, так как он не чувствителен к незначительным, но опасным для этих приборов перегрузкам.

Известен также быстродействующий автоматический выключатель, который может применяться в полупроводниковых преобразователях, содержащий корпус, дугогасительную камеру, контактную систему, состоящую из подвижного и малоподвижного контактов, механизм свободного расцепления, накопитель энергии, выполненный в виде электромагнита, расцепитель дистанционного отключения, связанный с механизмом перемещения подвижных контактов, который состоит из нескольких передаточных звеньев. В каждом полюсе выключателя установлены расцепителя максимального тока, а малоподвижный контакт соединен тягами с якорем электромагнита независимого возбуждения (2).

Такой автоматический выключатель применим для ограничения в первый момент времени амплитуды тока короткого замыкания, например, в полупроводниковых преобразователях однако из-за большой инерционности механизма перемещения подвижных контактов полное время отключения выключателя составляет 40 мс, в то время как для эффективной защиты полупроводниковых преобразователей требуется не более 10 мс.

Наиболее близким к предлагаемому является быстродействующий автоматический выключатель, содержащий корпус, дугогасительные камеры, контактную систему, состоящую из малоподвижного контакта и подвижных контактов, шарнирно-рычажный

1О

15 го

55 механизм перемещения последних, отключающий узел, в котором имеются электромагнитный расцепитель и пружинный приводной элемент в виде цилиндрической пружины. Эта пружина надета на шток в верхней его части и поджимается снизу втулкой, укрепленной на штоке, с второй подвижной втулкой штока связаны звенья шарнирнорычажного механизма. На нижний конец штока надета подпружиненная защелка расцепителя, выполненная в виде пластины, один конец которой расположен над электромагнитом независимого возбуждения. Пластина является якорем последнего и служит для фиксации верхнего положения штока (3).

Этот выключатель обладает минимально достаточным быстродействием (время срабатывания не более 2 мс) для обеспечения защиты полупроводниковых преобразователей за счет меньшей инерционности, однако для повышения надежности защиты необходимо еще увеличить быстродействие выключателя. Конструкция данного выключателя не позволяет повышать быстродействие из-за большой инерционности защелки, способствующей увеличению собственного времени отключения выключателя. Другим недостатком этого выключателя является необходимость в значительных усилиях на сжатие пружины отключающего узла при его включении.

Цель изобретения — повышение быстродействия и надежности выключателя.

Поставленная цель достигается тем, что в быстродействующем автоматическом выключателе, содержащем корпус, дугогасительные камеры, механизм включения со штоком, отключающий узел, включающий электромагнит с независимым возбуждением, контактную систему с малоподвижным и подвижными контактами и шарнирно-рычажный механизм для связи подвижных контактов с механизмом включения, отключающий узел снабжен другим электромагнитом с независимым возбуждением и в выключатель введен дополнительный шарнирно-рычажный механизм, рычаги которого расположены симметрично относительно штока механизма включения, якоря электромагнитов связаны с механизмом включения при помощи дополнительного шарнирно-рычажного механизма, причем рабочие зазоры электромагнитов выбраны различными и находятся в соотношении

1/2-1/3.

Введение указанных признаков позволяет значительно повысить скорость получения начального раствора контактов в первый момент времени за счет двухступенчатого по скорости перемещения подвижных контактов, а также позволяет получить боль шие усилия, необходимые для отключения выключателя. 1073821

3 нец штока соединен с рычагами 15 и 16 дополнительного шарнирно-рычажного механизма, которые в свою очередь соединены с якорями 17 и 18 электромагнитов 7 и 8 соответственно. Рычаги 15 и *16 соединены с корпусом с помощью осей 19 и 20, которые могут располагаться либо по одну сторону от штока 6, либо по разные и закреплены в корпусе 1 выключателя. В последнем имеется также упор 21 для фиксации крайнего нижнего положения втулки

12 и, таким образом, подвижных контактов

4 в отключенном положении.

Быстродействующий автоматический выключатель работает следующим образом.

Во включенном состоянии выключателя контакты 3 и 4 замкнуты, пропускают ток и поджимаются пружинами 9, которые одновременно фиксируют в крайнем верхнем положении шток 6 и звенья 5. В момент подачи напряжения, например, от схемы защиты преобразователя при токовых перегрузках на катушки обоих электромагнитов 7 и 8 якори 17 и 18 втягиваются внутрь катушек электромагнитов 7 и 8, одновре35

Кроме того, отключающий узел, выполненный в виде системы двух магнитов, позволяет повысить степень унификации выключателя и упростить технологию его сборки. Такая конструкция выключателя позволяет избавиться от накопителей энергии во включенном состоянии выключателя, требующих большого усилия как для включения, так и для удержания, например, пружины во взведенном состоянии, и таким образом исключается необходимость в дополни- !О тельном приводном механизме для включения.

На фиг. 1 показан предлагаемый выключатель во включенном состоянии; на фи г. 2 — то же, в .откл юче н но м.

Быстродействующий автоматический выключатель содержит корпус I, дугогасительные камеры 2, контактную систему с малоподвижным контактом 3 и подвижными контактами 4, шарнирно-рычажный механизм для перемещения последних со gp звеньями 5 и связанный с ними через шток

6, отключающий узел, содержащий два электромагнита 7 и 8 независимого возбуждения. Контактная система снабжена пружинами 9 контактного нажатия и дугогасительными рогами 10. Контакты 4 соедине- ны с токоподводящими шинами 11 и звеньями 5 шарнирно-рычажного механизма, причем звенья 5 связаны так же с подвижной втулкой 12, установленной, как и малоподвижный контакт 3, в направляющих корпуса 1. Шток 6 снабжен упорами 13 и 14.

Упор 13 выполнен на его верхнем торце, находящемся в отверстии втулки 12, а упор

14 расположен вниз по штоку 6 под втулкой

12 и служит для включения. Нижний коменно перемещая связанные с ними рычаги 15 и 16.

Электромагниты 7 и 8 отключающего узла имеют различные рабочие зазоры, находя щи еся в соотношении 1/2-! /3. В первый момент времени электромагнит 7, имеющий меньший рабочий зазор, сообщает большую скорость перемещения штоку 6 и контактам 4, в результате чего время получения минимально необходимого зазора между контактами 3 и 4 уменьшается до ! — l,5 мс. Электромагнит 8 обеспечивает полный ход штока и соответственно полный ход подвижных контактов. С учетом унификации (электромагниты выбраны одинаковыми) указанные соотношения обеспечивают ускоренное перемещение контактов— при выборе зазоре первого электромагнита, принятого за единицу в данном соотношении при условии обеспечения достаточных усилий со стороны второго электромагнита, которые позволяют, без резкого изменения скорости продолжать перемещение контактов после выбора зазора якорем первого электро магнита (остановки первого электромагнита с учетом действия сил инерции движения. Та кое условие выполнимо только при указанных соотношениях рабочих зазоров электромагнитов. При изменении этого соотношения, например, до 1/4 и более усилие второго электромагнита недостаточное для продолжения перемещения контактов без резкого замедления скорости, а следовательно, без значительного увеличения полного времени срабатывания выключателя.

Увеличение мощности второго электромагнита для обеспечения больших усилий нецелесообразно из-за увеличения его инерционности и индуктивности, что может воспрепятствовать своевременному его срабатыванию и не исключается возможность возврата контактов в исходное замкнутое положение.

Шток 6 перемещается вниз с усилием, равным сумме усилий двух электромагнитов 7 и 8. Упор 13 штока 6 перемещает втулку 12, которая в результате своего совместного со штоком 6 движения изменяет взаимное расположение звеньев 5 от первоначального угла, близкого к 90 (в положении «Включено»), через положение, когда угол между ними составляет 180, и до положения, близкого к горизонтальному, при котором достигается устойчивое положение шарнирно-рычажного механизма, когда втулка 12 фиксируется на упорах 21.

В результате равнодействующая сил, действующих вдоль звеньев 5, меняет направление на противоположное. Пружины 9 сжимаются, а действие взведенных пружин 9 практически уравновешивается через звенья

5 шарнирно-рычажного механизма. По мере движения втулки 12 происходит пере1073821

Составитель М. Трофимова

Редактор А. Гулько Техред И. Верес Корректор В. Гирняк

Заказ 1.i 798/5! Тираж 683 Подяисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам Изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная. 4 мещение контактов 4 до получения их полного раствора.

Включение выключателя производится от привода (не показан), взаимодействующего на шток 6 по стрелке А или вручную. Шток 6, перемещаясь вверх, через втулку 12 переводит звенья 5 через положение, близкое к. горизонтальному, высвобождая тем самым пружину 9, которая производит дальнейшее смещение звеньев 5 и обеспечивает также необходимое усилие контакт- 10 ного нажатия. В соответствии с методикой определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рацпредложений для оценки технико-экономического эффекта. от применения предлагаемого изобретения в качестве базового объекта выбран автоматический выключатель серии А 3700, который применяется для защиты полупроводниковых преобразовательных устройств с дополнительной схемой для ограничения тока короткого замыкания.

Описываемый выключатель, в отличие

1 от базового, значительно упрощен, а его собственное время срабатывания уменьшено в 10-15 раз, при этом габариты выключателя уменьшаются в 2 раза. Кроме того, выключатель позволяет повысить скорость раздвижения контактов в первый момент времени за счет использования двухступенчатого узла отключения, состоящего из двух магнитов, что способствует улучшению токоограничения и условий дугогашения и в результате повышает быстродействие в 15-10 раз и надежность работы выключателя.